Основные электрические характеристики и параметры конденсаторов

Основными электрическими параметрами конденсатора являются емкость С и рабочее напряжение Up. Однако во многих случаях для правильного использования конденсаторов необходимо знать допускаемое отклонение от номинальной емкости, температурную стабильность, тангенс угла потерь, частотные свойства конденсаторов, сопротивление изоляции и др. конденсатор индуктивность электрический сопротивление Номинальная емкость конденсатора — это емкость, значение которой указано на корпусе конденсатора или в нормативной документации. Значение емкости конденсатора устанавливают в соответствии с рядами Е3, Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Величина емкости конденсаторов изменяется от 0,1 пФ до 0,47Ф.

Допустимое отклонение емкости от номинальной (допуск) устанавливается рядом: 0.1; 0.25; 0.5; 1; 2; 5; 10; 30; 0 — +50; -10 — +80; -10 — +100; -20 — +50; -20 — +80%. Для конденсаторов емкостью 10пФ и менее допуск указывают в абсолютных значениях 0.1; 25; 0.5; 1пФ.

Номинальное рабочее напряжение — это напряжение, при котором конденсатор может работать в течении времени номинальной наработки в заданных условиях. В зависимости от назначения конденсатора под номинальным напряжением понимают постоянное напряжение, амплитудное значение переменного или импульсного напряжения.

Значение номинальных напряжений устанавливается рядом: 1; 1,6; 2,5; 3,2; 4; 6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 350; 400; 450; 500; 630; 800; 1000 В.

Величина рабочего напряжения определяется электрической прочностью диэлектрика между обкладками конденсатора и его конструкцией. Она в 2 — 4 раза меньше пробивного напряжения.

Сопротивление изоляции — это сопротивление между обкладками или корпусом и обкладками конденсатора, работающего на постоянном токе. Оно характеризует качество диэлектрика и качество изготовления конденсатора. Наибольшим сопротивлением изоляции обладают пленочные конденсаторы (Rиз = 100 000 МОм) наименьшим — электролитические (Rиз = 3 Мом). Поэтому электролитические конденсаторы характеризуют током утечки. Качество изоляции конденсаторов с большой площадью обкладок (бумажных, пленочных и др.) определяют также с помощью величины, которую называют постоянной времени конденсатора с — это время, в течении которого напряжение на конденсаторе уменьшается в e раз (т.е до 36.8% от своего начального значения).

c=R_из*С, МОм· мкФ (1).

Наибольшей величиной обладают пленочные конденсаторы, у которых c = 20000c при С = 0.33 мкФ. При значениях емкости меньше 0.1 мкФ величина c в большей степени определяется конструктивными особенностями конденсатора, чем качеством диэлектрика между обкладками.

Тангенс угла потерь (tg) конденсатора — это отношение активной мощности конденсатора Р_а к его реактивной мощности Р_р при синусоидальном напряжении определенной частоты.

tg = Р_а/Р_p. (2).

В конденсаторах малой мощности, для которых допустимая реактивная мощность составляет не более сотен вольтампер, потери в основном определяются потерями в диэлектрике. Величина обратная tg, называется добротностью конденсатора. Величина tg в зависимости от типа конденсаторов измеряется на частотах 50Гц; 1МГц; 10мгц; 100МГц. При повышении температуры и влажности окружающей среды, а также с течением времени значение tg растет. У современных конденсаторов величина tg изменяется в пределах от 0,15 до 0,001.

Стабильность конденсатора характеризуется изменением его емкости, добротности, электрической прочности при изменении температуры, влажности, давления, а также во времени (старение).

Под влиянием температуры изменяются размеры обкладок, величины зазоров, значения диэлектрической проницаемости диэлектриков. Эти причины вызывают обратимые и необратимые изменения емкости. Обратимые изменения характеризуются температурным коэффициентом емкости (ТКЕ), а необратимые — коэффициентом температурной нестабильности емкости (КТНЕ).

Слюдяные, керамические и некоторые пленочные конденсаторы в зависимости от температурной стабильности разделяются на группы, каждая из которых характеризуется своим ТКЕ. Например, керамические конденсаторы разделяют на 16 групп по ТКЕ, имеющим значения ТКЕ от -2200^.10^-6 до +120^.10^-6. Это обозначается М2200 и П120 соответственно. Керамические низкочастотные конденсаторы из сегнетокерамики имеют нелинйную зависимость емкости от температуры, их ТКЕ не нормируется, а температурная стабильность емкости определяется относительным изменением емкости в интервале рабочих температур от -60 до +85°C. Конденсаторы с ненормированным ТКЕ делят на шесть групп: Н10 (10%); H20 (20%); H30 (30%); H50 (50%); H70 (70%); H90 (90).

Абсорбция — это явление восстановления заряда на обкладках конденсатора после их кратковременного короткого замыкания. Появляется абсорбция у конденсаторов с многослойным неоднородным диэлектриком, для которых характерна миграционная поляризация. Это явление в высоковольтных конденсаторах может создать опасное напряжение, а в низковольтных — вызвать ложные срабатывания импульсных схем, блокировку усилительных приборов и т. п.

Конденсатор как законченное устройство обладает рядом паразитных параметров. Это индуктивность L_c, сопротивление изоляции R_из, сопротивление потерь R_п, емкость между выводами конденсатора и корпусом C_з. Емкость конденсатора зависит от частоты приложенного напряжения. При изменении частоты изменяется величина диэлектрической проницаемости диэлектрика, потери и степень влияния собственной паразитной индуктивности и сопротивление потерь.

Используя схему замещения конденсатора определим сопротивление цепи:

Z = [R_п²+ (1/С — L_c) ²]^½. (3).

У конденсаторов, имеющих большую величину tg, эквивалентное последовательное сопротивление потерь R_п будет ограничивать ток через конденсатор, что эквивалентно уменьшению емкости. Сопротивление конденсатора без учета влияния паразитной индуктивности:

Z = 1/C_д = (R_п² — 1/C²)^½. (4).

где С_д — действующая емкость конденсатора.

Снижение емкости при возрастании частоты особенно сильно проявляется в электролитических конденсаторах, у которых величина tg может достигать 0,3.

Паразитная индуктивность конденсатора L_c определяется конструкцией, размерами обкладок и также ограничивает применение конденсаторов на высокой частоте. Она слагается из индуктивности самого конденсатора (рабочего элемента) и индуктивности внутренних и внешних проводников. Чем меньше размеры конденсатора и чем короче и толще соединительные проводники и выводы, тем меньше собственная индуктивность. Оценим влияние паразитной индуктивности. Считая, что конденсатор имеет малые потери, не будем учитывать величину R_п.

Индуктивное сопротивление частично компенсирует емкостное, полное сопротивление конденсатора уменьшается, что эквивалентно увеличению емкости.

На частоте c=1/(L_c· C) наступает собственный резонанс конденсатора, его сопротивление минимально и равно активному сопротивлению потерь R_п. На других частотах полное сопротивление конденсатора больше и имеет реактивный характер: на более низких частотах — емкостной, а на более высоких — индуктивный.

Некоторые типы керамических конденсаторов, предназначенные для использования на СВЧ, для уменьшения величины паразитной индуктивности не имеют проволочных выводов, а снабжены металлизированными торцами, при помощи которых они непосредственно впаиваются в схему. Обычно максимальная рабочая частота конденсатора в 2 — 3 раза меньше резонансной. Конденсаторы, обладающие большим tg и паразитной индуктивностью (как правило, это электролитические конденсаторы) характеризуют модулем полного сопротивления на определенной частоте.