![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Комбинированные конденсаторы
Комбинированные конденсаторы выпускают низковольтными и высоковольтными. При создании высоковольтных конденсаторов часто используют комбинированный диэлектрик, состоящий из слоев различных диэлектрических материалов (например, пленки, бумаги, слоя лака) и слоя жидкого диэлектрика (конденсаторная бумага, пропитанная специальным раствором). Такие конденсаторы электрически прочнее бумажных, имеют более высокое сопротивление диэлектрика и стабильность емкости во время эксплуатации. Кроме того, комбинированные конденсаторы с успехом применяют в импульсных цепях (цепях быстрого заряд-разряда) при минимально возможном искажении импульсов, благодаря малой внутренней индуктивности, относительно высокой емкости и способности пропускать большие токи за короткий интервал времени. Наибольшее применение в конструкциях РЭС имеют низковольтные комбинированные конденсаторы типов К75-10; К75-12; К75-17; К75-18; К75-37; К75-24; К75-27; К75-31; К75-37; К75-38; К75-41; К75-42; К75-43; К75-44; К75-52; К75-57; К75-59; К75П-4, предназначенные для подавления импульсных помех. Они оформляются в металлическом или пластмассовом корпусе, имеют диапазон номинальных емкостей от 470 пФ до 6, 8 мкФ при напряжениях 63...1600 В. Диапазон рабочих температур
БУМАЖНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ Это один из самых старых типов конденсаторов, но, тем не менее, все ещедостаточно часто используется какимеющий низкую стоимость. Чаще всего применяются малогабаритные низкочастотные бумажные конденсаторы типов БМ-2; БМТ-2 и типов МБМ, МБГО с металлизированными обкладками и удовлетворительной стабильностью характеристик в период эксплуатации. Диапазон номинальных емкостей 470 пФ...1О мкФ с допусками ± 5%, ± 10%, ± 20%; рабочие напряжения 200...1000 В; диапазон допустимых температур - 60…+70°С (+100°С для БМТ-2); диэлектрические потери
ОКСИДНЫЕ (ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ) КОНДЕНСАТОРЫ Оксидные конденсаторы {прежнее название «электролитические») предназначены для использования в выпрямителях, сглаживающих фильтрах и в других электрических цепях, где необходима значительная емкость конденсатора. Высокая удельная емкость таких конденсаторов обусловлена тонкой окисной пленкой, образованной на металле электродов. В конструкции наиболее массовых алюминиевых конденсаторов применяется диэлектрическая пленка оксида алюминия Аl2O3 с относительной диэлектрической проницаемостью около 10. Схемы, поясняющие устройство оксидных конденсаторов, изображены на рис. 28. Рис. 28. Схемы устройства оксидных конденсаторов: а - жидкостного; б - сухого; в - сухого неполярного; г – оксидно-полупроводникового; д - оксидно-металлического.Обозначения: 1 - металлическая обкладка; 2 - оксидный слой; 3 - жидкий электролит; 4 - катодная фольга; 5 - вязкий электролит в волокнистой или пористой прокладке; 6 - слой полупроводника; 7 - слой графита; 8 - слой металла, нанесенный напылением; 9 - слой металла, нанесенный испарением Анодную обкладку 1алюминиевого оксидного конденсатора (см. рис. 28) изготавливают из гладкой алюминиевой фольги или специально подготовленной травленой алюминиевой фольги, у которой поверхность обработана веществами, растворяющими алюминий. Травленая фольга имеет в 3-4 раза большую площадь поверхности, чем гладкая, что обеспечивает повышение удельной емкости конденсатора. Однако за счет глубокого травления снижается морозостойкость конденсаторов (эксплуатация при температуре не ниже -40°С). Оксидный слой 2 в оксидных конденсаторах имеет относительно толстую аморфную или мелкокристаллическую структуру, под которую наносят более плотный тонкий слой оксида. Значительная пористость толстых слоев оксида позволяет интенсивно пропитывать его электролитом и служить своеобразной прокладкой 5 конденсатора. Гладкая фольга 4 обеспечивает электрический контакт с электролитом по всей поверхности прокладки, что снижает электрическое сопротивление этой обкладки конденсатора. При замене неоксидированной фольги оксидированной получается неполярный оксидный конденсатор (рис. 28, в). Анодная обкладка, как и слой оксида, полярного оксидного конденсатора при его работе в электрической цепи должна находиться под положительным потенциалом. При отрицательном потенциале проводимость оксида, в силу его полупроводящих свойств, резко возрастает и может вызвать протекание через конденсатор значительного тока, приводящий к разогреву и разрушению конденсатора. Именно свойства оксидного слоя делают конденсатор этого типа полярным, допускающим работу только на постоянном или пульсирующем токе. Рис. 29. Оксидные конденсаторы типов К50-20; К52-8; К53-14; К53-30
Внешний вид некоторых оксидных конденсаторов представлен на рис. 29. Свойства оксидного слоя алюминиевых конденсаторов не позволяют получить их рабочее напряжение более 600 В, а танталовых - более 175 В. При минимальной толщине алюминоксида в 10 мкм рабочее напряжение конденсатора составляет 3 В. Для изготовления анодной фольги применяется особо чистый алюминий, поскольку наличие примесей приводит к интенсивной коррозии обкладки и отказу конденсатора. Алюминиевые оксидные конденсаторы общего назначения имеют диапазон номинальных емкостей от 0, 1 мкФ (К50-40) до 200 000 мкФ (К50-18) с допусками +80…-20% при напряжениях 6 В (К50-6)... 450 В (К50-7); пределы изменения рабочей температуры от -10...+40°С (К50И-8) до -60...+155°С (К50-48); температурный коэффициент не нормируется. К неполярным алюминиевым оксидным конденсаторам относятся - К50-45; К50-52; к оксидно-полупроводниковым - К53-40; К53-42; к жидким - электролитические конденсаторы типов К50-32; К50-33. Кроме алюминиевых существуют конденсаторы с оксидными слоями тантала (диэлектрическая проницаемость Та2О5 составляет около 27) и ниобия (диэлектрическая проницаемость Nb2O5 на уровне 40). Танталовые оксидные конденсаторы общего назначения имеют диапазон номинальных емкостей от 0, 68 мкФ (К53-34) до 1500 мкФ (К53-29) с допусками ±10%; ± 20%; ± 30% при напряжениях 1, 6 В (К53-16)...50 В (К53-16); пределы изменения температуры -6О...+85°С; температурный коэффициент не нормируется. К объемно-пористым относятся танталовые оксидные конденсаторы К52-1; К52-5; к оксидно-полупроводниковым - К53-7; К53-15; К53-16; К53-18; К53-22; К53-25; К53-28...30; К53-32; К53-34...38. Ниобиевые оксидные конденсаторы общего назначения имеют диапазон номинальных емкостей от 0, 68 мкФ (К53-27) до 100 мкФ (К53-21) с допусками ± 20%; ± 30% при напряжениях 3, 2 В (К53-19)... 50 В (К53-4А); пределы изменения температуры -60...+85°С; температурный коэффициент не нормируется. К оксидно-полупроводниковым относятся следующие ниобиевые оксидные конденсаторы: К53-4А; К53-19; К53-21; К53-27; К53-31.
Особенности применения конденсаторов Конденсаторы составляют значительную долю общего количества компонентов РЭС и поэтому оказывают заметное влияние на надежность собранных устройств. При создании новых РЭС разработчик из множества выпускаемых компонентов выбирает конкретные их типы, исходя из необходимости обеспечения режимов работы компонентов в пределах установленных норм (напряжение, ток, мощность, температура и др.). Ввиду множества разновидностей конденсаторов их выбор для конкретного схемотехнического решения и условий будущей эксплуатации не всегда однозначен. Рекомендации по применению конденсаторов направлены, главным образом, на обеспечение таких условий работы конденсаторов, которые позволяют ожидать высокой их эксплуатационной надежности. Следует отметить, что в современных РЭС доля конденсаторов составляет около 20-30%, а выход из строя устройств по причине отказа конденсаторов - около 3-10%. Практически все отказы обусловлены либо условиями эксплуатации, способствующими развитию физико-химических процессов в диэлектрике, либо дефектами, внесенными в процессе производства, и конструктивными причинами. Большинство отказов конденсаторов (в среднем) вызвано пробоем диэлектрика (около 80%) и постепенной потерей емкости (около 15%). Это соотношение существенно зависит от типа конденсаторов. Ионизационный пробой диэлектрика чаще всего возникает под воздействием переменного электрического поля (особенно при высоких амплитудах и частоте) в тех местах материала, где сосредоточены его локальные неоднородности (поры, воздушные зазоры между диэлектриком и пластинами). На постоянном токе доминируют отказы, вызванные химической активностью дендритов1, обладающих изменчивой ионной проводимостью и переносом ионов, и электронной проводимостью диэлектрика в сильных электрических полях. Повышение температуры и влажности окружающего воздуха интенсифицирует указанные процессы. При небольших рабочих напряжениях (менее 10 В) проявляется неустойчивость электрических контактов соединений выводов конденсаторов с обкладками (у тех типов конденсаторов, где используется контакт давлением: пленочных, слюдяных, некоторых оксидных) и постепенно растет угол диэлектрических потерь.
Рис. 30. Резистивный усилитель, в который включены конденсаторы различного функционального назначения
В табл. 8 перечислены основные области функционального применения конденсаторов с различными диэлектриками и их цифробуквенное обозначение. На рис. 30 приведен пример резистивного каскада с транзистором, включенным по схеме с общим эмиттером. В этом каскаде конденсаторы использованы в качестве: разделительного Ср; фильтрового (развязывающего) Сф; шунтирующего Сш; нагрузочного Сн. При длительной работе на постоянном токе в материале диэлектрика действует электрическое поле, которое вместе с температурой окружающей среды и ее влажностью провоцирует электрохимические процессы окисления, деградации, диффузии, полимеризации, миграции и др. Уровень влияния этих процессов на характеристики конденсаторов зависит от особенностей конструкции, качества использованных материалов и условий эксплуатации.
Таблица 8. (Начлао) Области применения конденсаторов
Таблица 8. (Продолжение) Области применения конденсаторов
Таблица 8. (окончание)Области применения конденсаторов
Поскольку эквивалентная схема замещения конденсатора на высокой частоте представляет собой последовательный колебательный контур, следует обязательно иметь в виду, что конденсатор выполняет свои функции только на частотах ниже резонансной. Работу конденсатора в электрической цепи может сопровождать эффект «мерцания» емкости (небольшое скачкообразное изменение емкости конденсатора, имеющего металлизированные обкладки), вызванный образованием в металлической пленке изолированных островков металла, которые, под действием приложенного электрического поля и температуры, могут электрически спонтанно подключаться к металлизации обкладки, увеличивая емкость. В момент подключения образуется микродуга, являющаяся причиной появления дополнительных потерь и случайных шумов. Изменение емкости при этом явлении составляет десятые доли процента от номинала и растет с повышением приложенного напряжения. Конструктивно конденсаторы выполняются в незащищенном, защищенном, неизолированном, изолированном, уплотненном и герметизированном вариантах. Незащищенные конденсаторы можно применять только в составе герметизированного узла. Защищенные конденсаторы - в РЭС любой конструкции. Неизолированные конденсаторы (имеющие, как правило, тонкое лакокрасочное покрытие) следует монтировать так, чтобы они не касались своим корпусом других компонентов и токоведущих частей узла. Уплотненные конденсаторы снабжаются корпусом в виде оболочки из органических материалов. Герметичные конденсаторы имеют металлокерамические или стеклянные корпуса. При наличии заметных механических воздействий в период эксплуатации конденсаторы, имеющие увеличенные размеры и массу, следует устанавливать на монтажную плату с помощью крепежного устройства (скобой, хомутиком, приклеиванием, запивкой в форму), исключающего повреждения поверхности конденсатора и его выводов. Допускается монтаж конденсатора вплотную (без зазора) к поверхности печатной платы, если ее толщина не менее 2, 5...3 мм. В составе гибридных интегральных схем и микросборок используются специальные типы конденсаторов: К10-9; К10-9М; К1О17; К10-27; К10-28; К10-42; К10-43; К10-45; К10-47; К10-49; К10-50; К10-52; К21-5; К21-8; К21-9; К22У-1; К22-4; КТ4-27; К53-15; К53-15А; К53-22; К53-25; К53-26. Монтаж этих и подобных им конденсаторов производится пайкой их тонких выводов или контактных поверхностей к плате печатного монтажа. Продолжительность пайки - не более 3 с, а мощность паяльника - не более 25 Вт. Перед пайкой конденсаторы с тонкими выводами сначала приклеивают к плате, а безвыводные конденсаторы подогревают. Плата должна быть достаточно жесткой и не коробиться при пайке. Контрольные вопросы
1. Что показывает тангенс угла потерь? 2. На какие группы делятся конденсаторы в зависимости от вида диэлектрика? 3. Какие вещества обычно используются в качестве материала диэлектрика? 4. Какие существуют типы конструкций конденсаторов? 5. Расшифровать обозначение конденсатора по выбору преподавателя. 6. Что такое шликер и для чего он используется? 7. Перечислите основные составляющие шликера. 8. Расскажите о технологии приготовления шликера. 9. Каким образом осуществляется литье пленок из готового шликера? 10. Отличие и преимущества карундовой керамики перед другими видами керамик. 11. Перечислите основные этапы производственного цикла изготовления танталовых конденсаторов. 12. Для чего нужен стрингер?
|