18+ Некоторые материалы сайта могут содержать информацию, запрещенную для детей.

Запись от AZM на субдомене electronics-and-mechanics
Все записи на субдомене: Электроника и механика (записки от AZM)

О конденсаторах - дополнительные и паразитные параметры и свойства конденсаторов: ESR, ТКЕ, рассеиваемая мощность ВАр (кВАр)
С конденсаторами всё плохо, в отличие от резисторов, нет сколь ни будь универсальной марки (типа) конденсаторов, собственно по этой причине о конденсаторах написаны весьма объёмные справочники.
Например, если один и тот же SMD резистор будет хорошо работать и в задающем генераторе трансивера (радиостанции) на 27 мегагерц и в импульсном блоке питания в цепи затвора MOSFET и в УНЧ и в качестве ограничителя тока светодиода, то вот один и тот же конденсатор не будет хорошо работать, даже будет работать так плохо, что устройство вообще не заработает!

Индуктивность выводов и обкладок конденсаторов
Конденсаторы, как правило, это рулон или пачка (стопка) фольги (токопроводящей плёнки) разделённой диэлектриком.
Соответственно, для случая с рулоном, если выводы конденсаторы подключены только к одному концу фольги в рулоне, то сама фольга является катушкой индуктивности.
Для случая с пачкой пластин, тоже важно, куда подключены выводы и как соединены между собой пластины пачки.

Омическое сопротивление выводов и обкладок конденсаторов
Обкладки и вывода конденсатора изготовлены из материалов, удельное сопротивление которых не равно нулю (не из сверхпроводников), соответственно конденсаторы имеют паразитное сопротивление, которое как бы подключено последовательно с ним.

Индуктивность выводов и обкладок вместе с паразитным сопротивлением выводов и обкладок конденсатора складываются в "Эквивалентное последовательное сопротивление" или ESR.
На постоянном токе и низких частотах без крутых фронтов и спадов этот параметр не заметен, в случае работы конденсатора в импульсных цепях и с повышением частоты качество работы конденсатора с высоким (большим) ESR ухудшается.

Величина ESR и паразитных параметров вносящих вклад в него сильно разнится между типами конденсаторов и марками конденсаторов в рамках одного типа.
Например, взять электролитические конденсаторы, выпускаются как варианты с большей величиной ESR (более дешевые), обычно ставятся в УНЧ как разделительные на выходе и как блокировочные, там же, в питание:
Фотография электролитического конденсатора, внешний вид электролитического конденсатора

так и с меньшей величиной ESR (обычно более дорогие, раза в 2 дороже), предназначенные для работы в импульсных устройствах:
Фотография электролитического конденсатора с низким ESR, внешний вид электролитического конденсатора с низким ESR

можно видеть, что при практически одинаковых габаритах и одинаковом рабочем напряжении конденсатор с низким ESR имеет почти в 2 раза меньшую ёмкость:
Электролитический конденсатор в с равнении с конденсатором с низким ESR


Низким ESR при относительно большой удельной ёмкости обладают танталовые конденсаторы, например старый добрый "тантал" марок К52-1, К52-2, К52-9, К53-1 , ЭТО, есть и импортные танталовые конденсаторы в том числе и в SMD исполнении:
Фотография танталовых конденсаторов, внешний вид танталовых конденсаторов


Как есть разные по ESR типы электролитических конденсаторов, так имеются и различные плёночные конденсаторы, например серия K78-2 (импортный аналог CBB 81) предназначена для работы в импульсных цепях, на переменном напряжении в том числе и достаточно высокой частоты, так есть и плёночные конденсаторы, которые окажись в этих цепях будут "пухнуть и дохнуть", но хорошо будет работать на низких частотах, например серия К73-17.

Если у вас по какой то причине нет электролитического конденсатора с низким ESR, то допустимо установить самый обычный электролит, но зашунтировать его хорошим плёночным или керамическим конденсатором как можно большей ёмкости.

Ток утечки конденсаторов
Проявляется так, словно параллельно конденсатору подключен некий резистор с сопротивлением R.
Ток утечки зависит от типа конденсатора и качества диэлектрика.
Например, при одной и той же ёмкости и рабочем напряжении, у электролитических конденсаторов ток утечки больше, чем у плёночных, а у плёночных больше чем у керамических.
Естественно ток утечки зависит и от типа корпуса и степени его загрязнённости.
У конденсаторов, конструкция которых не герметична со временем ток утечки может возрасти в связи с тем, что они "напитаются" влагой из воздуха, особенно это справедливо для конденсаторов с диэлектриком бумага-масло.
Большой ток утечки (малое электрическое сопротивление изоляции конденсатора) чревато тем, что конденсатор теряет способность выполнять свою главную функцию - пропускать переменный ток и не пропускать постоянное напряжение.
Чем это грозит?
- Конденсатор с большим током утечки установленный в качестве разделительного анод-сетка в схеме на лампах откроет лампу на сетку которой приходит, током, который будет течь с анода предыдущей лампы, соответственно режим работы схемы нарушиться.
- Электролитический конденсатор с большим током утечки включенный параллельно к источнику постоянного тока, в цепь фильтрации, будет нагреваться и выйдет из строя (взорвётся).
- Постоянный ток протекающий через конденсатор с большим током утечки будет создавать шум в цепи в которую этот конденсатор включен.

Паразитная ёмкость конденсаторов
Как и у резисторов у конденсаторов имеется паразитная ёмкость, это ёмкость обкладок конденсатора к окружающим его деталям, обкладок к корпусу, его выводов к окружающим деталям и проводникам.
Как правило эта величина мала в сравнении с ёмкостью самого конденсатора, но для конденсаторов малой ёмкости (1 ... 20 пф) в ВЧ (мегагерцы, гигагерцы) устройствах о ней не стоит забывать, особенно если конденсатор имеет большие габариты, например:
Фотография керамических конденсаторов, внешний вид керамических конденсаторов


ТКЕ (температурный коэффициент ёмкости)
Параметр, определяющий на сколько ёмкость конденсатора изменяется от его температуры. Возникновение данного эффекта всецело связано с расширением материалов из которых изготовлен конденсатор под влиянием температуры.
Это очень важный параметр для ВЧ устройств и конденсаторов малой ёмкости.
Обычно этот параметр не нормируется для электролитических конденсаторов, которые заведомо не предназначены для работы в цепях высокой частоты и нормируется у конденсаторов которые предназначены для работы в ВЧ цепях (керамические конденсаторы).
Положительный ТКЕ - ёмкость увеличивается с повышением температуры и отрицательный ТКЕ - ёмкость уменьшается с повышением температуры.

Реактивная мощность конденсаторов
Параметр настолько же важный, как и рабочее напряжение конденсатора, если речь заходит о применении конденсатора в мощном высокочастотном (сотни килогерц - мегагерцы) устройстве.
Реактивная мощность конденсаторов измеряется в ВАр (Вольт-Ампер реактивных).
Реактивная мощность которую способен "пропустить через себя" конденсатор зависит от типа его диэлектрика (тангенс потерь диэлектрика) и габаритов конденсатора.
Обычно никто ни где и никогда не указывает в схемах и описаниях к ним реактивную мощность, на которую должны быть рассчитаны конденсаторы в той или иной схеме, надеясь на опыт того, кто будет собирать схему, а этот параметр действительно важен.
Например, возьмём П-контур транзисторного усилителя мощности с выходной мощностью 100 ватт на 28 мегагерц с 50-ти омным выходом и питанием от 13 вольт (автомобильный усилитель). Реактивная мощность, на которую должен быть рассчитан выходной конденсатор (со стороны 50 ом) будет порядка 978 ВАр.
Чем чревата установка конденсатора с низкой реактивной мощностью в узел, где требуется высокая реактивная мощность конденсатора?
- Нагрев конденсатора, его вспучивание и поломка, отпайка выводов конденсатора.
Для конденсаторов, которые рассчитаны на работу в цепях с большими токами и напряжениями высоких частот есть данные об их реактивной мощности, например такие керамические конденсаторы КВИ и К15-У:
Фотография конденсаторов КВИ, внешний вид конденсаторов КВИ

маломощные керамические конденсаторы предназначенные для работы в ВЧ цепях, например К10-47 тоже имеют нормированную реактивную мощность, правда малую 1 ... 40 ВАр, даже керамические подстроечные конденсаторы, например для подстроечных конденсаторов КТ4-23 эта мощность 25 ВАр.
Реактивная мощность конденсатора далеко не всегда зависит от его габаритов!
Например, реактивная мощность слюдяных конденсаторов КСО-13 всего 150 ВАр, хотя они имеет внушительные габариты, конденсатор 1500пф на 5000 вольт - 65х40х14 мм (без выводов).
Мала и реактивная мощность конденсаторов К15-5, причина тому плохая керамика, применяемая в них в качестве диэлектрика (они не рассчитаны на работу в ВЧ цепях).

Какие конденсаторы где уместно применять?
Простые электролитические (К50-35, ...)Линейные аналоговые УНЧ (разделительные, фильтры по питанию).
Электролитические с низким ESR (импорт, серии: "SC", "SX"), ТанталовыеИмпульсные устройства (фильтрация питания).
Плёночные K78-2 (CBB 81)Импульсные устройства (в силовых цепях), "низкое" ВЧ (до единиц мегагерц, но не в частотозадающих цепях).
КерамическиеВЧ устройства (в том числе и в частотозадающих цепях, справедливо для конденсаторов с нормированным ТКЕ, не группы Н70), импульсные устройства.
КВИ (КВИ-1, КВИ-2, КВИ-3)ВЧ цепи с большими ВЧ напряжениями и токами (но не в частотозадающих цепях), импульсные устройства
К15-УВЧ цепи с большими ВЧ напряжениями и токами (в том числе и в частотозадающих цепях), импульсные устройства.
Вакуумные (КВН, КВК, КП1)ВЧ цепи с большими ВЧ напряжениями и токами (в том числе и в частотозадающих цепях), импульсные устройства.


Общие правила, которым стоит придерживаться при выборе конденсатора в ту или иную цепь:
- Если ТКЕ не нормирован, не нужно ставить такой конденсатор в частотозадающую цепь.
- Если реактивная мощность конденсатора не нормирована, не нужно ставить такой конденсатор в мощную ВЧ цепь.
- Если вы не знаете с низким ESR электролитический конденсатор или самый дешевый, зашунтируете его керамикой или хорошей плёнкой, например К78-2 как можно большей ёмкости.

Некоторые справочные материалы по конденсаторам
Справочник по электрическим конденсаторам

Журнал Радио 3 номер 2000 год. Справочный листок. Конденсаторы с органическим диэлектриком

Керамические высоковольтные конденсаторы К15У-1, К15У-2, К15У-3
Обзор современных конденсаторов Иван Голубев (Санкт Петербург)

Новосибирский завод конденсаторов - конденсаторы ФТ, ДМ, МБГЧ, МБГВ, МБГО, К78-36, К75-25, К73-27, К73-14, К72П-6, К75-95, К75-87, К75-79

Конденсатор К10-57 (предназначен для работы в цепях постоянного и переменного тока и в импульсных режимах, в том числе в диапазоне УВЧ в составе мощных модулей радиопередающих устройств)


Назад к оглавлению: Радиодетали - дополнительные и паразитные параметры радиодеталей, то о чём нужно знать и помнить при сборке электроники по принципиальной схеме

Добавлено: 2047 дн 22 час 0 мин 15 сек назад | Внесений правок: 2 | Последняя правка: 2046 дн 7 час 54 мин 57 сек назад



Электроника и механика (записки от AZM)