Виды конденсаторов и их назначение Статья
В этом материале мы очень подробно поговорим про конденсаторы, расскажем, зачем они нужны, каких видов бывают и многое другое. По своей сути это довольно простое устройство, но при этом сегодня без них трудно представить наш мир: конденсаторы встречаются повсеместно. В этой статье не будет схем и подробного разбора, а также глубокой теории - все это интересно лишь узкому кругу специалистов. Тут мы попробуем простым языком и не слишком длинно рассказать все, что нужно знать про конденсаторы.
Что такое и зачем нужен
Электрический конденсатор это двухполюсник который применяется для накопления заряда и его последующей отдачи. Каждый конденсатор имеет определенную емкость, разумеется, ничего общего с емкостью аккумуляторов она не имеет. Если говорить про электронные схемы, то конденсатор является вторым по распространенности после резисторов. Конденсаторы бывают постоянной или переменной емкости, бывают разных типов и из разных материалов, но об этом мы еще поговорим ниже. То есть, основная задача конденсатора это сперва накапливать электроэнергию, после чего отдавать её. Также стоит отметить, что конденсаторы относят к пассивным электронным компонентам.
Конденсаторы выполняют сразу ряд задач, благодаря чему они и используются так широко. Например, поддержание разницы потенциалов. Есть электронные компоненты, которые крайне чувствительны к падению напряжения, некоторые из них просто прекратят работу, либо перезапустятся, что крайне нежелательно во многих случаях. Если просадка напряжения происходит на короткий промежуток времени, то её компенсирует конденсатор, отдав накопленную энергию. Он не может заменить источник бесперебойного питания, емкость конденсатора значительно меньше, впрочем, тут есть разные варианты. Также конденсаторы выполняют роль фильтра низких и высоких частот. Кстати, не стоит думать, что типичный конденсатор это маленькое устройство, которое видели большинство людей. Они бывают очень большими и весят десятки, а то и сотни килограмм.
Характеристики конденсатора
Вне зависимости от типа и устройства, у каждого конденсатора есть набор характеристик. По своей сути это очень простые устройства, поэтому и параметров у них довольно мало. Стоит отметить, что есть не только обычные характеристики, но и так называемые паразитные, которые оказывают негативное влияние на их работу. Когда конденсатор подбирают под конкретную сферу использования, учитывают все характеристики. В рамках этой статьи мы поговорим только про основные, а такие как тангенс угла диэлектрических потерь или диэлектрическую абсорбцию рассматривать не будем. Напоминаем, что в нашей статье мы стараемся говорить простыми словами и коротко.
Емкость конденсатора
Емкость является главным параметром конденсатора, тут можно увидеть аналогию с аккумуляторами, правда единица измерения тут другая и называется фарад, ампер-часы тут не используются. Кстати, один фарад (фарадей) это примерно 26,8 А*ч. Емкость большинства конденсаторов измеряется в микрофарадах или пикофарадах. Впрочем, есть отдельные конденсаторы, которые имеют емкость в десятки фарад, то есть, этот показатель у них в десятки раз больше, чем у обычных аккумуляторов. Правда, такие конденсаторы имеют ограниченную сферу применения и зачастую изготавливаются под заказ, под конкретное оборудование, где требуется такая емкость.
Если нужно большая емкость, то здесь могут соединить параллельно несколько конденсаторов. Тут есть нюансы, которые мы рассматривать не будем, но этот способ используется довольно часто. Также к емкости можно отнести удельную емкость. Это отношение собственно емкости к массе или объему конденсатору, такой же показатель есть и у аккумуляторов. Максимальная удельная емкость есть у тех конденсаторов, которые имеют минимальную толщину диэлектрика, но для таких повышается вероятность пробоя, что является проблемой. Про пробой мы еще поговорим ниже.
Номинальное напряжение
Стандартный показатель для всех электрических устройств. В случае конденсатора номинальное напряжение это максимально допустимое значение. В указанных пределах конденсатор будет работать нормально и сохранит свою работоспособность. Если же напряжение будет выше, то конденсатор может выйти из строя. Вероятность этого зависит от уровня превышения, а также времени. Но сама по себе эта характеристика достаточно простая, тут выбирают исходя из фактического напряжения, которое будет проходить через конденсатор, возможно делают это с небольшим запасом.
Вероятность взрыва
Да, есть и такой параметр, так как вероятность взрыва конденсатора не такая уж и маленькая, это вообще достаточно распространенное явление. О причинах можно рассказывать долго, но главной является повышенная температура, из-за которой происходит перегрев конденсатора и его взрыв. Но не стоит думать, что это именно опасный взрыв, нет, все не так. В современных конденсаторах устанавливают предохранительный клапан (актуально для устройств с большой емкости), либо делаю специальную верхнюю крышку, в небольших моделях. В компьютерах да и вообще в быту можно увидеть последний вариант. Многие видели вздутую верхнюю крышку конденсатора. Это не говорит о том, что он уже вышел из строя, но говорит о том, что скоро это произойдет. Ну а если крышка разорвана, то конденсатор нужно менять.
В старых моделях подобное было не предусмотрено, поэтому при взрыве от них могли отлетать осколки. И скорость их была такая, что они могли представлять опасность для здоровья человека. Убить не могли (если говорить про небольшие конденсаторы), но нанести травмы - вполне. Также стоит отметить, что есть разные типы конденсаторов и в них вероятность взрыва, как и его опасность - разная. Например, есть танталовые конденсаторы, которые состоят из тантала и двуокиси марганца. И эти два вещества, перемешанные вместе, при определенных условиях инициируют химическую реакцию, что приводит к взрыву конденсатора. Но, повторимся, современные устройства, которые широко используются в быту и т.д. не представляют опасности.
Это основные характеристики конденсаторов, как мы писали выше, про дополнительные и второстепенные в рамках данной статьи мы рассказывать не будем. Далее поговорим о различных видах конденсаторов, которые сегодня применяются наиболее широко. Про совсем специфические, которые применяются весьма ограниченно, мы рассказывать не будем.
Виды конденсаторов
Конструкция конденсатора может быть разной, как и материалы из которого он изготовлен. Разумеется, от этого зависят и его свойства с характеристиками, поэтому и существуют разные виды. В простейшем виде конденсатор представляет собой два электрода (называются обкладками), которые имеют форму пластин. Они разделены диэлектриком, на практике слоев диэлектрика может быть много, да и сами электроды могут быть многослойными или в виде лент. Современные конденсаторы довольно сильно отличаются от самых первых, не только по своей конструкции, но и по используемым в них материалам.
Металлобумажные
Металлобумажные конденсаторы являются разновидностью бумажных. В них в качестве диэлектрика выступает бумага. Но не обычная, а специальная, предназначенная именно для конденсаторов. Обкладки делают из фольги. Этот вид используется в цепях как высокой, так и низкой частоты. Главный минус бумажного конденсатора это его низкая прочность, поэтому сегодня они хоть и не вышли из употребления, но используются все реже. А вот металлобумажный является его более продвинутой разновидностью. Тут вместо фольг напыляют металл на бумажный диэлектрик и все это помещено в механический корпус, который предотвращает случайное повреждение всей конструкции. У металлобумажных конденсаторов неплохая удельная емкость, они герметичные, при этом они недорогие и довольно универсальные. Используются они довольно широко, хотя и не повсеместно, свои минусы у них есть.
Керамические
Выглядят как керамические круги на металлических ножках, либо имеют форму похожую на круг, подобные конденсаторы видели многие. Могут быть как в виде одной пластины, так и целой пачки. Электроды, которые из металла, напыляют на керамические пластины и крепят с выводами конденсатора. Свойства этого типа напрямую зависят от вида керамики, которая используются. Главное различие это электрическая проницаемость, которая может варьироваться в очень большом диапазоне. Основная особенность керамических конденсаторов это высокая емкость при небольшом размере, при этом они способы работать с любой поляризацией и не обладают высокими утечками. Из-за компактности их часто применяют в небольших устройствах. Цена на керамические конденсаторы выше, чем на большинство других типов.
Электролитические
Здесь в качестве диэлектрика выступает оксид металла, который образовывается электрохимическим способом на одной обложке, которая сделана из того же металла. В качестве второй обложки выступает электролит (отсюда и название), который может быть как жидким, так и сухим. Подавляющее большинство электролитических конденсаторов являются поляризованными, поэтому они могут работать исключительно с соблюдением полярности. Если она перепутана, то это вызовет химическую реакцию, которая необратима, то есть, конденсатор выйдет из строя. Более того, в ходе этого процесса начнет выделяться газ, а это может привести уже к взрыву. Впрочем, как мы писали выше, в современных устройствах в конструкции предусмотрена такая вероятность и в низ газ просто выйдет без особых последствий. Но сам конденсатор придется менять. Разновидностью этого типа являются ионисторы, которые также могут называть «суперконденсаторы» - их емкость может быть несколько тысяч фарад. Электролитические конденсаторы в свою очередь разделяются на несколько подтипов о которых мы расскажем ниже.
Танталовые
Танталовые конденсаторы это одна из разновидностей электролитических. Название от того, что электрод сделан из тантала. Именно про них мы уже упоминали выше, когда рассказывали про взрывоопасность конденсаторов. В любом случае, это их недостаток, но вместе с тем у них есть и ряд достоинств: они устойчивы к внешним воздействиям, ток утечки у них низкий, размер очень компактный из-за высокой удельной емкости. Именно это объясняет использование танталовых конденсаторов не смотря на их потенциальную опасность. Но, повторимся, современные не являются опасными.
Алюминиевые
Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют довольно большую емкость, но нормально работать могут только на малых частотах, что ограничивает сферу их применения. Для положительного электрода здесь используют алюминий, а в качестве диэлектрика выступает триоксид алюминия. Это еще одна разновидность электролитических конденсаторов, о которых мы рассказывали выше. У них высокое соотношение емкости и к размеру, это довольно распространенный тип сегодня.
Пленочные
Этот вид также можно отнести к современным, в качестве диэлектрика тут выступает пленка из различных видов пластика, отсюда и название. Электроды либо напыляют на пленку (более дорогой способ производства), либо делают в виде фольги, которая спрессовывается с пленкой. Применяются довольно широко, у них есть как свои плюсы, так и минусы, которые в большей степени зависят от типа пластика. Например, если это полистирол, то максимальная температура эксплуатации не может превышать +70 градусов по Цельсию, тогда как другие виды пластика способны выдерживать до +120-130 градусов. Некоторые типы устойчивы к пробою и имеют другие свойства. В целом же пленочные конденсаторы характеризуются низким током утечки, но имеют они небольшую емкость по сравнению с другими типами конденсаторов. Тем не менее, некоторые их свойства делают пленочные конденсаторы весьма распространенными в некоторых областях.
Это наиболее распространенные типы конденсаторов, хотя есть и другие. Например, полимерные, которые сегодня постепенно вытесняют электролитические. Или воздушные, где диэлектриком является воздух, но сегодня они применяются очень редко.
Классификация конденсаторов
Разумеется, конденсаторы классифицируются не только по видам, которые обусловлены используемыми материалами и особенностями конструкции, но и по другим параметрам. Про это можно рассказывать очень долго, но в рамках этой статье мы коротко расскажем про другие способы классификации. Это имеет прямое отношение к выбору подходящего варианта. Хотя в этом материале мы и не рассказываем, как выбрать конденсатор, но, тем не менее, после прочтения этой статьи определенные выводы вы сделаете. Ну а если уж мы коснулись вопроса выбора, то в подавляющем большинстве случаев такого вопроса вообще нет. Просто потому, что взамен вышедшего из строя конденсатора нужно просто купить аналогичный и ничего выдумывать тут не нужно. Но вернемся к их классификации.
Конденсаторы классифицируют по изменению емкости, где выделяют постоянной и переменной емкости. Первые никак не меняют этот показатель, вторые меняют его при воздействии различных факторов, например, температуры. Конденсаторы переменной емкости также разделяют на нелинейные и подстроечные. Конденсаторы иногда разделяют по назначению, хотя эта классификация фактически не используется и значения не имеет. Но их можно разделить на две группы: общего и специального назначения. Первая предназначена для широкого применения, вторая для использования в особых условиях эксплуатации. Специальные конденсаторы зачастую разрабатывают и производят под заказ, хотя и здесь есть серийные изделия.
Конденсаторы классифицируют также по типу монтажа, где выделяют навесные, с защелкивающимися выводами, винтовыми выводами и для печатной установки. Способ монтажа зависит от устройства, где будет использоваться конденсатор. Например, если это винтовой вывод, то здесь предусмотрена резьба для соединения, подобные конденсаторы используют с радиаторами. Также их разделяют по способу защиты, это не то, о чем мы писали выше, когда рассказывали про взрывоопасность, это про условия эксплуатации. Тут есть незащищенные конденсаторы, которые предназначены для обычных условий, есть защищенные, которые не боятся высокой влажности. Они могут быть неизолированными или изолированными, также отдельно выделяют уплотненные, корпус которых заполнен разными материалами, а также герметичные, которые, соответственно, полностью герметичны. Также их разделяют по форме, но она в большей степени зависит от вида. Впрочем, некоторые виды конденсаторов могут быть любой формы, чаще всего используется цилиндрическая или плоская, но есть и сферические.
Это основная информация, которую нужно знать про конденсаторы. Конечно, мы про многое не рассказали, но если попытаться написать про все, статья будет очень длинной. Хотя сам по себе конденсатор это довольно простое устройство, но с их фактическим использованием связано очень много нюансов, рассказать про которые в одной статье попросту невозможно. Ну а если вы хотели найти здесь ответ на вопрос, какой конденсатор выбрать взамен вышедшего из строя, то он очень простой. Просто покупайте аналогичный по форме, виду, характеристикам. Это не тот случай, когда нужно что-то изобретать, особенно в том случае, если вы мало что в этом понимаете. Подключение конденсатора не является очень сложной задачей, хотя тут есть моменты, которые нужно знать. Но об этом поговорим в другой статье.
