Конденсатор в електричному ланцюзі. Конденсатори: призначення, пристрій, принцип дії

Конденсатор електричний (від лат. Сondensator, - той, хто ущільнює, згущує), пристрій, призначений для отримання потрібних величин електричної ємності і здатне накопичувати (перерозподіляти) електричні заряди.

Електричний конденсатор складається з двох (іноді більше) рухомих або нерухомих проводять електродів (обкладок), розділених діелектриком. Обкладки повинні мати таку геометричну форму і бути так розташовані один щодо одного, щоб створене ними електричне поле було зосереджено в просторі між ними. Як правило, відстань між обкладинками, рівне товщині діелектрика, мало в порівнянні з лінійними розмірами обкладок. Тому електричне поле, що виникає при підключенні обкладок до джерела з напругою U, Практично повністю зосереджено між обкладками. При цьому часткові власні ємності електричних обкладок нехтує малі.

Таким чином, конденсатором називають систему, що складається, як правило, з двох різнойменно заряджених провідників, при цьому заряд, який треба перенести з одного провідника на інший, щоб зарядити один з них негативно, а інший позитивно, називається зарядом конденсатора. різниця потенціалів U між обкладинками конденсатора прямо пропорційна величині заряду Q, Що знаходиться на кожній з них:

З - коефіцієнт, що характеризує конденсатор, називається електричною ємністю конденсатора або ємністю.

Чисельно ємність електричного конденсатора С дорівнює величині заряду Q однієї з обкладок при напрузі, що дорівнює 1 вольт:

С \u003d Q / U.

В СІ одиницею ємності є фарад - 1 Ф. Ємністю, що дорівнює одному фараду, володіє такою конденсатор, між пластинами якого виникає різниця потенціалів, що дорівнює одному вольт, при заряді на кожній з пластин, що дорівнює одному кулона.

Параметри, конструкція і область застосування конденсаторів визначаються діелектриком, що розділяє його обкладання, тому основна класифікація електричних конденсаторів проводиться за типом діелектрика. Залежно від типу використовуваного діелектрика конденсатори можуть бути повітряні, паперові, слюдяні, керамічні, електролітичні і ін.

За ємності розрізняють конденсатори постійної ємності і конденсатори змінної ємності. Конденсатори змінної ємності і напівзмінні виготовляються з механічно і електрично керованою ємністю. Зміна ємності в електричному конденсаторі з механічним управлінням досягається найчастіше зміною площі його обкладок або (рідше) зміною зазору між обкладинками. Найпростіший повітряний конденсатор змінної ємності складається з двох ізольованих систем металевих пластин, які входять один в одного при обертанні рукоятки: одна група (ротор) може переміщатися так, що її пластини заходять в зазори між пластинами іншої групи (статора). Всуваючи і висуваючи одну систему пластин в іншу можна змінити ємність конденсатора. Електричні конденсатори змінної ємності з твердим діелектриком (керамічні, слюдяні, скляні, плівкові) в основному використовуються як напівзмінні (підрядкові) з відносно невеликою зміною ємності. В даний час широко використовуються керовані конденсатори змінної ємності - варикапи і Варіконди.

Ємність електричного конденсатора залежить від діелектричний проникності діелектрика, що заповнює конденсатор, і від форми і розмірів його обкладок. За формою обкладок розрізняють плоскі, циліндричні, сферичні конденсатори.

Плоский конденсатор являє собою дві плоскі пластини, відстань між якими d мало в порівнянні з їх лінійними розмірами. Це дозволяє знехтувати малими областями неоднорідності електричного поля у країв пластин і вважати, що все поле однорідно і зосереджено між пластинами. заряд конденсатора Q - це заряд позитивно зарядженої пластини.

Ємність плоского конденсатора З:

С \u003d ee про S / d

S - площа кожної обкладки або меншою з них, d - відстань між обкладинками, e про- електрична постійна, e - відносна діелектрична проникність речовини, що знаходиться між обкладинками. Заповнення простору між пластинами діелектриком збільшує ємність в e раз.

Енергія, запасені зарядженим до постійної напруги U плоским електричним конденсатором, дорівнює:

W \u003d CU 2/2.

Поряд з плоским конденсатором часто використовується плоский многопластінчатой \u200b\u200bконденсатор, що містить n обкладок, з'єднаних паралельно.

Ємність циліндричного конденсатора, обкладки якого є два коаксіальних порожнистих циліндра, вставлені один в одного, і розділених діелектриком, дорівнює:

С \u003d 2pee o h¤ln (r 2 / r 1),

де r 2 і r 1 - радіуси зовнішнього і внутрішнього циліндрів, відповідно, а h - довжина циліндра. При цьому не враховуються спотворення однорідності електричного поля біля країв обкладок (крайовий ефект), і тому ці розрахунки дають кілька занижені значення ємності C.

Ємність сферичного конденсатора, що представляє собою вставлену одна в іншу сфери, дорівнює:

С \u003d 4pee o r 2 r 1 / (r 2 -r 1),

де r 2 і r 1 - радіуси зовнішньої та внутрішньої сфер, відповідно.

Крім ємності, електричний конденсатор володіє активним опором R і індуктивністю L. Як правило, електричні конденсатори використовують на частотах, значно менших резонансної, на яких його индуктивностью зазвичай нехтують. активний опір конденсатора залежить від питомої опору діелектрика, матеріалу обкладок і висновків, форми і розміру конденсатора, частоти і температури. Залежність реактивного опору електричних конденсаторів від частоти використовується в електричних фільтрах.

При підключенні обкладок до джерела постійної напруги, конденсатор заряджається до напруги джерела. Струм, що продовжує текти через конденсатор після його зарядки, називається струмом витоку.

Конденсатори характеризуються пробивною напругою - різницею потенціалів між обкладинками конденсатора, при якому відбувається пробій - виникає електричний розряд через шар діелектрика в конденсаторі. Пробивна напруга залежить від форми обкладок, властивостей діелектрика і його товщини.

Пластини конденсатора притягуються один до одного. Сила тяжіння між пластинами конденсатора називається пондемоторной силою і розраховується за формулою:

F \u003d -Q 2 / 2ee o S

Знак мінус вказує, що пондемоторная сила є силою тяжіння.

По застосуванню розрізняють електричні конденсатори низької напруги низької частоти (велика питома ємність З), Низької напруги високої частоти (висока З), Високої напруги постійного струму, Високої напруги низької і високої частоти (висока питома реактивна потужність).

Для збільшення ємності та варіювання її можливих значень конденсатори з'єднують в батареї, при цьому використовується їх послідовне, паралельне або змішане (що складається з послідовного і паралельного) з'єднання.

Збільшення ємності досягається паралельним з'єднанням конденсаторів в батарею. При цьому конденсатори з'єднуються однойменно зарядженими обкладками. При такому з'єднанні зберігається величиною на всіх конденсаторах є різниця потенціалів, а заряди підсумовуються. Загальна ємність батареї при паралельному з'єднанні конденсаторів дорівнює сумі ємностей окремих конденсаторів:

С \u003d С 1 + С 2 + ... + С n

При послідовному з'єднанні конденсаторів результуюча ємність завжди менше найменшої ємності, використовуваної в батареї, і на кожен конденсатор доводиться лише частина різниці потенціалів клем батарей, що значно знижує можливість пробою конденсатора. при послідовному з'єднань конденсаторів з'єднуються їх різнойменні обкладання. При цьому складаються величини, зворотні ємностей і результуюча ємність визначається наступним чином:

1 / С \u003d (1 / С n).

Електричні конденсатори застосовуються в електричних ланцюгах (зосереджені ємності), електроенергетиці (компенсатори реактивної потужності), Імпульсних генераторах напруги, в вимірювальних цілях (вимірювальні конденсатори і ємнісні датчики).

Принцип пристрою найпростішого (плоского) конденсатора представлений на рис. 1.

Мал. 1. Принцип пристрою плоского конденсатора.

1 обкладання,
2 діелектрик

Ємність такого конденсатора визначається відомою формулою

визначається формулою

Якщо використовувати обкладання з фольги і багатошаровий плівковий діелектрик, то можна виготовити конденсатори рулонного типу, у яких питома яка акумулює здатність знаходиться приблизно в межах від 0,1 J / kg до 1 J / kg або від 0,03 mWh / kg до 0,3 mWh / kg. Через малу питомої акумулюючої здатності конденсатори такого виду не підходять для тривалого збереження істотного кількості енергії, але вони широко застосовуються як джерела реактивної потужності в ланцюгах змінного струму і як ємнісні опору.

Значно ефективніше енергія може акумулюватися в електролітичних конденсаторах, Принцип пристрою яких зображений на рис. 2.

Мал. 2..

1 металевий лист або фольга (алюміній, тантал або ін.),
2 діелектрик з окису металу (Al2O3, Ta2O5 або ін.),
3 папір і т. П., Просочена електролітом (H3BO3, H2SO4, MnO2 або ін.) І гліцерином

Так як товщина шару діелектрика в цьому випадку зазвичай залишається в межах 0,1 μm, то ці конденсатори можуть виготовлятися з дуже великою ємністю (до 1 F), але на відносно малу напругу (зазвичай на кілька вольт).

Ще більшу ємність можуть мати ультраконденсатори (супер-конденсатори, іоністори), Обкладинками яких служить подвійний електричний шар товщиною в кілька десятих часток нанометра на кордоні розділу електрода, виготовленого з микропористого графіту, і електроліту (рис. 3).

Мал. 3..

1 електроди з микропористого графіту,
2 електроліт

Ефективна площа обкладок таких конденсаторів досягає, завдяки пористості, до 10 000 m2 на кожен грам маси електродів, що дозволяє досягати дуже великої місткості при дуже малих розмірах конденсатора. В даний час ультраконденсатори випускаються на напругу до 2,7 V і ємністю до 3 kF. Їх питома яка акумулює здатність знаходиться зазвичай в межах від 0,5 Wh / kg до 50 Wh / kg і є дослідні зразки з питомою акумулюючої здатністю до 300 Wh / kg.

технологія виготовлення ультраконденсаторів вельми складна, і вартість на одиницю зберігається в них енергії тому набагато вище, ніж у інших конденсаторів, доходячи до 50 000? / kWh. Незважаючи на це, завдяки простоті конструкції, малим розмірам, надійності, високому ККД (95% і більше) і довговічності (кілька мільйонів циклів заряду-розряду), вони стали застосовуватися як в транспортних засобах, так і в промислових силових установках замість електрохімічних акумуляторів і інших засобів акумулювання енергії. Особливо вигідні вони тоді, коли енергія споживається у вигляді коротких імпульсів (наприклад, для живлення стартера двигунів внутрішнього згоряння) або коли потрібна швидка (секундна) зарядка акумулює пристрої. Наприклад, в 2005 році в Шанхаї почалася дослідна експлуатація ультраконденсаторних автобусів, батарея конденсаторів яких заряджається під час стоянки автобуса на кожній зупинці.

найстаршим конденсатором і заодно найстарішим акумулятором електричної енергії можуть вважатися бурштинові предмети, електризацію яких при терті вовняною тканиною виявив грецький філософ Фалес приблизно в 590 році д. р. Х. Він же назвав це явище електронним (від грецького слова електрон, 'бурштин'). Перші електростатичні генератори, винайдені в 17-му столітті, теж представляли собою кульові або циліндричні конденсатори, на поверхні яких міг накопичуватися електричний заряд, Достатній для викликання розрядних явищ. Першим справжнім конденсатором вважається все ж підсилювальна склянка, винайдена 11 жовтня 1745 року в ході дослідів з електризації води фізиком-любителем, деканом Каммінского (Cammin) кафедрального собору Евальд Юргеном фон Клейста (Ewald Jurgen von Kleist, 1700-1748) (рис. 4);

Мал. 4. Конденсатор Евальда Юргена фон Клейста.

1 склянка, наповнена водою,
2 цвях, який утворює разом з водою верхню обкладку,
3 провід до електростатичного генератора,
4 металева тарілка (нижня обкладка).
U напруга

У цього приладу можна чітко розрізнити дві обкладки і діелектрик між ними. Перший плоский конденсатор виготовив в 1747 році лондонський лікар Джон Бевіса (John Bevis, 1693-1771), а сам термін конденсатор (іт. Condensatore, 'згущувати') ввів в 1782 році професор експериментальної фізики університету Павії (Pavia, Італія) Алессандро Вольта ( Alessandro Volta, 1745-1827). Перші електролітичні конденсатори розробив в 1853 році завідувач Кенигсбергских фізіологічним інститутом (Konigsberg, Німеччина) Герман фон Гельмгольц (Hermann von Helmholtz, 1821-1894), а перший ультраконденсатор з електродами з пористого графіту представив на патентування в 1954 році науковий співробітник електротехнічного концерну Дженерал Електрик ( General Electric, США) Говард Беккер (Howard I. Becker). Практичне застосування ультраконденсаторів стало швидко розвиватися в перші роки 21-го століття.

конденсатори (Від лат. Condenso - ущільнюю, згущаю) - це радіоелементи з зосередженої електричної ємністю, утвореною двома або більшою кількістю електродів (обкладок), розділених діелектриком (спеціальної тонким папером, слюдою, керамікою і т. Д.). Ємність конденсатора залежить від розмірів (площі) обкладок, відстані між ними і властивостей діелектрика.

Важливою властивістю конденсатора є те, що для змінного струму він являє _ собою опір, величина якого зменшується з ростом частоти.

Як і резистори, конденсатори поділяють на конденсатори постійної ємності, конденсатори змінної ємності (КПЕ), підлаштування і саморегульовані. Найбільш поширені конденсатори постійної ємності. Їх застосовують в коливальних контурах, різних фільтрах, а також для поділу ланцюгів постійного і змінного струмів і в якості блокувальних елементів.

Конденсатори постійної ємності. Умовне графічне позначення конденсатора постійної ємності-дві паралельні липни - символізує його основні частини: дві обкладки і діелектрик між ними (рис. 54). Близько позначення конденсатора на схемі зазвичай вказують його номінальну ємність, а іноді і номінальна напруга. Основна одиниця вимірювання ємності - фарад (Ф) - ємність такого відокремленого провідника, потенціал якого зростає на один вольт при збільшенні заряду на один кулон. Це дуже велика величина, яка на практиці не застосовується. У радіотехніці використовують конденсатори ємністю від часткою пікофарад (пФ) до десятків тисяч микрофарад (мкФ). Нагадаємо, що 1 мкФ дорівнює одній мільйонній частці Фарада, а 1 пФ - однієї мільйонної частки мікрофарад або однієї трильйон-ної частці Фарада.

Згідно ГОСТ 2.702-75 номінальну місткість від 0 до 9 999 пФ вказують на схемах в пікофарад без позначення одиниці виміру, від 10 000 пФ до 9 999 мкФ - в мікрофарадах з позначенням одиниці виміру літерами мк (рис. 55).

Номінальну ємність і допустиме відхилення від неї, а в деяких випадках і номінальну напругу вказують на корпусах конденсаторів.

Залежно від їх розмірів номінальну ємність і допустиме відхилення вказують в повній або скороченій (кодованої) формі. Повне позначення ємності складається з відповідного числа і одиниці виміру, причому, як і на схемах, ємність від 0 до 9 999 пФ вказують в пікофарад (22 пФ 3 300 пФ і т. Д.), А від 0,01 до 9 999 мкФ -в мікрофарадах (0,047 мкФ, 10 мкФ і т. д.). У скороченій маркуванні одиниці виміру ємності позначають буквами П (пикофарад), М (микрофарад) і Н (нанофарадах; 1 нанофарадах \u003d 1000 пФ \u003d 0,001 мкФ). При цьому ємність від 0 до 100 пФ позначають у пікофарад, розміщуючи букву П або після числа (якщо воно ціле), або на місці коми (4,7 пФ - 4П7; 8,2 пФ -8П2; 22 пФ - 22П; 91 пФ - 91П і т. д.). Ємність від 100 пФ (0,1 нФ) до 0,1 мкФ (100 нФ) позначають в на нофарадах, а від 0,1 мкФ і вище - в мікрофарадах. В цьому випадку, якщо ємність виражена в частках нанофарадах або мікрофарад, відповідну одиницю виміру поміщають на місці нуля і коми (180 пФ \u003d 0,18 нФ-Н18; 470 пФ \u003d 0,47 нФ -Н47; 0,33 мкФ -МЗЗ; 0,5 мкФ -МбО і т. д.), а якщо число складається з цілої частини і дроби - на місці коми (1500 пФ \u003d 1,5 нФ - 1Н5; 6,8 мкФ - 6М8 і т. д.). Ємності конденсаторів, виражені цілим числом відповідних одиниць виміру, вказують звичайним способом (0,01 мкФ -ЮН, 20 мкФ - 20М, 100 мкФ - 100М і т. Д.). Для вказівки допустимого відхилення ємності від номінального значення використовують ті ж кодовані позначення, що і для резисторів.

Залежно від того, в якій ланцюга використовують конденсатори, до них пред'являють і різні вимоги. Так, конденсатор, який працює в коливальному контурі, повинен мати малі втрати на робочій частоті, високу стабільність ємності в часі і при зміні температури, вологості, тиску і т. Д.

Втрати в конденсаторах, що визначаються в основному втратами в діелектрику, зростають при підвищенні температури, вологості і частоти. Найменшими втратами мають конденсатори з діелектриком з високочастотної кераміки, з слюдяними і плівковими діелектриками, найбільшими - конденсатори з паперовим діелектриком і з сегнетокерамики. Цю обставину необхідно враховувати при заміні конденсаторів в радіоапаратурі. Зміна ємності конденсатора під впливом довкілля (В основному, її температури) відбувається через зміну розмірів обкладок, зазорів між ними і властивостей діелектрика. Залежно від конструкції і застосованого діелектрика конденсатори характеризуються різним температурним коефіцієнтом ємності (ТКЕ), що свідчить про відносну зміну ємності при зміні температури на один градус; ТКЕ може бути позитивним і негативним. За значенням і знаку цього параметра конденсатори поділяються на групи, яким присвоєно відповідні буквені позначення і колір забарвлення корпусу.

Для збереження настройки коливальних контурів при роботі в широкому 'інтервалі температур часто використовують послідовне і паралельне з'єднання конденсаторів, у яких ТКЕ мають різні знаки. Завдяки цьому при зміні температури частота настройки такого термокомпенсірованний контуру залишається практично незмінною.

Як і будь-які провідники, конденсатори володіють деякою індуктивністю. Вона тим більше, чим довше і тонше висновки конденсатора, чим більше розміри його обкладок і внутрішніх сполучних провідників. най

більшої індуктивністю володіють паперові конденсатори, у яких обкладки виконані у вигляді довгих стрічок з фольги, згорнутих разом з діелектриком в рулон круглої або іншої форми. Якщо не прийнято спеціальних заходів, такі конденсатори погано працюють на частотах вище декількох мегагерц. Тому на практиці для забезпечення роботи блокувального конденсатора в широкому діапазоні частот паралельно паперовому підключають керамічний або слюдяної конденсатор невеликої ємності.

Однак існують паперові конденсатори і з малою власною індуктивністю. У них смуги фольги з'єднані з висновками не в одному, а в багатьох місцях. Досягається це або смужками фольги, що вкладаються в рулон при намотуванні, або зміщенням смуг (обкладок) до протилежних кінцях рулону і пропайкой їх (рис. 54).

Для захисту від перешкод, які можуть проникнути в прилад через ланцюга харчування і навпаки, а також для різних блокувань використовують так звані прохідні конденсатори. Такий конденсатор має три висновки, два із.которих є суцільним токонесущий стрижень, що проходить через корпус конденсатора. До цього стрижня приєднана одна з обкладок конденсатора. Третім висновком є \u200b\u200bметалевий корпус, з яким з'єднана друга обкладка. Корпус прохідного конденсатора закріплюють безпосередньо на шасі або екрані, а токоподводящий провід (ланцюг харчування) припаюють до його середнього висновку. Завдяки такій конструкції струми високої частоти замикаються на шасі або екран пристрою, в той час як постійні струми проходять безперешкодно. на; високих частотах застосовують керамічні прохідні конденсатори, в яких роль однієї з обкладок грає сам центральний провідник, а інший - шар металізації, нанесений на керамічну трубку. Ці особливості конструкції відображає і умовне графічне позначення прохідного конденсатора (рис. 56). Зовнішню обкладку позначають або у вигляді короткої дуги (а), або у вигляді одного (б) або двох (в) відрізків прямих ліній з висновками від середини. Останнє позначення використовують при зображенні прохідного конденсатора в стінці екрану.

З тією ж метою, що і прохідні, застосовують опорні конденсатори, що представляють собою свого роду монтажні стійки, що встановлюються на металевому шасі. Обкладку, з'єднується з ним, виділяють в позначенні такого конденсатора трьома похилими лініями, що символізують «заземлення» (рис. 56, г).

Для роботи в діапазоні звукових частот, а також для фільтрації випрямлених напруг харчування необхідні конденсатори, ємність яких вимірюється десятками, сотнями і навіть тисячами микрофарад. Таку ємність при досить малих розмірах мають оксидні конденсатори (стара назва - електролітичні). У них роль однієї обкладки (анода) грає алюмінієвий або танталовий електрод, роль діелектрика - тонкий оксидний шар, нанесений на нього, а роль другого сбкладкі (катода) - спеціальний електроліт, висновком якого часто служить металевий корпус конденсатора. На відміну від ін, упіх більшість типів оксидних конденсаторів полярні, т. Е. Вимагають для нормальної роботи поляризующего напруги. Це означає, що включати їх можна тільки в ланцюзі постійного або пульсуючого напруги і тільки в тій полярності (катод - до мінуса, анод - до плюса), яка вказана на корпусі. Невиконання цієї умови призводить до виходу конденсатора з ладу, що іноді супроводжується вибухом.

Полярність включення оксидного конденсатора показують на схемах знаком «+», зображуваних у тій обкладання, яка символізує анод (рис. 57, а). Це Загальне позначення поляризованого конденсатора. Поряд з ним спеціально для оксидних конденсаторів ГОСТ 2.728-74 встановив символ, в якому Позитивна обкладка зображується вузьким прямокутником (рис. 57,6), причому знак? + »В цьому випадку можна не вказувати.

У схемах радіоелектронних приладів іноді можна зустріти позначення оксидного конденсатора у вигляді двох вузьких прямокутників (рис. 57, в). Це символ неполярного оксидного конденсатора, який може працювати в ланцюгах змінного струму (т. Е. Без поляризующего напруги).

Оксидні конденсатори дуже чутливі до перенапряжениям, тому на схемах часто вказують не тільки їх номінальну ємність, а й номінальну напругу.

З метою зменшення розмірів в один корпус іноді укладають два конденсатора, але висновків роблять тільки три (один - загальний). Умовне позначення здвоєного конденсатора наочно передає цю ідею (рис. 57, г).

Конденсатори змінної ємності (КПЕ). Конденсатор змінної ємності складається з двох груп металевих пластин, одна з яких може плавно переміщатися по відношенню до іншої. При цьому русі пластини рухомої частини (ротора) зазвичай вводяться в зазори між пластинами нерухомої частини (статора), в результаті чого площа перекриття одних пластин іншими, а отже, і ємність змінюються. Діелектриком в КПЕ найчастіше служить повітря. У малогабаритній апаратурі, наприклад в транзисторних кишенькових приймачах, широке застосування знайшли КПЕ з твердим діелектриком, в якості якого використовують плівки з зносостійких високочастотних діелектриків (фторопласта, поліетилену і т. П.). Параметри КПЕ з твердим діелектриком дещо гірше, але зате вони значно

дешевше у виробництві і розміри їх набагато менше, ніж КПБ з повітряним діелектриком.

З умовним позначенням КПЕ ми вже зустрічалися (див. Рис. 2 і 29) - це символ конденсатора постійної ємності, перекреслений знаком регулювання. Однак з цього позначення не видно, яка з обкладок символізує ротор, а яка - статор. Щоб показати це на схемі, ротор зображують у вигляді дуги (рис. 58).

Основними параметрами КПЕ, що дозволяють оцінити його можливості при роботі в коливальному контурі, є мінімальна і максимальна ємність, які, як правило, вказують на схемі поряд з символом КПЕ.

У більшості радіоприймачів і радіопередавачів для одночасної настройки кількох коливальних контурів застосовують блоки КПЕ, що складаються з двох, трьох і більше секцій. Ротори в таких блоках закріплені на одному загальному валу, обертаючи який можна одночасно змінювати ємність всіх секцйй. Крайні пластини роторів часто роблять розрізними (по радіусу). Це дозволяє ще на заводі відрегулювати блок так, щоб ємності всіх секцій були однаковими в будь-якому положенні ротора.

Конденсатори, що входять в блок КПЕ, на схемах зображують кожен окремо. Щоб показати, що вони об'єднані в блок, т. Е. Управляються однією спільною ручкою, стрілки, що позначають регулювання, з'єднують штриховою лінією механічного зв'язку, як показано на рис. 59. При зображенні КПЕ блоку в різних, далеко віддалених одна від одної частини схеми механічну зв'язок не показують, обмежуючись тЬлько відповідною нумерацією секцій в позиційному позначенні (рис. 59, секції С 1.1, С 1.2 і С 1.3).

У вимірювальної апаратури, наприклад в плечах ємнісних мостів, знаходять застосування так звані диференціальні (від лат. Differentia - відмінність) конденсатори. У них дві групи статорних і одна - роторних пластин, розташовані так, що коли роторні пластини виходять із зазорів між пластинами однієї групи статора, вони в той же час входять між пластинами інший. При цьому ємність між пластинами першого статора і пластинами ротора зменшується, а між пластинами ротора і другого статора збільшується. Сумарна ж ємність між ротором і обома статорами залишається незмінною. Такі "конденсатори зображують на схемах, як показано на рис 60.

конденсатори підлаштування. Для установки початкової ємності коливального контуру, що визначає максимальну частоту його настройки, застосовують Конденсатори підлаштування, ємність яких можна змінювати від одиниць пикофарад до декількох десятків пикофарад (іноді і більше). Основна вимога до них - плавність зміни ємності і надійність фіксації ротора в установленому при налаштуванні положенні. Осі підлаштування конденсаторів (зазвичай короткі) мають шліц, тому регулювання їх ємності можливо тільки із застосуванням інструменту (викрутки). У радіомовної апаратури найбільш широко застосовують конденсатори з твердим діелектриком.

Конструкція керамічного підлаштування конденсатора (КПК) одного з найбільш поширених типів показана на рис. 61, а. Він складається з керамічного підстави (статора) і рухомо закріпленого на ньому керамічного диска (ротора). Обкладки конденсатора-тонкі шари срібла - нанесені методом вжигания на статор і зовнішню сторону ротора. Ємність змінюють обертанням ротора. У простій апаратурі застосовують іноді дротові Конденсатори підлаштування. Такий елемент складається з відрізка мідного дроту діаметром 1 ... 2 і довжиною 15 ... 20 мм, на який щільно, виток до витка, намотаний ізольований провід діаметром-0,2 ... 0,3 мм (рис. 61,6). Ємність змінюють відмотування дроти, а щоб обмотка НЕ \u200b\u200bсповзла, її просочують будь-яким ізоляційним складом (лаком, клеєм і т. П.).

конденсатори підлаштування позначають на схемах основним символом, перекресленим знаком підлаштування регулювання (рис. 61, в).

Саморегульовані конденсатори. Використовуючи в якості діелектрика спеціальну кераміку, діелектрична проникність якої сильно залежить від напруженості електричного поля, можна отримати конденсатор, ємність якого залежить від напруги на його обкладках. Такі конденсатори отримали назву варіконд (від англійських слів vari (able) - змінний і cond (enser) -конденсатор). При зміні напруги від декількох вольт до номінального ємність варіконд змінюється в 3-6 разів.

Варіконди можна використовувати в різних пристроях автоматики, в генераторах хитається частоти, модулятори, для електричної настройки коливальних контурів і т. д.

Умовне позначення варіконд - символ конденсатора зі знаком нелінійного саморегулювання і латинською буквою U (рис. 62, о).

Аналогічно побудовано позначення термоконденсаторов, що застосовуються в електронних наручних годинниках. Фактор, що змінює ємність такого конденсатора-температуру середовища - позначають символом t ° (мал. 62, б).

література:
В.В. Фролов, Мова радіосхем, Москва, 1998

Міністерство освіти РФ.

ГОУ НВО СО Професійний ліцей № 16

Курсова робота

"Конденсатори"

Виконавець: учень

ПЛ. № 16 групи Р-316

Пьянков Олександр Борисович

Керівник: викладач

радиоматериалов

ПЛ. №16 Потапова Ольга

Олександрівна

Камишлов 2009

Вступ

1. Основна частина

матеріали

історичний нарис

види конденсаторів

2. Застосування та експлуатація

механічні навантаження

радіаційні впливи

електричні навантаження

Вступ

мета: Дослідити роботу, склад і конструктивні особливості конденсатора.

завдання: Головним моїм завданням є глибше вивчити конденсатори, зрозуміти його складу. З'ясувати матеріали, електричні параметри. Більше розібрати маркування і проаналізувати застосування.

Конденсатор - наз. прилад, службовець для скупчення на поверхні невеликого обсягу речовини великої кількості електрики без значного підвищення при цьому напруги електрики в тілі. Одне і те ж кількість електрики, будучи надано різним тілам, викличе в них неоднакове підвищення напруги, подібно до того, як один і той же кількість тепла підвищить температуру різних тел на різне число градусів. Назад, щоб підвищити напругу (потенціал) різних тіл на одну і ту ж величину, потрібні різні кількості електрики, для одних тел вельми малі, для інших вельми великі. Про перші тілах кажуть, що вони мають малу електричної ємністю, про друге, що їх електрична ємність досить велика. Взагалі ж, електроємність тіла визначається тією кількістю одиниць електрики - кулонів, які слід додати тілу, щоб підвищити його потенціал на одиницю електричного потенціалу - на один вольт. Тому за одиницю електричної ємності прийнята ємність тіла, якому потрібно надати один кулон, щоб підвищити потенціал його на один вольт. Ця одиниця ємності на честь англійського вченого Фарадея названа однією Фарадою. Отже, якщо деякого тіла необхідно надати n кулонів для того, щоб підвищити його потенціал на 1вольт, 2n - щоб підвищити на 2 вольта і т.д., то ємність цього тіла буде n фарад. Ємність кожного окремо взятого тіла залежить від геометричній його форми і від його розмірів, але анітрохи не залежить ні від речовини, з якого воно приготоване, ні від маси тіла. Так, ємності свинцевого і алюмінієвого кулі того ж діаметру, масивних або порожніх, рівні, але ємність свинцевого кулі зміниться, коли ми його масу розплющити і надамо їй форму еліпсоїда. Немає загального закону, який просто давав би залежність між формою і розмірами тіла і його ємністю. Найбільш простому закону слід куля, ємність якого пропорційна його радіусу. Користуючись цим, можна за одиницю ємності прийняти ємність кулі радіусом в 1 см. Ця одиниця ємності називається абсолютної теоретичної одиницею і в 900 млрд разів менше однієї Фаради. Звідси бачимо, що для ємності в 1 фараду був би потрібен куля радіусом в 9 млн. Км., Тобто з діаметром, в 7 разів більшим діаметра сонця. На практиці прийнята за одиницю ємності одна мільйонна частка Фаради - одна мікрофарад, яка, таким чином в 900000 разів більше теоретичної одиниці. Елект. ємність кулі, рівного землі, дорівнює 708мікрофарадам. Ємність тел залежить, крім того:

1) від природи непроводящей середовища, що оточує тіло. Все вищесказане відноситься до випадку знаходження тіла в порожнечі (або прибл. В повітрі). Якщо ж тіло оточене іншим діелектриком, то його ємність буде більше або менше, ніж в порожнечі; число, що дає відношення ємності тіла в даному діелектрику до ємності того ж тіла в порожнечі, називається діелектричної постійної цієї речовини. У всіх твердих і рідких ізоляторів Діель. постійна більше, ніж у повітря, у якого вона дуже мало різниться від одиниці.

2) Від присутності в близькості розглянутого тіла інших тіл, що мають інший електр. потенціал. Таким чином, все сказане вище відноситься цілком точно лише до випадку одного провідного тіла, оточеного безмежної ізолюючої середовищем. Ємність тел значно збільшується, якщо до них наблизити інші провідні тіла, особливо тіла, мають завжди потенціал нуль, тобто з'єднані з землею. Увеліченіe ємності буде тим більше, чим ближче ці тіла до зарядженого тіла і чим повніше вони його оточують. Отже, якщо ми бажаємо якому-небудь тілу надати вельми велику ємність, то ми повинні помістити його в середу з великою діелектричної постійної і можливо близько до нього помістити інше тіло, поєднане з землею. Така комбінація провідників і називається конденсатором. У найпростішому вигляді К. представляють дві металеві пластини А і В, дуже близькі один до одного і роз'єднані один від одного якихось ізолюючим шаром (обкладання): А. заряжаема електрикою від постійного джерела (машини, батареї) і звані. збирачем, а В з'єднана з землею і зв. згущувачі. Якщо А заряджається позитивним електрикою, то на В збуджується негативне електрику; якщо потім роз'єднати з'єднання В з землею, II з'єднати А і В провідником, то К. розряджається. Ємність конденсатора залежить від форми і розмірів збирача і згущувача, від їх відстані і від діелектричної постійної середовища, між ними знаходиться. У деяких найпростіших випадках ємність К. можна обчислити:

1) обкладання представляють дві вельми близькі концентричні кульові поверхні, або дві нескінченні пластини, дуже близькі один до одного. Якщо відстань між обкладинками дорівнює 1 (в см), поверхня збирача дорівнює S "(в кв. См), то ємність З дорівнює микрофарад, де К - Діель. Постійна середовища, а (відношення кола до діаметру (p \u003d 3,1416) . Наприклад, К. з двох пластин в 1 кв. м., розділених пластинкою скла (К \u003d 5) в1 мм., має ємність близько 1 / 23мікрофаради. Якщо пластини мають порівняно невеликі розміри, то ця формула лише приблизно вірна; точніші формули для цього випадку дані Кірхгофф і Максвеллом.2) Обкладки представляють два концентричних циліндра радіусів R1 і R2 (в см), розділених середовищем СДІ електричної постійної К. Тоді ємність дорівнює микрофарад де lg позначає натуральний Непером логарифм. Цей випадок дуже важливий в практиці, так як безпосередньо застосуємо до підводних телеграфним кабелям, що складається з внутрішньої жили, оточеній гутаперчі, захищеної металевої бронею. Збирачем служить жила, згущувачі броня, яка контактує з водою. Сто кілометрів такого кабелю з житловою в 2 мм. радіусом і 4 мм. зовнішнього радіуса, ізольований гутаперчі (К \u003d 2,5), має ємність близько 20 микрофарад. Значна ємність довгих кабелів становить головну перешкоду для швидкої передачі знаків з підводного кабелю.3) Одна обкладка - дріт радіуса r (ВСМ), інша - нескінченна площина, віддалена від осі дроту на hсм. Ємність такого К. довжини L (в см) дорівнює микрофарад Такого роду К. являє телеграфна дріт, простягнута над землею. Кілометр дроту в 4 мм., Простягнутою на висоті 10 метр. Від землі, має ємність (К. для повітря \u003d 1) приблизно 0,012 микрофарад. Щоб отримати К. вельми великої місткості, з'єднують іноді кілька К. в одну батарею паралельно, тобто беруть цілий ряд однакових К. (К. зображують схематично і образної рисою, яка представляє згущувач, і що входить в неї прямий рисою, яка зображує збирач) і з'єднують одним провідником все збирачі разом, іншим - все згущувачі. Така батарея заряджається як один К. і ємність її дорівнює сумі ємностей окремих К. Якщо ж з'єднати батарею К. послідовно, або, як кажуть, каскадом, то ємність батареї буде в стільки разів менше ємності одного К., скільки в батареї всього К. щоб зарядити К., приєднують збірну обкладання К. з джерелом електрики постійного потенціалу, наприклад, електричної машиною або гальванічної батареєю, а сгустітельную обкладку з землею або з іншим полюсом машини, або батареї. Приплив електрики поступово заряджає К. Якщо ємність К. є С, і він заряджається батареєю з різницею потенціалів на полюсах Е, а R є опір всього ланцюга крім К., то через t секунд по замиканні ланцюга через неї тече заряджаючий струм силою а різниця потенціалів у затискачів К. в цей момент дорівнює де е - основа Чи не пір'яних логарифмів (е \u003d 2,718), час виражено в секундах, величини V і е в вольтах, R в Омасі, а С в Фарада. Звідси видно, що, теоретично кажучи, К. заряджається нескінченно довго, і ніколи V не робиться рівним Е. Але вже через досить короткий проміжок часу різниця V - Е робиться надзвичайно малою. Різниця між V і Е дорівнює - від Е через час t \u003d Crlog n, напр., При конденсаторі в 10мікрофарад в ланцюзі опору в 10 ом, заряд буде відрізнятися від повного на 0,1 через 0,00023 секунди, а на одну тисячну через 0,00069секунд. Заряджений таким чином К. володіє запасеним в ньому деякою кількістю енергії, на утворення якої витрачена була робота ВКГ. - м., Де С - ємність у Фарада, а V - різниця потенціалів обкладом в вольтах. При розряді ця енергія звільняється і може зробити таку ж роботу. Заряджання К. супроводжується рядом явищ, що відбуваються всередині К. між його обкладинками, в діелектрику. Обкладки К., будучи протилежно наелектризовані, притягують один одного з силою прямо пропорційною 1) квадрату різниці потенціалів, що існує між обкладинками К., і 2) діелектричної постійної середовища. На цій залежності і дослідному визначенні цієї сили тяжіння засновані способи визначення різниці потенціалів і діелектр. постійною. Діелектрична среда, що знаходиться між обкладинками, будучи схильна до дії електричних сил, Зазнає деякі зміни, які вказують нам на ту важливу роль, яку відіграє непроводящая середу в електричні явища. Ці явища в середовищі такі:

1) Залишковий заряд. Досвід показав, що через деякий час після розряду К. з твердим діелектриком, його обкладки виявляються знову слабо наелектризованими і можуть при з'єднанні дати новий слабкий розряд, за яким через деякий час може слідувати все більш і більш слабкі третій, четвертий розряди і т.д . Припускають, що це явище залежить від поглинання електрики шаром ізолятора і повільного звільнення його після розряду.

2) Електрострикція. При заряді К. обсяг шару діелектрика злегка зменшується, як показали Дютер (1878) та інші; після розряду діелектрик приймає колишній обсяг. Причина явищ не цілком з'ясована.

3) Подвійне заломлення. Прозорий діелектрик, як показав Керр (1875), між обкладинками зарядженого К. набуває властивостей подвійного заломлення, які втрачає після розряду К. Цілком ізольований К. може досить довго зберігати свій заряд. Щоб зробити розряд, необхідно з'єднати провідником обкладання К., при цьому енергія, накопичена в К., звільняється. Розряд К. може бути або звичайний, який представляє просте швидко слабшає протягом електрики, а отже, явище, зворотне заряду, або коливальний, дивлячись за властивостями ланцюга, по якій проходить розряд. Енергія, що звільняється вчасно розряду, може здійснювати роботу, чи у вигляді світлових і теплових, або механічних, або хімічних дій. Світлові дії у вигляді іскри і теплові у вигляді нагрівання повітряного або металевого шляху розряду завжди супроводжують явища розряду. Механічні дії проявляються у вигляді пробивання шару діелектрика, вміщеного між двома кульками, з'єднаними з обкладинками К. Іноді, коли К. заряджений до вельми високого потенціалу, пробивається сам діелектрик між обкладинками К., і цей останній приходить в непридатність. Слабкі хімічні дії, вироблені розрядом по суті не відрізняються від таких, що виробляються гальваніч. струмом; фізіологічні дії, що виявляються при пропущенні розряду К. через тіло людини або тварини, викликають сильні больові відчуття і при достатній енергії заряду можуть завдати шкоди для здоров'я і навіть смерть. К. звичайно на практиці надають форму або лейденських банок, Або пластинчастих. К. Ці останні складаються звичайно з цілого ряду тонких металевих пластин, прокладених тонким ізолюючим шаром провощеного або парафінованого паперу, слюди, ебоніту і т.п. Парні пластинки b, d, f, h з'єднуються разом і утворюють одну обкладку, непарні a, з, е, g - іншу. Іноді, якщо К. повинен служити для дуже великих різниць потенціалів, його всього занурюють в ящик з маслом. К. мають багато застосувань в науці, а в останнім часом і в техніці. У досвідчених роботах по статичної електрики ними часто користуються для скупчення значної кількості електричної енергії, а також застосовують їх до Електроскоп для збільшення чутливості останніх, в котушках Румкорфа і т.д. У ланцюзі постійного струму К. не уявляють особливих явищ, але вельми чудові явища вони представляють в колі змінного струму. У колі змінного струму К., включений в ланцюг, не перериває струму і діє лише як опір, послабляючи силу струму; в інших же випадках (в ланцюзі провідники з самоіндукцією) може навіть збільшити силу струму. Все збільшується користування змінними струмами ввело користування К. і в технічну практику. Teopію К. і їх застосувань див .: проф. І.І. Боргман, "Підстави вчення про електричні і магнітні явища" (СПб., 1893) і Т.Г. Блекслі, "Змінні електричні струми"(СПб., 1894) .А.Г.

1. Основна частина

матеріали

Слюди - група мінералів - алюмосилікатів шаруватої структури із загальною формулою R1R2-3 (OH, F) 2, де R1 \u003d К, Na; R2 \u003d Al, Mg, Fe, Li Основний елемент структури слюди представлений тришаровим пакетом з двох тетраедричних шарів з перебувають між ними октаедричних шаром, що складається з катіонів R2. Два з шести атомів кисню октаедрів заміщені гідроксильними групами (ОН) або фтором. Пакети зв'язуються в безперервну структуру через іони К + (або Na +) з координаційним числом 12. За кількістю октаедричних катіонів у хімічною формулою розрізняються діоктаедрічеськие і тріоктаедрічеськие слюди: катіони Al + займають два з трьох октаедрів, залишаючи один порожнім, тоді як катіони Mg2 +, Fe2 + і Li + з Al + займають все октаедра. Слюди кристалізуються в моноклінної (псевдотрігональной) системі. Відносне розташування шестикутних осередків поверхонь тришарових пакетів обумовлено їх поворотами навколо осі з на різні кути, кратні 60 °, в поєднанні із зсувом уздовж осей а і в елементарної комірки. Це визначає існування поліморфних модифікацій (політіпов) слюди, що розрізняються рентгенографически. Звичайні політипія моноклінної симетрії.

За хімічним складом виділяють наступні групи слюди. Алюмінієві слюди:

мусковит KAl2 (OH) 2, Парагон NaAl2 (OH) 2, магнезіально - залізисті С .:

флогопит KMg3 (OH, F) 2, лепідомелан Kfe3 (OH, F) 2;

літієві:

лепідоліт Kli2-xAl1 + x (OH. F) 2, цинвальдит KLiFeAl (OH, F) 2

тайніоліт KLiMg2 (OH, F) 2.

Зустрічаються також ванадиевая слюда - роскоеліт KV2 (OH) 2, хромова слюда. - хромовий мусковіт, або фуксії, і ін. В слюдах широко проявляються ізоморфні заміщення: К + заміщається Na +, Ca2 +, Ba2 +, Rb +, Cs + і ін .; Mg2 + і Fe2 + октаедричного шару - Li +, Sc2 +, Jn2 + і ін .; Al3 + заміщається V3 +, Cr3 +, Ti4 +, Ga3 + і ін. Спостерігаються досконалий ізоморфізм між Mg2 + і Fe2 + (безперервні тверді розчини флогопит - біотит) і обмежений ізоморфізм між Mg2 + - Li + і Al3 + -Li +, а також змінне співвідношення окисного і закисного заліза. У тетраедричних шарах Si4 + може заміщатися Al3 +, а іони Fe3 + можуть заміщати тетраедричних Al3 +; гідроксильна група (OH) заміщається фтором. С. часто містять різні рідкісні елементи (Be, В, Sn, Nb, Ta, Ti, Mo, W, U, Th, Y, TR, Bi); часто ці елементи знаходяться в вигляді субмикроскопических мінералів-домішок: колумбіту, вольфраміту, каситериту, турмаліну і ін. При заміні К + на Ca2 + утворюються мінерали групи т. н. тендітних слюд - маргарит CaAl2 (OH) 2 і ін., більш тверді і менш пружні, ніж власне слюда. При заміщенні міжшарових катіонів К + на H2O спостерігається перехід до гідрослюд, що є істотними компонентами глинистих мінералів. Наслідки шаруватої структури слюди і слабкий зв'язок між пакетами: пластинчастий вигляд мінералів, досконала (базальна) спайність, здатність розщеплюватися на надзвичайно тонкі листочки, що зберігають гнучкість, пружність і міцність. Кристали слюди можуть бути сдвойниковани по "слюдяними закону" з площиною зрощення (001); часто мають псевдогексагональние обриси. Твердість за мінералогічною шкалою 2,5-3; щільність 2770 кг / м3 (мусковіт), 2200 кг / м3 (флогопит), 3300 кг / м3 (біотит). Мусковіт і флогопит безбарвні і в тонких пластинках прозорі; відтінки бурого, рожевого, зеленого кольорів обумовлені домішками Fe2 +, Мп2 +, Cr2 + і ін. Залізисті слюди - бурі, коричневі, темно-зелені і чорні в залежності від змісту і співвідношення Fe2 + і Fe3 +. Слюди - один з найбільш поширених породоутворюючих мінералів інтрузивних, метаморфічних і осадових гірських порід, а також важливе корисна копалина.

Розрізняють три види промислових слюд:

листова слюда

дрібна слюда

скрап (відходи від виробництва листової слюди)

Промислові родовища листової слюди високої якості рідкісні. Промислові вимоги до листової слюди зводяться до досконалості кристалів і їх розмірами; до дрібної слюди - чистота слюдяного матеріалу. Великі кристали мусковіту зустрічаються в гранітних пегматитах (Мамско-Чуйський район Іркутської області, Чупіна-Лоухського район Карельської АРСР, Єнському-Кольський район Мурманської обл. - в СРСР, родовища Індії, Бразилії, США). Родовища флогопита приурочені до масивів ультраосновних і лужних порід (Ковдорское на Кольському півострові) або до глибоко метаморфізовані докембрийским породам первинно карбонатного (доломітового) складу (Алданский Слюдоносние район Якутській АРСР, Слюдянскій район на Байкалі в СРСР), а також до гнейсам (Канада і Малагасійська Республіка). Мусковіт і флогопит є високоякісним електроізоляційним матеріалом, незамінним в електро-, радіо- і авіатехніки. Родовища лепідоліту, одного з основних промислових мінералів літієвих руд, пов'язані з гранітними пегматитами натрової-літієвий типу. У скляної промисловості з лепідоліту виготовляють спеціальні оптичні скла.

Кераміка (грец. Keramike - гончарне мистецтво, від kéramos - глина), вироби і матеріали, що отримуються спіканням глин і їх сумішей з мінеральними добавками, а також оксидів і ін. Неорганічних з'єднань. Кераміка набула широкого поширення у всіх сферах життя - в побуті (різний посуд), будівництві (цегла, черепиця, труби, плитки, кахлі, скульптурні деталі), в техніці, на залізничному, водному і повітряному транспорті, в скульптурі і прикладному мистецтві. Основними технологічними видами кераміки є теракота, майоліка, фаянс, кам'яна маса і фарфор. У кращих своїх зразках кераміки відображає високі досягнення мистецтва всіх часів і народів. Далі я трохи хочу занурити вас в історію ...

історичний нарис

Пластичність глин використовувалася людиною ще на зорі його існування, і чи не першими виробами з глини стали скульптури людей і тварин, відомі ще в палеоліті. Кераміка пізнього палеоліту деякі дослідники відносять і перші спроби випалення глини. Але широко випалення глиняних виробів з метою надати їм твердість, водостійкість і вогнестійкість став застосовуватися тільки в неоліті (близько 5 тис. Років до н. Е). Освоєння виробництва кераміки - одне з найважливіших досягнень первісної людини в боротьбі за існування: варіння їжі в глиняних посудинах дозволила набагато розширити асортимент їстівних продуктів. Як і інші подібні відкриття (наприклад, користування вогнем), кераміка не є винаходом якого-небудь однієї особи або народу. Її освоювали незалежно один від одного в різних частинах землі, коли людське суспільство досягало відповідного рівня розвитку. Це не виключало надалі взаємовпливів, в результаті яких кращі досягнення народів і окремих майстрів ставали загальним надбанням. Способи обробки глини для отримання кераміки, як і самого виробництва виробів, змінювалися і удосконалювалися відповідно до розвитку продуктивних сил народів. Поширеність кераміки і своєрідність її видів у різних народів в різні епохи, наявність на кераміки орнаментів, клейм, а нерідко і написів роблять її важливим історичним джерелом. Вона відігравала велику роль у розвитку писемності (клинопис), перші зразки якої збереглися на керамічних плитках в Дворіччя.

Спочатку основним видом кераміки був посуд для зберігання запасів і варива їжі. Судини зазвичай ставили між каменями вогнища, для чого зручніше було яйцевидне або округле дно; товсті стінки для полегшення випалення покривали утисненим орнаментом, який з самого початку мав також важливе естетичне і культове значення. Починаючи з енеоліту (3-2-е тисячоліття до н. Е) на керамічних виробах з'явився розпис. Форми посуду розвивалися відповідно потребам побуту (наприклад, перехід до осілого способу життя зажадав судин з плоским дном, пристосованим до плоских поду печі і столу; своєрідна форма слов'янських горщиків викликана особливостями приготування їжі в печі, коли судина обігрівається збоку) і художнім традиціям народів. У кожного з них були в різні часи свої улюблені форми судин, розташування і характер орнаментів, способи обробки поверхні, яку або залишали природні фактури і кольору глини, або лощили, змінювали колір шляхом відновного випалу розписували, покривали ангобом і глазур'ю.

Глинобитні житла трипільської культури. (4-3-е тисячоліття до н. Е), обпікає зовні вогнищами і розписується, - перший приклад застосування кераміки як будматеріал. З розвитком техніки добування металів кераміка стала необхідна і в металургії (сопла горнів, тиглі, ливарні форми, льячки). Спочатку керамічні вироби формувалися від руки і обпікалися на багатті або в домашній печі. Пізніше, вже в сучасному суспільстві, з'явилися фахівці-гончарі, які користувалися гончарним кругом (або відтискають вироби в спеціальній формі) і гончарним горном. Народам Америки до появи європейців гончарний круг не був відомий, проте і у них існувало самобутнє керамічне виробництво (найбільш ранні вироби відносяться до рубежу 3 і 2-го тисячоліття до н. Е). Особливо високого розвитку воно досягло у майя, інків та ацтеків, що виготовляли різноманітну побутову і культовий посуд, маски, статуетки та ін. Частина виробів покривалася яскравим розписом. В Стародавньому Єгипті, Вавилонії і інших стародавніх країнах Близького Сходу вперше стали покривати парадну посуд кольоровою глазур'ю і застосовувати для будівель цегла (спочатку до вжитку, пізніше - обпалений). Для прикраси будівель в Єгипті і Стародавньому Ірані вживали глазуровані цеглини і кахлі.

Староіндійські цивілізації знали різноманітну розписний посуд, за формами близьку до посуду Дворіччя, цегляні плитки для мощення підлог, статуетки, таблички з письменами. У Стародавньому Китаї у 2-1-му тисячолітті до н.е. виготовлялися глазурована посуд і окремі судини з високоякісної білої глини - каоліну, який в 1-му тисячолітті н.е. став матеріалом перших фарфоровидних виробів, а потім і справжнього фарфору.

Важливе місце в історії кераміка займає давньогрецька кераміка, що зробила великий вплив на багатьох народів. Особливо славилася різноманітна (20 видів) і досконала за формою посуд. Парадні судини прикрашали зазвичай витонченої НЕ багатобарвним розписом на міфологічні та побутові теми (так звана чернофигурная і краснофігурная живопис на вазах). Чудові зразки малої скульптури представляють собою теракотові статуетки, головним центром виробництва яких була Танагра.

Теракотові архітектурні деталі, черепиця, водопровідні труби виготовлялися як в Древній Греції, так і в Стародавньому Римі, де особливо розвинулося виробництво цегли, з якого споруджувалися складні конструкції (наприклад, зведення перекриттів, прольоти мостів, акведуки). Римська парадний посуд здебільшого відтискають в дерев'яних або керамічних формах, на яких був вирізаний рельєфний орнамент, і покривалася червоним лаком. У римлян і етрусків досягло розквіту виготовлення керамічних похоронних судин - урн, відомих також багатьом іншим народам, дотримувалися обряду трупоспалення. Етруські і римські урни прикрашалися скульптурними зображеннями (наприклад, сцени бенкетів). Традицій римської К. в основному слід виробництво К. Візантії, що випробувало, проте, і вплив Близького Сходу (особливо в декорировке поверхні судин і в архітектурі кераміки). Уже з 6 ст. візантійські майстри перестали застосовувати червоний лак, а з 9 ст. стали робити посуд з рельєфним орнаментом, що зображує звірів і птахів і покритим прозорою глазур'ю. Візантійський тонкий квадратний цегла - "плинфа" вплинув на виробництво цегли в Стародавній Русі.

У Древній Русі з 10 ст. виготовляли на гончарному крузі різноманітний посуд, деякі судини покривали зеленою глазур'ю. Глазурованої також плитки для підлог та іграшки. На посуді і цеглі виявлені клейма майстрів, серед них імена Стефана і Якова. Після занепаду, викликаного монголо-татарською навалою, виробництво кераміки відродилося до 14-15 вв. Головним його центром стала Гончарна слобода Москви (у районі сучасної вул. Володарського), де до 17 ст. були вже досить великі майстерні типу мануфактур, які виробляли посуд (16 видів), іграшки, світильники, чорнильниці, музичні інструменти, з 18 в. - курильні трубки. У Псковській землі відомі і керамічні глазуровані надгробки. Основними будматеріалами були цеглина, черепиця, плитки, труби; вже з 16 ст. з'явилися царські цегельні заводи і перший стандартний "государева великий цегла". Для прикраси фасадів будівель і внутрішніх приміщень робили кахлі - теракотові і глазуровані (зелені - "муравление" і поліхромні - "Ценіна"). У 17 ст. відомі працювали в Москві майстри Петро Заборский, Степан Іванов, Іван Семенов, Степан Буткеев і ін. Виробництво кахлів було також в Ярославлі і ін. містах. З 18 в. рельєфні кахлі витісняються гладкими. У виборі сюжетів зображень позначався вплив народних лубочних картин.

У 1744 в Петербурзі був заснований перший в Росії державний фарфоровий завод (нині завод ім. М.В. Ломоносова); в 1766 в Вербилках під Москвою - приватна фабрика Ф. Я. Гарднера; пізніше виникло безліч ін. приватних підприємств, з яких найбільшими в 19-початку 20 ст. стали заводи М.С. Кузнєцова. Поряд із заводським виробництвом фарфору, будівельною і технічної К. зберігалося кустарне виробництво побутової та художньої К. Існувало кілька промислових районів зі своїми традиціями (Гжель, Скопин і ін.). Про розвиток керамічного виробництва див. В статтях Будівельних матеріалів промисловість і Фарфоро-фаянсова промисловість.

види конденсаторів

Керамічний конденсатор.

Конденсатор, у якого діелектриком служить кераміка на основі головним чином титанатів цирконію (ZrTiO3), кальцію (CaTiO3), нікелю (NiTiO3) і барію (BaTiO3). В особливих випадках застосовують конденсаторну кераміку на базі Al2O3, SiO2, MgO та ін. Ємність конденсатора визначається від частки пікофарад до декількох микрофарад. Робоча напруга від декількох десятків вольт до десятків кіловольт.

Конденсатор електричний, система з двох або більше електродів (обкладок), розділених діелектриком, товщина якого мала в порівнянні з розмірами обкладок; така система електродів володіє взаємною електричною ємністю. Конденсатор електролетіческій у вигляді готового виробу застосовується в електричних ланцюгах там, де необхідна зосереджена ємність. Діелектриком в ньому служать гази, рідини і тверді електроізоляційні речовини, а також напівпровідники. Обкладинками електролітичного конденсатора з газоподібним і рідким діелектриком служить система металевих пластин з постійним зазором між ними. У ньому з твердим діелектриком обкладання роблять з тонкої металевої фольги або наносять шари металу безпосередньо на діелектрик. Для деяких типів на поверхню металевої фольги (1-я обкладання) наноситься тонкий шар діелектрика; 2-й обкладанням є металева або напівпровідникова плівка, нанесена на шар діелектрика з іншого боку, чи електроліт, в який занурюється оксидована фольга. В інтегральних схемах застосовуються два принципово нових види електролітичних конденсатора: дифузійні і метал-окисел-напівпровідникові (МОП). У дифузійних конденсаторах використовується ємність створеного методом дифузії р - n-переходу, яка залежить від прикладеної напруги. У типи МОП в якості діелектрика використовується шар двоокису кремнію, вирощений на поверхні кремнієвої пластини. Обкладинками служать підкладка з малим питомим опором (кремній) і тонка плівка алюмінію.

Особливості.

Нижче я взяв конкретний приклад керамічного конденсатора, тому що на практиці ми найчастіше ними користуємося.

Особливості керамічного конденсатора

Керамічні конденсатори є природним елементом практично будь-якої електронної схеми. Вони застосовуються там, де необхідна здатність працювати з сигналами мінливої \u200b\u200bполярності, необхідні хороші частотні характеристики, малі втрати, незначні струми витоку, невеликі габаритні розміри і низька вартість. Там же, де ці вимоги перетинаються, вони практично незамінні. Але проблеми, пов'язані з технологією їх виробництва, відводили цього типу конденсаторів нішу пристроїв малої місткості. Дійсно, керамічний конденсатор на 10 мкФ ще недавно сприймався як дивовижна екзотика, і варто було таке чудо як жменю алюмінієвих електролітичних, таких же ємності і напруги, або як кілька аналогічних танталових.

Однак, розвиток технологій дозволило до теперішнього часу відразу декільком фірмам заявити про досягнення ними ємності керамічних конденсаторів 100 мкФ і анонсувати початок виробництва приладів ще більших номіналів в кінці цього року. А супроводжує цей процес безперервне падіння цін на всі вироби цієї групи змушує уважніше придивитися до вчорашньої екзотики, щоб не відстати від технічного прогресу і зберегти конкурентоспроможність.

Структура багатошарового керамічного конденсатора.

Кілька слів про технології. Говорячи про керамічних конденсаторах, ми будемо розглядати багатошарові керамічні структури. структура а на малюнку який ви побачите нижче бет показаний зріз з вироби одного зі світових лідерів їх виробництва - японської фірми Murata.

Малюнок 2. Зріз структури конденсатора фірми Murata (збільшено)

Ємність багатошарових керамічних конденсаторів визначається формулою:

.

де e0 - константа діелектричної проникності вакууму; e - константа діелектричної проникності, використовуваної в якості діелектрика кераміки; S0 - активна площа одного електрода; n - число шарів діелектрика; d - товщина шару діелектрика.

Таким чином, збільшення ємності конденсатора можна домогтися зменшенням товщини шарів діелектрика, збільшенням числа електродів, їх активної площі і збільшенням діелектричної проникності діелектрика.

Зменшення товщини діелектрика і пов'язана з цим можливість збільшення кількості електродів - основний спосіб збільшення ємності керамічних конденсаторів. Але зниження товщини діелектрика приводить із зниження напруги пробою, тому конденсатори великої ємності на високу робочу напругу зустрічаються рідко.

Збільшення числа шарів діелектрика - процес, технологічно пов'язаний із зменшенням товщини одиничного шару. Наступний малюнок відображає технологічні тенденції останніх років в цій галузі, представлені фірмою Murata.

Взаємозалежність товщини шару діелектрика і числа шарів багатошарових конденсаторів.

Збільшення активної площі одного електрода - це збільшення габаритних розмірів конденсатора - вкрай неприємне явище, що приводить до різкого зростання вартості виробу.

Збільшення діелектричної проникності при помітному збільшенні ємності призводить до істотного погіршення температурної стабільності і сильної залежності ємності від прикладеної напруги.

Тепер розглянемо можливості і особливості застосування керамічних конденсаторів великої ємності. Перед початком обговорення варто звернути увагу на вже наявні пропозиції і найближчі плани лідерів галузі фірм Murata і Samsung Electro-Mechanics, представлені в таблиці:

Природною областю застосування подібного спектра керамічних конденсаторів великої ємності може бути заміна ними танталових і алюмінієвих конденсаторів для поверхневого монтажу в схемах придушення пульсацій, поділу постійної і змінної складових електричного сигналу, інтегруючих ланцюжках. Однак, при цьому необхідно враховувати принципові відмінності між цими групами деталей, що роблять, в більшості випадків, безглуздими заміни виду електролітичний конденсатор "номінал x напруга" на керамічний конденсатор аналогічного "номіналу x напруги". Розглянемо коротко основні причини цього.

Частотні характеристики конденсаторів визначає залежність їх імпедансу і еквівалентного послідовного опору (ESR) від частоти. Типові залежності такого роду для керамічних, танталових і алюмінієвих конденсаторів наведені нижче на малюнках.

Таким чином, для забезпечення однакового з танталові конденсатором в 10 мкФ рівня придушення пульсацій частотою 1 МГц можна використовувати керамічний конденсатор ємністю 1,0-2,2 мкФ. Економія місця на платі і грошей очевидна.

Низьке еквівалентний послідовний опір і пов'язані з ним малі втрати дозволяють значно сильніше навантажувати керамічні конденсатори, Ніж електролітичні, не викликаючи при цьому критичного для деталі розігріву, незважаючи на їх значно скромніші габаритні розміри. Порівняльні криві розігріву конденсаторів струмами пульсації різної частоти приведені нижче на малюнках.

Ще одним чималим плюсом керамічних конденсаторів є їх здатність витримувати короткочасні високі напруги перевантаження, багаторазово перевищують номінальні. Хто вибирав згладжують конденсатори для імпульсних джерел живлення, знає, як це важливо, бо в моменти запуску та вимикання в них можуть генеруватися імпульси амплітудою до декількох значень вихідної напруги, змушуючи використовувати електролітичні конденсатори з великим запасом по напрузі.

Порівняльні характеристики напруги пробою для різних типів конденсаторів за результатами тестів, проведених фірмою Murata, наведені на малюнку:

Тепер кілька слів про сумне. При всіх своїх перевагах, керамічні конденсатори великої ємності виробляються з використанням діелектриків типу X7R / X5R і Y5V. їх відмінною рисою є сильна залежність діелектричної проникності, а з нею, відповідно до (1), і ємності від температури і прикладеного напруги. Типові залежності такого роду для конденсаторів різних типів показані нижче на двох малюнках.

Температурна залежність ємності конденсаторів

Залежність ємності конденсаторів від прикладеної напруги

З них бачимо, що при досить жорстких вимогах до стабільності номіналу, наприклад, у времязадающих ланцюгах або при розв'язці постійної і змінної складових, на заміну електролітичним конденсаторам можна рекомендувати тільки керамічні з діелектриком X7R, який може виявитися ще більш цікавим, якщо взяти до уваги його допустимий діапазон робочих температур - 55: + 125 ° с, що дозволяє йому знайти застосування як в апаратурі, розрахованої на роботу на вулиці в умовах півночі, так і в автомобільній техніці, з її жорсткими вимогами до збереження працездатності при високих температурах.

Однак, для згладжує конденсатора стабільність номіналу не є критичним параметром. Тому можна розраховувати і на високу затребуваність приладів на основі менш стабільною кераміки Y5V, з якої можна отримати деталі меншого габариту і вартості.

Маркування та класифікація конденсаторів

Класифікація конденсаторів можлива за різними ознаками. Найдоцільніше класифікувати їх за родом діелектрика. Скорочені позначення, що дозволяють визначити, до якого типу належить конкретний конденсатор, містять три елементи.

перший елемент (Одна або дві букви) позначає групу конденсаторів:

К - конденсатор постійної ємності;

КТ - конденсатор підлаштування;

КП - конденсатор змінний.

другий елемент - число, що позначає різновид конденсаторів:

1 - вакуумний;

2 - повітряний;

3 - з газоподібним діелектриком;

4 - з твердим діелектриком;

10 - керамічні на номінальну напругу до 1600 В;

15 - керамічні на номінальну напругу 1600 В і вище;

20 - кварцові;

21 - скляні;

22 - стеклокерамические;

23 - стеклоемальовиє;

31 - слюдяні малої потужності;

32 - слюдяні великої потужності;

40 - паперові на номінальну напругу до 2 кВ з обкладинками з фольги;

41 - паперові на номінальну напругу 2 кВ і вище з обкладинками з фольги;

42 - паперові з металізованими обкладками;

50 - електролітичні фольгові алюмінієві;

51 - електролітичні фольгові танталові, ніобієві і ін .;

2 - електролітичні об'ємно-пористі;

53 - напівпровідникові оксидні;

54 - металеві оксидні;

60 - повітряні;

61 - вакуумні;

71 - полістирольні;

72 - фторопластові;

73 - поліетилентерефталатні;

75 - комбіновані;

76 - лакопленочние;

77 - полікарбонатні.

третій елемент - порядковий номер конденсатора, який присвоюється при розробці.

Маркування конденсаторів.

На конденсаторах досить великого розміру позначаються тип, номінальна ємність і допустиме відхилення ємності від номінальної у відсотках, номінальну напругу, маркування заводу виробника, місяць і рік випуску. Якщо конденсатор даного типу випускаються тільки одного класу точності, то допуск не маркується. На слюдяних і деяких інших конденсаторах вказують групу ТКЕ.

Для маркування конденсаторів застосовують позначення встановлені ГОСТ 11076-69 (СТ РЕВ 1810-79). Залежно від розмірів конденсатора застосовуються повні або скорочені (кодовані) позначення. Повне позначення номінальної ємності повинно складатися з значення номінальної ємності по ГОСТ 2519-67 і позначення одиниці виміру. Кодоване позначення номінальної ємності повинно складатися з трьох або чотирьох знаків, що включають дві або три цифри і букву. Буква код означає множник, що становить значення ємності. Латинськими або українськими літерами p або П, n або Н, m або М, m або І, F або Ф позначаються множники 10-12, 10-9, 10-6, 10-3, 1 відповідно для значень ємності, вираженої в Фарада . Ці літери використовуються в якості ком при вказівці дрібних значень ємності. наприклад,

5.6 пФ - 5p6 або 5П6;

150 пФ - 150p (n15) або 150П (М15);

3.3 нФ - 3n3 або 3Н3;

2.2 мкФ - 2m2 або 2М2;

150 мкФ - 150m (m15) або 150М або І150

Кодовані позначення допустимих відхилень ємності від номінальної наведені в таблиці 1.

* Допустимі відхилення ємності, виражені в пікофарад, кодуються такими ж літерами.

Повне позначення номінальної напруги конденсатора складається з значення номінального напруги по ГОСТ 9665-77 і позначення одиниці вимірювання (V - для напруги до 800 В, kV - для напруг 1 кВ і вище). Кодоване позначення номінальної напруги конденсаторів приведені в таблиці 2.

Повні і кодовані позначення груп по температурної стабільності ємності наведені в таблиці 3. Для маркування групи ТКЕ використовується також кольоровий код - забарвлення корпусу в певний колір (таблиця 3), а для маркування допустимих змін ємності при зміні температури - кольоровий код у вигляді точки певного кольору (таблиця 4).

Для склокерамічних конденсаторів + 0.012-0.01 і ± 0.01 відповідно.

Примітка:

1. Конденсатори можуть бути покриті емаллю будь-якого кольору з маркуванням літерами і цифрами або двома поруч розташованими знаками (точки або смужки). При цьому конденсатори груп П100, П33, М47, М750, М1500 повинні мати кольоровий знак, відповідний кольору покриття конденсатора. Для інших груп колір першого знака повинен відповідати кольору покриття, а другий - кольором, вказаним в графі "колір знака". В останньому випадку площа першого знака повинна бути приблизно в два рази більше площі другого.

2. Маркувальний знак на трубчастих конденсаторах поміщається з боку виведення зовнішнього електрода.

Кодоване позначення номінальної ємності і допустимих відхилень ємності маркують на конденсаторі одним рядком без розділових знаків. На малогабаритних конденсаторах позначення допустимих відхилень ємності може бути в іншому рядку (під позначенням номінальної ємності). Кодовані позначення інших даних проставляються після букви, що позначає допустимі відхилення ємності, в порядку, встановленому ГОСТ або ТУ на конкретні конденсатори.

В останні роки на конденсатори часто завдають кодоване значення дати виготовлення. Ці позначення розташовуються після основного коду і можуть складатися або з двох букв латинського алфавіту, або з однієї такої букви і арабської цифри. Умовні позначення, присвоєні років, наведені в таблиці.

мікросхемах

2. Застосування та експлуатація

Експлуатаційні чинники та їх вплив

Експлуатаційна надійність конденсаторів в апаратурі багато в чому визначається впливом комплексу чинників, які за своєю природою можна розділити на наступні групи:

електричні навантаження (напруга, струм, реактивна потужність, частота змінного струму);

кліматичні навантаження (температура і вологість навколишнього середовища, атмосферний тиск, біологічні чинники та т.д.)

механічні навантаження (вібрація, удари, постійно діюча прискорення, акустичні шуми);

радіаційні впливи (потік нейтронів, гамма-промені, сонячна радіація і ін.).

Під впливом зазначених чинників відбувається зміна параметрів конденсаторів. Залежно від виду і тривалості навантаження відходи параметрів складаються з оборотного (тимчасового) і незворотного змін.

Зворотні зміни параметрів викликаються короткочасним впливом навантажень, що не приводять до зміни властивостей конструкційних матеріалів і виявляються лише в умовах дії навантажень. Після зняття навантаження параметри конденсаторів, приймають значення, близькі до початкових.

Кліматичні навантаження. Температура і вологість навколишнього середовища є найважливішими факторами, що впливають на надійність, довговічність і збереженість конденсаторів. Тривала дія підвищеної температури викликає старіння діелектрика, в результаті чого параметри конденсаторів зазнають необоротні зміни. гранично допустима температура для конденсаторів обмежується завданням максимальної позитивної температури навколишнього середовища і величиною електричного навантаження. Застосування конденсаторів в умовах, що перевищують ці обмеження, неприпустимо, тому що може викликати різке погіршення параметрів (зниження опору ізоляції та електричної міцності, зменшення ємності, збільшення струму і тангенса кута втрат), порушення герметичності спаев, погіршення ізоляційних і захисних властивостей органічних покриттів і заливальних матеріалів, а в ряді випадків може привести до повної втрати працездатності конденсаторів.

Поряд із зовнішньою температурою на конденсатори в складі апаратури може додатково впливати теплота, що виділяється іншими сильно нагріваються під час роботи апаратури виробами (потужні генераторні та модуляторні лампи, резистори і т.п.).

Тепловий вплив на конденсатори може бути як безперервним, так і періодично мінливих. Різка зміна температури може викликати механічні напруги в різнорідних матеріалах, порушення герметичності паяних з'єднань, поява тріщин, зазорів в деталях конденсаторів.

У оксидних конденсаторів при низьких температурах збільшується тангенс кута втрат. Всі типи оксидних конденсаторів з рідким або пастоподібною електролітом при температурах нижче 60 ° С практично непрацездатні через різке зниження ємності і збільшення тангенса кута втрат.

При експлуатації конденсаторів в умовах наднизьких температур (до мінус 180 ° С) за рахунок підвищення крихкості ряду конструкційних матеріалів можливе погіршення механічної міцності конденсаторів.

З ростом температури навколишнього середовища напруга на конденсаторі має знижуватися. В умовах підвищеної вологості на електричні характеристики конденсаторів впливає як плівка води, що утворюється на поверхні (процес адсорбції), так і внутрішнє поглинання вологи діелектриком (процес сорбції). Для герметизованих конденсаторів характерні тільки адсорбційні процеси. У конденсаторів, які не мають вакуум але щільної герметизації, можливо також внутрішнє проникнення вологи.

Тривала дія підвищеної вологості найсильніше б'є по зміні параметрів негерметизованих конденсаторів. Найменшу вологостійкість мають негерметизовані паперові і металопаперові, а також слюдяні спресовані конденсатори. Проникнення вологи всередину конденсаторів знижує опір ізоляції (особливо при підвищених температурах) І електричну міцність, збільшує тангенс кута втрат і ємність. Особливо небезпечно для негерметизованих конденсаторів одночасне тривалий вплив підвищеної вологості і електричного навантаження. При цьому у керамічних конденсаторів з відкритим междуелектродного зазором можливе зниження опору ізоляції або електричний пробій за рахунок міграції іонів металу обкладок (особливо срібла) по торця конденсатора, а у металопаперові конденсаторів руйнування обкладок, за рахунок процесів електролізу. Після перебування конденсаторів в нормальних кліматичних умовах (особливо після підсушування) адсорбована волога віддаляється і герметизовані конденсатори практично повністю відновлює свої параметри.

Крім безпосереднього впливу на електричні характеристики конденсаторів волога викликає корозію металевих деталей і контактної арматури конденсаторів, полегшує умови розвитку різних цвілевих грибків. Поява цвілі може викликати знебарвлення і руйнування захисних покриттів і маркування, погіршення ізоляційних властивостей органічних матеріалів, сприяє утворенню шару вологи на конденсаторах.

У морських районах шкідливий вплив вологи посилюється за рахунок присутності в атмосфері солей, що входять до складу морської води, що збільшує електропровідність зволожених поверхонь, ізоляційних матеріалів, полегшує умови електролізу і корозії металів.

У промислових районах конденсована на поверхні конденсаторів волога може містити розчини сірчистих і інших агресивних сполук, що підсилюють шкідливий вплив вологи.

При зниженні зовнішньої температури всередині блоків апаратури можуть створюватися умови, сприятливі для утворення інею і випадання роси. Вплив інею і роси практично не позначається на працездатності низьковольтних конденсаторів. Однак наявність вологи на поверхні конденсаторів при випаданні роси може збільшити поверхневу провідність і привести до зниження опору ізоляції, а у високовольтних конденсаторів - до зниження електричної міцності. Після випаровування роси електричні характеристики конденсаторів відновлюються. Час відновлення залежить від габаритів, конструкції, теплоємності та інших характеристик виробу. Повністю зберігають працездатність при впливі інею і роси конденсатори з оксидним діелектриком.

Конденсатори не піддавалося безпосередньому впливу сонячної радіації, Атмосферних опадів, піску і пилу. Однак пил і пісок сприяють корозії металевих деталей і розвитку цвілі, а потрапляючи в зазори між труться частинами підлаштування конденсаторів, прискорюють їх знос.

Підвищений (до 3 атм) тиск не робить істотного впливу на роботу конденсаторів. В умовах низького тиску знижується електрична міцність повітряного проміжку і створюються умови для пробоїв і перекриття. Для уникнення пробоїв і перекриття при зниженому атмосферному тиску необхідно знижувати напругу на конденсаторі. Крім того, при зниженому атмосферному тиску погіршується відведення теплоти від конденсатора, а в умовах глибокого вакууму (тиск менше 1,3-106 Па) можлива сублімація (випаровування) твердих матеріалів. В умовах низького тиску у негерметичних оксидних конденсаторів з рідким або пастоподібною електролітом за рахунок випаровування легко летючих компонентів відбувається, інтенсивна втрата електроліту, що різко знижує термін їх служби. Погіршення механічної міцності B еластичності органічних матеріалів вузла ущільнення за рахунок сублімації збільшує швидкість втрати електроліту.

механічні навантаження

При експлуатації і транспортуванні апаратури конденсатори піддаються впливу різного виду механічних навантажень: вібрації, одиночним і багаторазовим ударам, лінійному прискоренню, акустичним навантажень. Найбільш небезпечними є вібраційні і ударні навантаження.

Вплив механічних навантажень, що перевищують допустимі норми, може викликати обриви висновків і внутрішніх з'єднань, збільшення струму витоку у оксидних конденсаторів, поява тріщин в керамічних корпусах і ізоляторах, зниження електричної міцності, зміна встановленої ємності у підстроєних конденсаторів. Високі рівні руйнують зусиль можуть виникати при впливі ударних навантажень, якщо складові спектра ударного імпульсу збігаються з власними резонансними частотами конденсатора.

Вплив механічних навантажень на вакуумні конденсатори може викликати зміну ємності, синхронне з частотою вібрації 2R і моментом впливу ударних навантажень. У оксидних конденсаторів (особливо у танталових з рідким електролітом) під час впливу вібраційних і ударних навантажень можливі короткочасні кидки струму витоку через локальні руйнувань оксидного шару.

радіаційні впливи

Розвиток атомної енергетики та освоєння космосу висуває вимогу щодо стійкості комплектуючих елементів (в тому числі конденсаторів) до впливу іонізуючих випромінювань, глибокого вакууму і наднизьких температур. Вплив іонізуючих випромінювань може як безпосередньо викликати зміну електричних і експлуатаційних характеристик конденсаторів, так і сприяти прискореному старіння конструкційних матеріалів при подальшій дії інших факторів. Характер і швидкість зміни параметрів залежать від дози, інтенсивності та енергетичного спектра випромінювання і значною мірою визначаються видом робочого діелектрика і конструкцією конденсатора.

Процеси, які відбуваються в конденсаторах в умовах впливу іонізуючих випромінювань, докорінно відрізняються від процесів старіння в звичайних умовах експлуатації. В результаті впливу іонізуючих випромінювань в конденсаторах також можуть виникати явища, що призводять до оборотним чи залишковим змін їх електричних параметрів.

Зворотні зміни пов'язані з процесами іонізації діелектричних матеріалів і повітря і супроводжуються в основному різким зниженням опору ізоляції і збільшенням струму витоку внаслідок утворення поверхневих і внутрішніх об'ємно-розподілених зарядів. Збільшується також тангенс кута втрат, особливо на низьких частотах. Після припинення опромінення опір ізоляції (струм витоку оксидних конденсаторів) в більшості випадків відновлюється. Час відновлення залежить від типу діелектрика, дози і потужності випромінювання.

Залишкові зміни параметрів пов'язані в основному з стійкими порушеннями структури робочого діелектрика, а також захисних і заливальних матеріалів. При впливі іонізуючих випромінювань найбільш сильно змінюються структура і механічні властивості полімерних матеріалів, що застосовуються в плівкових і комбінованих конденсаторах. Структурні зміни супроводжуються, як правило, інтенсивним газовиділенням. Порівняно швидких змін піддаються просочують склади, і целюлоза, що є основним компонентом конденсаторного паперу. Тому конденсатори з органічним діелектриком більш чутливі до впливів випромінювання, ніж конденсатори з неорганічним діелектриком. Найбільш стійкі до впливу іонізуючих випромінювань керамічні конденсатори типу 1.

Радіаційні порушення структури матеріалів можуть приводити і до погіршення основних експлуатаційних характеристик конденсаторів - терміну служби, механічної і електричної міцності, вологостійкості.

електричні навантаження

Найбільші незворотні зміни параметрів викликаються тривалим впливом електричного навантаження, при якій відбуваються процеси старіння, що погіршують електричну міцність. Це необхідно враховувати, вибираючи значення робочої напруги, особливо при тривалій експлуатації конденсаторів. при постійній напрузі основною причиною старіння є електрохімічні процеси, що виникають в діелектрику під дією постійного поля і все частіші з підвищенням температури і вологості навколишнього середовища. Ступінь їх впливу на параметри конденсаторів визначається видом діелектрика і конструктивним виконанням конденсатора. При цьому сумарна зміна параметрів конденсаторів не перевищує значень, гарантованих на період мінімальної напрацювання, наведених в довідкових даних.

При змінній напрузі і імпульсних режимах основною причиною старіння є іонізаційні процеси, що виникають всередині діелектрика або у країв обкладок, переважно в місцях газових включень. Дане явище характерне в основному для високовольтних конденсаторів. Іонізація руйнує органічні діелектрики в результаті бомбардування їх виникають іонами і електронами, а також за. рахунок агресивної дії на діелектрик утворилися озону і оксидів азоту. Для керамічних матеріалів іонізація в закритій порі викликає сильний місцевий розігрів, в результаті якого з'являються механічні напруги, що супроводжуються растрескиванием кераміки і пробоєм по тріщині.

Незважаючи на те що допустиме значення напруженості електричного поля в діелектрику конденсатора при його випробуваннях вибирається з деяким запасом, експлуатація під електричної навантаженням, що перевищує номінальну напругу, різко знижує надійність конденсаторів.

Перевищення припустимої змінної складової напруги може викликати порушення теплового рівноваги в конденсаторі, що приводить до термічного руйнування діелектрика. Розвиток цього явища обумовлено тим, що активна провідність діелектрика зросте з підвищенням температури.

Найбільш стійкі до впливу електричних експлуатаційних навантажень і стабільні захищені керамічні конденсатори типу 1. Серед оксидних конденсаторів найбільш стабільні оксидно-напівпровідникові герметизовані конденсатори. Низька стабільність електролітичних оксидних конденсаторів пояснюється наявністю в них рідкого або пастоподібного електроліту, опір якого в більшій мірі залежить від температури навколишнього середовища, ніж у оксидно-напівпровідникових конденсаторів. Тривала дія електричного навантаження, особливо при підвищених температурах, викликає випаровування летючих фракцій електроліту, що ще більше підвищує опір електроліту і різко погіршує температурну і частотну залежності ємності і тангенса кута втрат. Найбільш інтенсивно цей процес протікає у алюмінієвих конденсаторів малих габаритів з електролітом на основі диметилформаміду.

При тривалій експлуатації під електричним навантаженням деяких типів танталових електролітичних конденсаторів можливе зниження ємності за рахунок пасивації катода, а також виникнення відмов, пов'язаних з руйнуванням срібного корпусу і витіканням внаслідок цього електроліту. Підвищення амплітуди змінної складової напруги прискорює цей процес. Нові типи конденсаторів з танталові корпусом позбавлені цього недоліку і мають підвищену стабільність параметрів і більш високу довговічність.

Частотні властивості і особливості їх роботи в імпульсних режимах

При виборі конденсаторів для роботи в ланцюгах змінного або пульсуючого струму необхідно враховувати їх частотні властивості, які визначаються рядом конструктивних факторів: типом діелектрика, значеннями індуктивності і еквівалентного послідовного опору, конструкцією і ін. Працездатність конденсаторів при змінній напрузі обмежують в основному такі фактори:

тепловиділення, пропорційне середньої потужності, яке може різко зростати при перевищенні допустимих режимів експлуатації і створювати умови для теплового пробою конденсатора;

напруженість електричного поля, що впливає на діелектрик конденсатора і викликає його електричне старіння;

струм, що протікає через конденсатор, при великій щільності якого можливі локальний перегрів і руйнування контактних вузлів, вигоряння металізованих обкладок і т.п .;

температура навколишнього середовища.

Найбільш високими частотними властивостями володіють керамічні конденсатори типу 1, слюдяні і конденсатори з неполярних плівок (полістирольні, поліпропіленові та ін.).

У зв'язку з тим що з підвищенням частоти ростуть втрати енергії в конденсаторі, для збереження теплового балансу в конденсаторі і виключення можливості виникнення пробою з підвищенням частоти необхідно знижувати амплітуду змінної складової.

У керамічних і слюдяних конденсаторів допустима величина змінної складової напруги визначається виходячи з допустимої реактивної потужності.

У ряду груп конденсаторів з підвищенням частоти може помітно знижуватися ефективна ємність. Зменшення ємності з ростом частоти відбувається як за рахунок зниження діелектричної проникності діелектрика, так і за рахунок збільшення еквівалентного послідовного опору (ЕРС).

ЕРС обумовлено втратами в конденсаторі - в діелектрику, в металевих частинах, в перехідних контактних опорах, в електроліті (у оксидних конденсаторів). У звичайних конденсаторах ЕРС досить мало (частки ома) і зниження ємності з частотою можна помітити лише в області високих частот. Найбільш сильна залежність ємності від частоти має місце у оксидних конденсаторів (особливо з рідким електролітом) через велику питомого опору електроліту і його залежності від частоти. Для цих конденсаторів зниження ємності з частотою спостерігається, починаючи з сотень герц.

В імпульсних режимах можуть бути використані конденсатори, спеціально сконструйовані для цих цілей і загального застосування. Однак в будь-якому випадку при виборі конденсаторів повинні бути враховані особливості їх роботи при імпульсних навантаженнях. Облік особливостей повинен проводитися з двох сторін: чи здатний конденсатор даного типу забезпечити формування або передачу імпульсу не є такий режим руйнує для конденсатора.

Істотний вплив на форму імпульсу, а також на коефіцієнт корисної дії пристрою, в якому встановлений конденсатор, можуть надавати втрати енергії в діелектрику і арматурі конденсатора. Тому при виборі конденсаторів для імпульсних режимів слід враховувати їх температурно-частотні залежності ємності, тангенса кута втрат і повного опору. Для вирішення питання про те, чи не є даний імпульсний режим руйнує для конденсаторів, необхідно враховувати явища, пов'язані з нагріванням конденсатора за рахунок імпульсних струмів, з іонізаційним старінням діелектриків та ін. Зазначені явища можуть призвести до порушення електричної міцності конденсатора і виходу його з ладу . Тому допустима імпульсна навантаження, на конденсаторі визначається виходячи з таких параметрів імпульсного режиму: значень позитивних і негативних піків напруги і струму, розмаху змінної напруги на конденсаторі, тривалості наростання і спаду напруги, періоду і частоти проходження імпульсів, наявності постійної складової.

Вибір конкретних допустимих імпульсних навантажень конденсаторів проводиться за номограмами, наведеними в нормативній документації, виходячи з параметрів імпульсного режиму.

При застосуванні полярних конденсаторів з оксидним діелектриком в імпульсних режимах і при пульсуючому напрузі необхідно враховувати, що постійна складова напруги повинна мати значення, що виключає можливість появи на конденсаторі напруги зворотної полярності, а сума постійного і амплітуди змінного або імпульсного напруги не повинна перевищувати номінальної напруги.

Конденсатори знаходять застосування практично у всіх областях електротехніки.

Конденсатори (спільно з котушками індуктивності і / або резисторами) використовуються для побудови різних ланцюгів з частотно-залежними властивостями, зокрема, фільтрів, ланцюгів зворотного зв'язку, коливальних контурів і т.п. .

При швидкому розряді конденсатора можна отримати імпульс великої потужності, наприклад, в фотоспалах, імпульсних лазерах з оптичним накачуванням, генераторах Маркса, (ГІН; ГИТ), генераторах Кокрофта-Уолтона і т.п.

Так як конденсатор здатний тривалий час зберігати заряд, то його можна використовувати в якості елемента пам'яті або пристрою зберігання електричної енергії.

У промисловій електротехніці конденсатори використовуються для компенсації реактивної потужності і в фільтрах вищих гармонік.

Як датчики малих переміщень: мале зміна відстані між обкладинками дуже помітно позначається на ємності конденсатора.

У схемах РЗіА конденсатори використовуються для реалізації логіки роботи деяких захистів. Зокрема, в схемі роботи АПВ використання конденсатора дозволяє забезпечити необхідну кратність спрацьовування захисту.