Типы конденсаторов

Некоторые различные конденсаторы для электронного оборудования

Конденсаторы производятся во многих формах, стилях, длине, обхвате и от много материалов. Все они уменьшают степень два электрического проводника (называемых «пластинами»), разделенных изолирующим слоем (называемым диэлектриком ). Конденсаторы широко используются как части электрические цепей во многих распространенных электрических устройствах.

Конденсаторы вместе с резисторами и индукторами группой к группе «пассивных компонентов », используемых в электронном оборудовании. Хотя в качестве абсолютных цифрах наиболее распространенными конденсаторами являются встроенные конденсаторы (например, в структурах DRAM или флэш-память ), в этой статье основное внимание уделяется различным стилям конденсаторов в дискретных компонентах.

Конденсаторы небольшой емкости используются в устройствах передачи сигналов между каскадами усилителей, в качестве компонентов электрических фильтров и настраиваемых схем или в качестве частей систем питания для сглаживания выпрямленного тока. Конденсаторы большей эффективности используются для накопления энергии в таких приложениях, как стробоскопы, в числе типов электродвигателей или для коррекции коэффициент мощности в системах распределения переменного переменного тока. Стандартные конденсаторы имеют фиксированное значение емкости, но регулируемые конденсаторы часто используются в настроенных схемах. Используются разные в зависимости от требуемой емкости, рабочего напряжения, допустимой нагрузки по току и других свойств.

• 1 Общие замечания
  • 1.1 Теория обычного строительства
  • 1.2 Теория электрохимического построения
  • 1.3 Общие конденсаторы и их название
  • 1.4 Диэлектрики
  • 1.5 Диапазон емкости и напряжения
  • 1.6 Миниатюризация
  • 1.7 Перекрывающиеся области применения
• 2 Типы и стили
  • 2.1 Керамические конденсаторы
  • 2.2 Пленочные конденсаторы
  • 2.3 Силовые пленочные конденсаторы
  • 2.4 Электролитические конденсаторы
  • 2.5 Суперконденсаторы
  • 2.6денсаторы классы X и Y
  • 2.7 Разные конденсаторы
    • 2.7.1 Встроенные конденсаторы
    • 2.7.2 Силовые конденсаторы
    • 2.7.3 Специальные конденсаторы
    • 2.7.4 Устаревшие конденсаторы
  • 2.8 Переменные конденсаторы
• 3 Стандарт Сравнение типов
• 4 Электрические характеристики
  • 4.1 Последовательная эквивалентная схема
  • 4.2 Соответствующие значения и допуски
  • 4.3 Температурная зависимость
  • 4.4 Частотная зависимость
  • 4.5 Напряжение зависимость
  • 4.6 Номинальное и категория напряжения
  • 4.7 Импеданс
  • 4.8 Индукт. e (ESL) и собственная резонансная частота
  • 4.9 Омические потери, ESR, коэффициент рассеяния и добротность
  • 4.10 Ограничение токовых нагрузок
    • 4.10.1 Пульсирующий ток
    • 4.10.2 Импульсный ток
    • 4.10.3 Переменный ток
  • 4.11 Сопротивление изоляции и постоянная саморазряда
  • 4.12 Ток утечки
  • 4.13 Микрофоника
  • 4.14 Диэлектрическая абсорбция (пропитывание)
  • 4.15 Плотность энергии
  • 4.16 Длительное время, Старение
    • 4.16. 1 Старение
    • 4.16.2 Срок службы
  • 4.17 Частота отказов
• 5 Дополнительная информация
  • 5.1 Пайка
  • 5.2 Электролитические свойства при хранении или неиспользовании
  • 5.3 Стандарты IEC / EN
  • 5.4 Символы конденсаторов
  • 5.5 Маркировка
    • 5.5.1 Оттиск
    • 5.5.2 Цветовая кодировка
  • 5.6 Маркировка полярности
• 6 Сегменты рынка
• 7 См. также
• 8 Ссылки
• 9 Внешние ссылки

Теоретические конструкции

Диэлектрический материал помещается между двумя проводящими пластинами (электродами), каждой площадью A и с разделение d.

В обычном конденсаторе электрическая энергия хранится статически за счет разделения заряда, обычно электронов, в электрическом поле между двумя пластинами электрода. Количество заряда, накопленного на единицу напряжения, по существу зависит от размера пластин, свойств материала пластины, свойств материала диэлектрик, помещенного между пластинами, и разделительного расстояния (т.е. толщины диэлектрика).. Потенциал между пластинами ограничен свойствами диэлектрического материала и разделительными расстояниями.

Почти все обычные промышленные конденсаторы, за исключением специальных типов таких как «проходные конденсаторы», сконструированы как «пластинчатые конденсаторы», даже если их электроды и диэлектрик между ними намотаны или свернуты. Формула емкости для пластинчатых конденсаторов:

$C\; =\; \epsilon \; A\; d\; \{\backslash \; displaystyle\; C\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; varepsilon\; A\}\; \{d\}\}\}$.

Емкость C увеличивается с площадью A пластин и с диэлектрической проницаемостью εдиэлектрического материала и уменьшении расстояния между пластинами d . Следовательно, емкость наибольшая в устройствах, изготовленных из материалов высокой диэлектрической проницаемостью, большой площадью пластины и малым расстоянием между пластинами.

Теория электрохимического построения

Схема двухслойного конденсатора.. 1. Внутренний слой Гельмгольца МГП. 2. OHP Внешний слой Гельмгольца. 3. Диффузный слой. 4. Сольватированные ионы. 5. Конкретно адсорбирующие ионы (Псевдоемкость) . 6. Молекула растворителя.

Другой тип - электрохимический конденсатор - использует два других принципа хранения для хранения электроэнергии. В отличие от керамических, пленочных и электролитических конденсаторов, суперконденсаторы (также известные как электрические двухслойные конденсаторы (EDLC) или ультраконденсаторы) не имеют обычного диэлектрика. Величина емкости электрохимического конденсатора основывается на принципах двух накоплений большой емкости. Эти принципы следующие:

• электростатическое накопление в двойных слоях Гельмгольца на фазе интерфейс между поверхностью электроды и электролит (двухслойная емкость) ; и
• электрохимическое накопление, достигаемое фарадеевским электроном переносом заряда специфически адсорбированных , таких с длительно окисо-восстановительным потенциалом реакции (псевдоемкость) . В отличие от батарей, в этих реакциях ионы просто цепляются за атомную энергию электрода, не происходит разрывая химические связи, и при зарядке / разряде не происходит никаких или пренебрежимо малых химических модификаций. Принцип может сильно различаться в зависимости от конструкции электродов и состава электролита. Псевдоемкость может увеличивать значение емкости на порядок величины по сравнению с двойным слоем.

  Общие конденсаторы и их названия

  Конденсаторы делятся на две механические группы: Фиксированные конденсаторы с фиксированными значениями емкости и конденсаторы переменных емкости с регулируемыми (подстроечными) или регулируемыми (настраиваемыми) значениями емкости.

  Самая важная группа - конденсаторы постоянной емкости. Многие получили свое название от диэлектрика. Для систематической классификации эти характеристики не могут быть использованы, потому что один из самых старых, электролитический конденсатор, назван вместо этого по конструкции катода. Так что наиболее часто используемые имена просто исторические.

  Наиболее распространенные типы конденсаторов:

  • Керамические конденсаторы имеют керамический диэлектрик.
  • Пленочные и бумажные конденсаторы названы в честь их диэлектриков.
  • Алюминиевые, танталовые и ниобиевые электролитические конденсаторы названы в честь материала, используемого в качестве анода, и конструкции катода (электролит )
  • Полимерные конденсаторы - это алюминиевые, танталовые или ниобиевые электролитические конденсаторы с проводящим полимером в электролита
  • Суперконденсатор - это семейное название для:
    • Двухслойных конденсаторов были названы в честь физического тела двойного слоя Гельмгольца
    • . Псевдоконденсаторы были названы за их способность накапливать электрическую энергию электрохимическим способом с обратимым фарадеевским с переносом заряда
    • Гибридные конденсаторы объединяют двухслойные и псевдоконденсаторы для увеличения плотности мощности
  • Серебряные слюдяные, стеклянные, кремниевые, воздушные зазоры и вакуумные конденсаторы названы для • их диэлектрик.
  

  В дополнение к показанным выше типам конам денсаторов, которые получили свое название от исторического развития, существует множество отдельных конденсаторов, названных в зависимости от их применения. К ним относятся:

  • силовые конденсаторы, моторные конденсаторы, конденсаторы промежуточного контура, подавляющие конденсаторы, конденсаторы кроссовера аудио, осветительные балластные конденсаторы, демпфирующие конденсаторы, разделительные, развязывающие или шунтирующие конденсаторы.

  Часто бывает больше одной группы конденсаторов. используется для этих приложений, например подавление помех может использовать керамические конденсаторы или пленочные конденсаторы.

  . Другие типы конденсаторов обсуждаются в разделе # Специальные конденсаторы.

  Диэлектрики

  Принципы накопления заряда различных типов конденсаторов и их собственное изменение напряжения

  Наиболее распространенными диэлектриками являются:

  • Керамика
  • Пластиковые пленки
  • Оксид слой на металле (алюминий, тантал, ниобий )
  • Природные материалы, такие как слюда, стекло, бумага, воздух, SF6, вакуум

  Все они статически сохраняют свой электрический заряд в электрическом поле между двумя (параллельными) электродами.

  Под этими обычными конденсаторами Было разработано семейство электрохимических конденсаторов, называемых суперконденсаторами. Суперконденсаторы не имеют обычного диэлектрика. Они сохраняют свой электрический заряд статически в двойных слоях Гельмгольца и фарадически на поверхности электродов

  • со статической двухслойной емкостью в двухслойном конденсаторе и
  • с псевдоемкос тью (перенос фарадеевского заряда) в псевдока pacitor
  • или с обоими принципами накопления вместе в гибридных конденсаторах.

  Наиболее важные материальные параметры различных используемых диэлектриков и приблизительная толщина слоя Гельмгольца приведены в приведенном ниже.

  Основные параметры

  Тип конденсатора	Диэлектрик	Относительная. диэлектрическая проницаемость. при 1 кГц	Максимальное / реализованное.. электрическая прочность. В / мкм	Минимальная толщина. диэлектрика. мкм
  Керамические конденсаторы,. Класс 1	парам	12– 40	< 100(?)	1
  Керамические конденсаторы,. Класс 2	сегнетоэлектрический	200–14000	< 35	0,5
  Пленочные конденсаторы	Полипропилен (PP)	2, 2	650/450	1,9 - 3,0
  Пленочные конденсаторы	Полиэтилентерефталат,. Полиэстер (ПЭТ)	3, 3	580/280	0,7–0,9
  Пленочные конденсаторы	Полифениленсульфид (PPS)	3,0	470/220	1,2
  Пленочные конденсаторы	Полиэтиленнафталат (PEN)	3,0	500/300	0,9–1,4
  Пленочные конденсаторы	политетрафторэтилен (PTFE)	2.0	450 (?) / 250	5.5
  Бумажные конденсаторы	Бумажные	3,5–5,5	60	5–10
  Алюминий электролитический ок. пациенты	оксид алюминия. Al2O3	9,6	710	< 0.01 (6.3 V). < 0.8 (450 V)
  танталовые электролитические конденсаторы	пятиокись тантала. Ta2O5	26	625	< 0.01 (6.3 V). < 0.08 (40 V)
  ниобиевые электролитические конденсаторы	пятиокись ниобия,. Nb2O5	42	455	< 0.01 (6.3 V). < 0.10 (40 V)
  Суперконденсаторы. Двухслойные конденсаторы	Двухслойные конденсаторы Гельмгольца	-	5000	< 0.001 (2.7 V)
  Вакуумные конденсаторы	Вакуум	1	40	-
  Конденсаторы с воздушным зазором	Воздух	1	3,3	-
  Стеклянные конденсаторы	Стеклянные	5–10	450	-
  Слюдяные конденсаторы	Слюдяные	5–8	118	4–50

  .

  Площадь конденсатора можно адаптировать к желаемому значению емкости. Диэлектрическая проницаемость и толщина диэлектрика регулируются для конденсаторов. Также очень важна простота обработки. Тонкие, механически гибкие листы можно легко обернуть или сложить в стопку, создавая большие конструкции с высокими значениями емкости. Однако тончайшие металлизированные керамические слои, покрытые металлизированными электродами, обеспечивают наилучшие условия для миниатюирования схем с использованием стилей SMD.

  Краткий обзор цифр в таблице выше дает объяснение некоторых простых фактов:

  • Суперконденсаторы имеют самую высокую плотность емкости из-за их особых принципов накопления заряда
  • Электролитический Конденсаторы имеют меньшую плотность емкости, чем суперконденсаторы, но самую высокую удельную емкость среди обычных конденсаторов из-за тонкого диэлектрика.
  • Керамические конденсаторы класса 2 в данном случае имеют более высокие значения емкости, чем конденсаторы класса 1 из-за их более высокой диэлектрической проницаемости.
  • Пленочные конденсаторы с их другими пластиковыми пленками действительно небольшой разброс для данного значения емкости / напряжения пленочного конденсатора, поскольку минимальная диэлектрическая проницаемость Толщина пленки различается в зависимости от материала пленки.

  Диапазон емкости и напряжения

  

  Диапазон емкости от пикофарад до более сотен фарад. Номинальное напряжение может достигать 100 киловольт. Как правило, емкость и напряжение коррелируют с физическими размерами и стоимостью.

  Миниатюризация

  Объемный КПД конденсатора увеличился с 1970 по 2005 год (щелкните изображение, чтобы увеличить)

  Как и в других областях электроники, объемный КПД измеряет электронные функции на единицу объем. Для конденсаторов объемный КПД измеряется с помощью «продукта CV», рассчитываемого путем увеличения емкости (C) на максимальное номинальное напряжение (V), разделенное на объем. С 1970 по 2005 год объемный КПД значительно улучшился.

  • Миниатюризация конденсаторов
  • 

    Пакетное значение бумажный конденсатор (блочный конденсатор) с 1923 года для развязки (блокировки) шума в телеграфных линиях

  • 

    Намотанный металлизированный бумажный конденсатор начала 1930-х годов в твердом бумажном футляре, емкости указаны в см системе cgs ; 5000 см соответствует 0,0056 мкФ.

  • 

    Сложенный влажный алюминиевый электролитический конденсатор Bell System 1929, вид на сложный анод, который был установлен в квадратном корпусе (не показан), заполненном жидким электролитом

  • 

    Два 8 мкФ, 525 В намотанных влажных алюминиевых электролитических конденсаторах в бумаге корпус, залитый смолой из радио 1930-х годов.

  Перекрывающийся диапазон приложений

  Эти отдельные конденсаторы могут выполнять свои задачи независимо от их принадлежности к показанному выше типу конденсаторов, так что существует перекрывающийся диапазон приложений для разных типов конденсаторов.

  
  Типы и стили

  Керамические конденсаторы

  Конструкция M ulti- L ayer C керамический C Конденсатор (MLCC)

  A керамический конденсатор представляет собой неполяризованный конденсатор, сделанный из двух или более чередующихся слоев керамики и металла, в котором керамический материал действует как диэлектрик, а металл действует как электроды. Керамический материал представляет собой смесь тонко измельченных гранул параэлектрических или сегнетоэлектрических материалов, модифицированных оксидами, которые необходимы для достижения желаемых смешанных характеристик конденсатора. Электрические характеристики керамического материала подразделяются на два класса стабильности:

  1. класс 1 керамические конденсаторы с высокой стабильностью и низкими потерями, компенсирующими влияние на температуру в резонансной цепи. Общие сокращения кода EIA / IEC : C0G / NP0, P2G / N150, R2G / N220, U2J / N750 и т. Д.
  2. класс 2 керамические конденсаторы с высоким объемным КПД для буферизации, байпаса и связи. Распространенными сокращенными кодами EIA / IEC являются: X7R / 2XI, Z5U / E26, Y5V / 2F4, X7S / 2C1 и т. д.

  Высокая пластичность керамического материала хорошо подходит для многих специальных применений и обеспечивает огромное разнообразие стилей, форм и большое разнообразие керамических конденсаторов. Например, наименьший дискретный конденсатор представляет собой микросхему «01005» размером всего 0,4 мм × 0,2 мм.

  Конструкция керамических многослойных конденсаторов с в основном чередующимися слоями приводит к параллельному соединению одиночных конденсаторов. Эта конфигурация увеличивает емкость и уменьшает все потери и паразитные индуктивности. Керамические конденсаторы хорошо подходят для высоких частот и сильноточных импульсных нагрузок.

  Поскольку толщину керамического диэлектрического слоя можно легко контролировать и получать с помощью желаемого напряжения приложения, доступны керамические конденсаторы с номинальным напряжением до 30 кВ.

  Некоторые керамические конденсаторы особых форм и стилей используются в качестве конденсаторов для специальных приложений, в том числе конденсаторы для подавления RFI / EMI для подключения к сети питания, также известные как конденсаторы безопасности, X2Y® и трехконтактные конденсаторы для байпаса и развязки, проходные конденсаторы для подавления шума с помощью фильтров нижних частот и керамические силовые конденсаторы для передатчиков и высокочастотных приложений.

  • Различные стили керамических конденсаторов
  • 

    Многослойные керамические конденсаторы (микросхемы MLCC)) для монтажа SMD

  • 

    Керамические развязывающие конденсаторы X2Y®

  • 

    Керамические конденсаторы подавления электромагнитных помех для подключения к сети питания (предохранительный конденсатор)

  • 

    Высоковольтный керамический силовой конденсатор

  Пленочные конденсаторы

  Три примера различных пленок Конфигурации конденсаторов для увеличения номинальных значений импульсного тока

  Пленочные конденсаторы или конденсаторы с пластиковой пленкой представляют собой неполяризованные конденсаторы с изолирующей пластиковой пленкой в ​​качестве диэлектрика. Пленки диэлектрика вытянуты в тонкий слой, снабженный металлическими электродами и намотанный в цилиндрическую обмотку. Электроды пленочных конденсаторов могут быть из металлизированного алюминия или цинка, нанесенные на одну или обе стороны пластиковой пленки, что приводит к образованию металлизированных пленочных конденсаторов или отдельной металлической фольги, покрывающей пленку, называемой пленочными / фольговыми конденсаторами.

  Металлизированные пленочные конденсаторы обладают самовосстанавливающимися свойствами. Пробой диэлектрика или короткое замыкание между электродами не разрушают компонент. Металлизированная конструкция позволяет изготавливать намотанные конденсаторы с большими значениями емкости (до 100 мкФ и больше) в меньших корпусах, чем в конструкции пленка / фольга.

  Конденсаторы из пленки / фольги или конденсаторы из металлической фольги используют две пластиковые пленки в качестве диэлектрика. Каждая пленкапокрыта тонкой металлической фольгой, в основном алюминиевой, для формирования электродов. Преимущество этой конструкции - простота подключения электродов из металлической фольги, а также отличная сила импульса тока.

  Ключевым преимуществом внутренней конструкции каждого пленочного конденсатора является прямой контакт с электродами на обоих концах обмотки. Этот контакт сокращает все пути прохождения тока. Конструкция ведет себя как большое количество отдельных конденсаторов, соединяет внутренние, снижает внутренние омические потери (ESR ) и ESL. Собственная геометрия конструкции пленочного конденсатора приводит к низким низким потерям паразитной индуктивности, что делает их подходящими для приложений с высокими импульсными токами (демпферы ) и для приложений питания переменного тока или для приложений с более высокими частотами.

  В качестве диэлектрика для пленочных конденсаторов используются пластиковые пленки полипропилен (PP), полиэфир (PET), сульфид полифенилена (PPS)., полиэтиленнафталат (PEN) и политетрафторэтилен или тефлон (PTFE). Полипропиленовая пленка с долей рынка около 50% и полиэфирная пленка с долей около 40% наиболее часто используемыми пленочными материалами. Остальные примерно 10% будут использованы для всех других материалов, включая PPS и бумагу, примерно по 3% каждый.

  Характеристики пластиковой пленки для пленочных конденсаторов

  		Характеристики пленки, сокращенные коды
  Характеристики пленки		ПЭТ	PEN	PPS	PP
  Относительная диэлектрическая проницаемость при 1 кГц		3,3	3,0	3,0	2,2
  Минимальная толщина пленки (мкм)		0,7–0,9	0,9–1,4	1,2	2,4– 3,0
  Поглощение влаги (%)		низкое	0,4 ​​	0,05	<0.1
  Диэлектрическая прочность (В / мкм)		580	500	470	650
  Коммерческая реализация. проверка напряжения (В / мкм)		280	300	220	400
  Диапазон постоянного напряжения (В)		50–1000	16–250	16 –100	40–2000
  Диапазон емкости		100 пФ - 22 мкФ	100 пФ - 1 мкФ	100 пФ - 0,47 мкФ	100 пФ - 10 мкФ
  Диапазон рабочих температур (° C)		от –55 до +125 / + 150	От −55 до +150	от −55 до +150	от −55 до +105
  C / C 0 в зависимости от диапазона (%)		±5	±5	± 1,5	± 2,5
  Коэффициент рассеяния (• 10)
  	на 1 кГц	50– 200	42–80	2 –15	0,5–5
  	при 10 кГц	110–150	54–150	2,5–25	2–8
  	на 100 кГц	170–300	120–300	12–60	2–25
  	на 1 МГц	200–350	–	18–70	4–40
  Постоянная времени R Insul • C (с)	при 25 ° C	≥10,000	≥10,000	≥10,000	≥100,000
  	при 85 ° C	1000	1,000	1,000	10,000
  Диэлектрическое поглощение (%)		0,2–0,5	1–1,2	0,05–0,1	0,01–0,1
  Удельная емкость (нФ • В / мм)		400	250	140	50

  Некоторые пленочные конденсаторы для особых форм и стилей используются в качестве конд енсаторов для специальных применений, в том числе конденсаторы для подавления радиочастотных / электромагнитных помех для подключения к сети питания и т. Д. так называемые предохранительные конденсаторы, демпфирующие конденсаторы для очень высоких импульсных токов, конденсаторы для работы двигателей, конденсаторы переменного тока для двигателей, работающих на двигательх

  • Высокая импульсная токовая нагрузка является наиболее распространенными пленочными конденсаторами, поэтому многие из доступных стилей имеют специальные клеммы для
  • 

    Радиальный (односторонний) для монтажа на печатных платах

  • 

    Тип SMD для поверхностного монтажа печатных плат, с металлизированными контактами на двух противоположных краях

  • 

    Радиальный тип для тяжелых условий эксплуатации выводы под пайку для демпфирующих приложений и высоких импульсных нагрузок

  • 

    Сверхмощный демпферный конденсатор с винтовыми клеммами

  Силовые пленочные конденсаторы

  Силовой конденсатор MKV, двусторонняя металлизированная бумага (бесполевой механический носитель электродов), полипропиленовая пленка (диэлектрик), обмотки пр опитаны маслом

  Родственным типом является силовой пленочный конденсатор. Материалы и технологии изготовления пленочных конденсаторов большой мощности в основном аналогичные материалы обычных пленочных конденсаторов. Однако конденсаторы с высокой и очень высокой номинальной мощностью для применения в энергосистемах и электрических установках часто классифицируются отдельно по историческим причинам. Стандартизация обычных пленочных конденсаторов ориентирована на электрические и механические параметры. Стандартизация силовых конденсаторов, напротив, подчеркивает безопасность персонала регулирующего органа.

  По мере того, как современное электронное оборудование получило возможность изменить уровни мощности, которые ранее были увеличительной областью «электрических» компонентов, различие между «электронной» и «электрической» номинальной мощностью стало размываться. Исторически граница между этими двумя семействами проходила примерно при реактивной мощности 200 вольт-ампер.

  В пленочных силовых конденсаторах в качестве диэлектрика в основном используется полипропиленовая пленка. Другие типы включают металлизированные бумажные конденсаторы (конденсаторы MP) и конденсаторы со смешанной диэлектрической пленкой с полипропиленовыми диэлектриками. Конденсаторы MP окружающей среды для применений и в качестве бесполевых несущих электродов (конденсаторы из сырой фольги) для нагрузок с высокими переменными током или импульсными токами. Обмотки могут быть заполнены изолирующим маслом или эпоксидной смолой для уменьшения пузырьков воздуха и предотвращения коротких замыканий.

  Они находят применение в качестве преобразователей для изменения напряжения, тока или частоты, для хранения или резкой подачи электроэнергии или для повышения коэффициента мощности. Номинальный диапазон напряжения этих конденсаторов составляет примерно от 120 В переменного тока (емкостные пускорегулирующие аппараты) до 100 кВ.

  .

  • Силовые пленочные конденсаторы для применения в энергосистемах, электрических установках и предприятиях
  • 

    Силовые пленочные конденсаторы для переменного тока Электропитание факторная коррекция (PFC), упакованный в цилиндрический металлический корпус

  • 

    силовой пленочный конденсатор в прямоугольном корпус

  • 

    Один из нескольких батарей силовых пленочных конденсаторов для накопления энергии, для генерации магнитного поля в адронно-электронном кольцевом ускорителе (HERA ), расположенный на участке DESY в Гамбурге

  • 

    75MVAR подстанционная батарея конденсаторов на 150 кВ

  .

  Электролитические конденсаторы

  Диверсификация электролитических конденсаторов

  Электролитические конденсаторы иметь металлический анод, покрытым окисленным слоем, используемым в качестве диэлектрика. Второй электрод представляет собой нетвердый (влажный) или твердый электролит. Электролитические конденсаторы поляризованы. Доступны три семейства, разделенных на категории в зависимости от их диэлектрической проницаемости.

  • Алюминиевые электролитические конденсаторы с оксидом алюминия в качестве диэлектрика
  • Танталовые электролитические конденсаторы с пентоксидом тантала в качестве диэлектрика
  • Ниобиевые электролитические конденсаторы с пятиокись ниобия в качестве диэлектрика.

  Анод имеет большую шероховатость для увеличения площади поверхности. Это также относительно высокая диэлектрическая проницаемость оксидного слоя придают этим конденсаторам очень высокая емкость на единицу объема по с пленочными или керамическими конденсаторами.

  Диэлектрическая проницаемость пятиокиси тантала примерно в три раза выше, чем у оксида алюминия, что дает значительно меньшие компоненты. Однако диэлектрическая проницаемость определяет только размеры. Электрические параметры, особенно проводимость, надежно и составом электролита. Используются три основных типа электролитов:

  • нетвердый (влажный, жидкий) - проводимость приблизительно 10 мСм / см и самая низкая стоимость
  • твердый оксид марганца - проводимость приблизительно 100 мСм / см обеспечивает высокое качество и стабильность
  • твердый проводящий полимер (полипрол или PEDOT: PSS ) - проводимость приблизительно 100... 500 См / см, предлагаемые значения ESR не превышают <10 mΩ

  Внутренние потери электролитических конденсаторов, обычно используются для развязки и буферизации, определяется типом электролита.

  .

  Контрольные показатели различных типов электролитических конденсаторов

  Материал анода	Электролит	Емкость. диапазон. (мкФ)	Макс. номинальное. напряжение. при 85 ° C. (В)	Верхняя. категория. температура. (° C)	Специфическая. ток пульсации. (мА / мм).
  Алюминий. (шероховатая фольга)	не сплошной,. например Этиленгликоль,. DMF, DMA, GBL	0,1–2,700,000	600	150	0,05–2,0
  	твердый,. диоксид марганца. (MnO 2	0,1–1,500	40	175	0,5–2,5
  	твердый. проводящий полимер. (например, PEDOT:PSS )	10–1,500	250	125	10–30
  Тантал. (шероховатая фольга)	нетвердая. Серная кислота	0,1–1,000	630	125	–
  Тантал. (спеченный)	нетвердая. серная кислота	0,1–15,000	150	200	–
  	твердое вещество. диоксид марганца. (MnO 2	0,1–3,300	125	150	1,5–15
  	твердый. проводящий полимерный. (например, PEDOT: PSS)	10–1,500	35	125	10–30
  Ниобий или. оксид ниобия. (спеченный)	твердый. диоксид марганца. (MnO 2	1–1,500	10	125	5–20
  Пульсации тока при 100 кГц и 85 ° C / объем (номинальные размеры)

  . Большая емкость на единицу объема эл. эктролитические конденсаторы делают их полезными в относительно сильноточных и низкочастотных электрических цепях, например в новом источнике питания фильтры для развязки нежелательных составляющих тока от силовых разделительных соединений постоянного тока или в качестве в качестве конденсаторов в усилителях звука, для пропускания или обхода низкочастотных сигналов и большого количества энергии. Относительно высокое значение емкости электролитического конденсатора в сочетании с очень низким ESR полимерного электролита полимерного конденсатора, особенно в стиле SMD, делает их конкурентами микросхемным конденсатором MLC в источниках питания компьютеров компьютеров.

  Биполярные алюминиевые электролитические конденсаторы (также называемые неполяризованными конденсаторами) содержат две анодированные алюминиевые фольги, которые ведут себя как два соединенных конденсатора.

  К электролитическим конденсаторам для применяемых применений пусковые конденсаторы двигателя, конденсаторы фонарей и конденсаторы звуковой частоты.

  • Схематическое изображение
  • 

    Схематическое изображение структуры намотанного алюминиевого электролитического конденсатора с нетвердым (жидким) электролитом

  • 

    Схематическое изображение структуры спеченного танталового электролитического конденсатора с твердым электролитом и контактирующими с катодом ниобиевые конденсаторы

  .

  • Алюминиевые, танталовые и ниобиевые конденсаторы 794>Осевые, радиальные (несимметричные) и V-образные алюминиевые электролитические конденсаторы

  • 

    Защелкивающиеся алюминиевые электролитические конденсаторы для силовых приложений

  • 

    SMD-тип для поверхностного монтажа алюминиевых электролитических конденсаторов с полимерным электролитом

  • 

    Танталовые конденсаторы для поверхностного электролита

  .

  Суперконденсаторы

  Иерархическая классификация суперконденсаторов и родственные типы Диаграмма Рагона, показывающая плотность мощности в зависимости от плотности энергии различных конденсаторов и батарей Классификация суперконденсаторов по классам в соответствии со стандартами IEC 62391-1, IEC 62567 и DIN EN 61881-3

  Суперконденсаторы (SC), составление электрохимических конденсаторы. Суперконденсатор, иногда называемый ультраконденсатором, является общим термином для электрических двухслойных конденсаторов (EDLC), псевдоконденсаторов и гибридных конденсаторов. У них нет обычного твердого диэлектрика. Величина емкости электрохимического конденсатора определяет принцип двух накоплений, оба из которых вносят вклад в общую емкость конденсатора:

  • Емкость двойного слоя - Сохранение достигается разделением заряда в Гельмгольце. двойной слой на границе раздела между поверхностью проводника и раствор электролита. Расстояние разделения заряда в двойном слое составляет порядка нескольких огрем (0,3–0,8 нм ). Это накопление является электростатическим по происхождению.
  • Псевдоемкость - Хранение достигается за счет окислительно-восстановительных реакций, электросорбции или интеркаляции на поверхности электрода или специально адсорбированными ионами, что приводит к обратимому фарадеевому переносу заряда. Псевдоемкость имеет фарадеевское происхождение.

  Коэффициент накопления, обусловленный каждым принципом, может сильно варьироваться в зависимости от конструкции электродов и состава электролита. Псевдоемкость может увеличивать значение емкости на порядок величины по сравнению с двойным слоем.

  Суперконденсаторы делятся на три семейства в зависимости от конструкции электродов:

  • Двойные- слоистые конденсаторы - с углеродными электродами или производными с гораздо более высокой статической емкостью двойного слоя, чем фарадеевская псевдоемкость
  • Псевдоконденсаторы - с электродами из оксидов металлов или проводящих полимеров с большим количеством фарадеевской псевдоемкости
  • Гибридные конденсаторы - конденсаторы со специальными и асимметричными электродами, которые демонстрируют значительную емкость двойного слоя, так и псевдоемкость, такие как литий-ионные конденсаторы

  Суперконденсаторы перекрывают промежутки между обычными конденсаторами и аккумуляторными батареями. Они имеют самые высокие значения емкости на единицу объема и самую большую энергию среди всех плотности конденсаторов. Они до 12000 фарад / 1,2 вольт, при этом значения емкости в 10 000 раз, чем у электролитических больше конденсаторов . Хотя суперконденсаторы имеют плотность энергии, которая составляет примерно 10% от обычной батареи, их удельная мощность обычно в 10-100 раз больше. Плотность мощности определяется как произведение плотности энергии, умноженное на скорость, с которой энергия доставляется в нагрузку. Большая удельная мощность обеспечивает гораздо более коротким циклам зарядки / разрядки, чем способна батарея, и более многочисленным циклам зарядки / разрядки. Это делает их хорошо подходящими для параллельного подключения к батареям.

  В электрохимических конденсаторах электролит представляет собой проводящее соединение между двумя электродами, что отличает их от электролитических конденсаторов, в которых электролит образует только катод, второй электрод.

  Суперконденсаторы поляризованы и должны работать с правильной полярностью. Полярность контролируется конструкцией с асимметричными электродами или для симметричных электродов, потенциалом, прикладываемым в процессе производства.

  Суперконденсаторы широкий спектр приложений для требований к мощности и энергии, включая: Низкий ток питания в течение длительного времени для резервного копирования памяти в (SRAM ) в электронном оборудовании

• Силовая электроника, которая требует очень короткого и сильного тока, как в KERSsystem в Formula 1 cars
• Восстановление энергии торможения для транспортных средств, таких как автобусы и поезда

Суперконденсаторы редко взаимозаменяемы, особенно с более высокой плотностью энергии. Стандарт IEC 62391-1 Фиксированные электрические конденсаторы с двойным слоем для использования в электронном оборудовании определяют четыре класса:

• класс 1, резервная память, ток разряда в мА = 1 • C (F)
• класс 2, энергия накопителя, ток разряда в мА = 0,4 • C (F) • В (В)
• Класс 3, мощность, ток разряда в мА = 4 • C (F) • В (В)
• Класс 4, мгновенная мощность, ток разряда в мА = 40 • C (F) • V (V)

Исключение для электронных компонентов, таких как конденсаторы, множество различных торговых марок или серийных наименований, используемых для суперконденсаторов, таких как: APowerCap, BestCap, BoostCap, CAP-XX, DLCAP, EneCapTen, EVerCAP, DynaCap, Faradcap, GreenCap, Goldcap, HY-CAP, Каптонный конденсатор, Суперконденсатор, SuperCap, PAS Capacitor, PowerStor, что затрудняет PseudoCapacitor классификацию этих конденсаторов.

• Двухслойные литий-ионные и суперконденсаторы
• 

  Двухслойный конденсатор на 1 Ф при 5,5 В для сохранения данных при отключенном питании.

• 

  Литий-ионные конденсаторы радиального (несимметричного) типа для высокой плотности энергии

• 

  Суперконденсаторы

Конденсаторы классов X и Y

Многие правила техники безопасности требуют использования конденсаторов класса X или Y всякий раз, когда « сбой -короткое замыкание »может подвергнуться опасности людей, устойчивости гальваническую развязку при выходе из строя конденсатора.

Удары даже молнии и другие источники вызывают высокие скачки напряжения в сети.

В частности, правила техники безопасности предписывают особую компоновку сетевые фильтрующие конденсаторы классов X и Y .

В принципе, любые диэлектрик класса, защищают людей и устройства от скачков высокого напряжения, за счет шунтирования энергии скачков напряжения на землю. Может быть использован для создания конденсаторов классов X и Y; возможно, включение внутреннего предохранителя для повышения безопасности. X и Y, обычно являются керамическими конденсаторами для подавления радиочастотных / электромагнитных помех или пластиковые пленочные конденсаторы для подавления RFI / EMI.

Прочие конденсаторы

Под вышеописанными конденсаторами, охватывающими более или менее почти весь дискретных конденсаторов, некоторые новые разработки или конденсаторы особого типа, а также более старые. s можно найти в электронике.

Интегральные конденсаторы

• Интегральные конденсаторы - в интегральных схемах наноразмерные конденсаторы могут быть сформированы с помощью соответствующих рисунков металлизации на изолирующей подложке. Они могут быть упакованы в несколько групп конденсаторов без каких-либо других полупроводниковых частей в дискретных компонентов.
• Стеклянные конденсаторы - первая лейденская банка конденсатор был сделан из стекла, по состоянию на 2012 год стеклянные конденсаторы использовались как Версия SMD для приложений, требующие сверхнадежной и сверхстабильной работы.

Силовые конденсаторы

• Вакуумные конденсаторы - используются в высокомощных РФ передатчиках
• SF6 газонаполненные конденсаторы - используются в качестве емкости стандарт в измерительных мостовых схемах

Специальные средства

• Печатные платы - металлические проводящие области в различных слоях многослойной печатной платы могут действовать как высокостабильный конденсатор в фильтрах с распределенными элементами. Обычная отраслевой практикой является заполнение используемого участка одного слоя печатной платы заземляющим проводом, а другой слой - проводником питания, образуя большой распределенный конденсатор между слоями.
• Провод - 2 куска изолированного провода, скрученные вместе. Значения обычно находятся в диапазоне от 3 пФ до 15 пФ. Используется в самодельных схемах УКВ для обратной связи по колебаниям.

Специализированные устройства, такие как встроенные конденсаторы с металлическими токопроводящими областями в разных слоях многослойной печатной платы и такие узлы, как скручивание двух частей изолированные провода тоже существуют.

Конденсаторы, изготовленные скручивания 2 кусков изолированного провода вместе, называются трюковыми конденсаторами. Конденсаторы Gimmick использовались в коммерческих и любительских радиоприемниках.

Устаревшие конденсаторы

• Лейденские банки самые ранние известные конденсаторы
• Слюдяные конденсаторы с зажимом - первые конденсаторы со стабильными частотными характеристиками и низкими частотами. потери, используемые для военных радиоприложений во время Второй мировой войны
• Конденсаторы с воздушным зазором - использовались первыми передатчиками с искровым разрядником

.

• Разные конденсаторы
• 

  Примерно 1 нФ × 500 В пост. конденсаторы

• 

  Вакуумный конденсатор с оболочкой из уранового стекла

.

Переменные конденсаторы

Переменные конденсаторы могут использовать свою емкость при механическом движении. Как правило, необходимо различать две версии переменных конденсаторов

• Настроечный конденсатор - переменный конденсатор для преднамеренной и многократной настройки схемы генератора в радиоприемнике или другой настроенной схеме
• Подстроечный конденсатор - небольшой переменный конденсатор, обычно для одного: Внутренняя схема схемы временного генератора

К переменным конденсаторам конденсатора, используемого в использовании механической конструкции для изменения расстояния между пластинами или величиной перекрывающейся площади поверхности пластин. В качестве диэлектрической среды в основном используют воздух.

Полупроводящие диоды с емкостью не являются конденсаторами в смысле пассивных компонентов, но могут использовать свою емкость в зависимости от приложенного напряжения обратного ущерба и используются как переменные конденсаторы. Они заменили большую часть настроечных и подстроечных конденсаторов.

.

• Переменные конденсаторы
• 

  Конденсатор настройки воздушного зазора

• 

  Конденсатор настройки вакуума

• 

  Подстроечный конденсатор для монтажа в сквозное отверстие

• 

  Подстроечный конденсатор для поверхностного монтажа

.

Характеристики и применения, а также Недостатки конденсаторов

Тип конденсатора	Диэлектрический	Особенности / применение	Недостатки
Керамические конденсаторы
Керамические конденсаторы 1 класса	параэлектрические керамическая смесь диоксида титана, модифицированная добавками	. Предсказуемое линейное и низкое изменение значений в зависимости от рабочей температуры. Превосходные характеристики высокой частоты с низкими потерями. Для температурной компенсации в приложении резонансного контура. Доступны для напряжений до 15000 В	Низкая диэлектрическая проницаемость керамические, конденсаторы с низкой объемной эффективностью, большие размеры, чем конденсаторы класса 2
керамические конденсаторы класса 2	сегнетоэлектрическая керамическая смесь титаната бария и подходящих добавок	Высокая диэлектрическая проницаемость, высокая объемная эффективность, меньшие размеры, чем у конденсаторов класса 1. Для буферных, байпасных и соединительных приложений. Доступны для напряжений до 50 000 В.	Более низкая стабильность и более высокие потери, чем у класса 1. Емкость изменяется с изменением приложенного напряжения, с периодом и с эффектами старения. Слегка микрофонный
Пленочные конденсаторы
Металлизированные пленочные конденсаторы	PP, PET, PEN, PPS, (PTFE)	Металлизированные пленочные конденсаторы значительно меньше по размеру, чем пленочные / версии из фольги и обладают самовосстанавливающимися свойствами.	Тонкие металлизированные электроды ограничивают максимальный ток , пропускную способность, соответственно, максимально возможное импульсное напряжение.
Пленочные / фольговые пленочные конденсаторы	ПЛ, ПЭТ, ПТФЭ	Пленочные / фольговые пленочные конденсаторы имеют наивысшие значения импульсного перенапряжения / импульсного напряжения соответственно. Пиковые токи выше, чем у металлизированных типов.	Нет самовосстанавливающихся свойств: возможно внутреннее короткое замыкание. Большие размеры, чем у металлизированной альтернативы.
Пленочные конденсаторы из полипропилена (PP)	Полипропилен	Самый популярный диэлектрик для пленочных конденсаторов. Прогнозируемое линейное изменение емкости и небольшое изменение емкости в зависимости от рабочей температуры. Подходит для применения в схемах частот Класса 1 и в точных аналоговых приложениях. Очень узкие емкости. Чрезвычайно низкий коэффициент рассеяния. Низкое влагопоглощение, поэтому подходит для «голых» конструкций без покрытия. Высокое сопротивление изоляции. Может быть в приложениих с высокой мощностью, как демпфер или IGBT. Также используется в приложениях переменного тока, таких как двигатели или коррекция коэффициента мощности. Очень низкие диэлектрические потери. Высокочастотные и мощные приложения, такие как индукционный нагреватель. Широко используется для обеспечения безопасности / подавления электромагнитных помех, включая подключение к электросети.	Максимальная рабочая температура 105 ° С. Относительно низкая диэлектрическая проницаемость 2,2. Пленочные конденсаторы из полипропилена обычно больше, чем другие пленочные конденсаторы. Более подвержены повреждениям от переходных перенапряжений или перепадов напряжения, чем пропитанные маслом MKV-конденсаторы для импульсных приложений.
Полиэфирная (ПЭТ) пленка. (Майлар) конденсаторы	Полиэтилентерефталат, Полиэстер (Hostaphan®, Mylar®)	Меньше по размеру, чем функционально сопоставимые конденсаторы полипропиленовые пленочные. Низкое влагопоглощение. Практически полностью заменили металлизированную бумагу и пленку из полистирола для приложения постоянного тока. В основном используется для приложений общего назначения или полукритических цепей с рабочими температурами до 125 ° C. Рабочее напряжение до 60 000 В постоянного тока.	Используется при низких частотах (переменный ток). Ограниченное использование в силовой электронике из-за более высоких уровней при повышении температуры и частоты.
Пленочные конденсаторы из полиэтиленнафталата. (PEN)	Полиэтиленнафталат (Kaladex®)	Лучшая стабильность при высоких температурах, чем у ПЭТ. Больше подходит для высокотемпературных применений и для упаковки SMD. В основном используется для некритичной фильтрации, связи и развязки, поскольку температурные зависимости не имеют значения.	Более низкая относительная диэлектрическая проницаемость и более низкая диэлектрическая прочность подразумевают большие размеры для данной величины и номинального напряжения, чем у ПЭТ.
Полифениленсульфид (PPS). пленочные конденсаторы	Полифенилен (Torelina®)	Небольшая температурная зависимость во всем температурном диапазоне и узкая частотная зависимость в широком частотном диапазоне. Фактор рассеивания достаточно мал и стабилен. Рабочие температуры до 270 ° C. Подходит для SMD. Допускается повышенная температура пайки оплавлением для бессвинцовой пайки, требуемая директивой RoHS 2002/95 / Европейского Союза	. При выше 100 ° C коэффициент рассеяния температуры увеличивает, что приводит к увеличению температуры компонентов. Стоимость обычно выше ПП.
Политетрафторэтилен (PTFE). (Тефлон пленка) конденсаторы	Политетрафторэтилен (Teflon®)	Твердый диэлектрик с наименьшими потерями. Рабочие температуры до 250 ° C. Чрезвычайно высокое сопротивление изоляции. Хорошая стабильность. Используется в критически важных приложениях.	Большой размер (из-за низкой диэлектрической проницаемости). Более высокая стоимость, чем у других пленочных конденсаторов.
Поликарбонат (ПК). пленочные конденсаторы	Поликарбонат	Практически полностью заменен полипропиленом	Ограниченные производители
Полистирол (PS). пленочные конденсаторы	Полистирол (Стирофлекс)	Хорошая термическая стабильность, высокая изоляция, низкие искажения, но не подходит для SMT и теперь полностью заменен ПЭТ	Ограниченными производителями
полисульфоновые пленочные конденсаторы	Полисульфон	Аналогичен поликарбонату. Выдерживают полное напряжение при сравнительно более высоких температурах.	Только разработка, серий не обнаружено (2012)
Пленочные конденсаторы из полиамида	Полиамид	Рабочие температуры до 200 ° C. Высокое сопротивление изоляции. Хорошая стабильность. Низкий коэффициент рассеяния.	Только разработка, серий не обнаружено (2012)
Полиимидные пленочные. (каптонные) конденсаторы	Полиимид (каптон)	Наивысшая диэлектрическая прочность любого известного пластикового пленочного диэлектрика.	Только разработка, серий не найдено (2012)
Силовые конденсаторы на пленочной основе
Металлизированные бумажные силовые конденсаторы	Бумага пропитанная изоляционным маслом или эпоксидной смолой смола	Самовосстанавливающиеся свойства. Первоначально пропитан воском, маслом или эпоксидной смолой. Версия Oil-Kraft, используемая в определенных бумаги высоковольтных приложениях. В основном заменен на ПП.	Большой размер. Сильно гигроскопичен, впитывает влагу из атмосферы, несмотря на пластиковые корпуса и пропитки. Увеличение сопротивления диэлектрическим потерям и сопротивление изоляции.
Силовые конденсаторы из бумажной пленки / фольги	Крафт-бумага пропитанная маслом	Бумага, покрытая металлической фольгой в качестве электродов. Бюджетный. Прерывистый режим работы, высокая разрядка.	Физически большие и тяжелые. Значительно более низкая плотность энергии, чем у диэлектрика ПП. Не самолечение. Возможный катастрофический отказ из-за большого количества накопленной энергии.
ПП диэлектрик,. бесполевая бумага. силовые конденсаторы. (силовые конденсаторы MKV)	Двусторонняя (бесполевая) металлизированная бумага в качестве держателя электродов. ПП как диэлектрик, пропитанным изоляционным маслом, эпоксидной смолой или изолирующим газом	Самовосстановление. Очень низкие потери. Высокое сопротивление изоляции. Высокая сила пускового тока. Высокая термическая стабильность. Приложения для тяжелых условий эксплуатации, такие как коммутация с высокой реактивной мощностью, высокими частотами и высокой токовой нагрузкой, и другие приложения переменного тока.	Физически больше, чем силовые конденсаторы PP.
Односторонние или двусторонние. металлизированные силовые конденсаторы из полипропилена	Полипропилен в качестве диэлектрика, пропитанный изолирующим маслом, эпоксидной смолой или изолирующим газом	Максимальная емкость на единицу объема силового конденсатора. Самовосстановление. Широкий спектр приложений, таких как универсальные конденсаторы переменного тока, конденсаторы двигателя, сглаживание или фильтрация, звенья постоянного тока, демпфирование или регулирование переменного тока, последовательные резонансные цепи постоянного тока, разряд постоянного тока, коммутация переменного тока, коэффициент мощности коррекция переменного тока.	критично для надежной работы высокого напряжения и очень высоких пусковых токов, ограниченная термостойкость (105 ° C)
силовые конденсаторы из полипропиленовой пленки / фольги	пропитанный полипропиленом или изоляционным газом, изоляционное масло, эпоксидная смола или изолирующий газ	Максимальная сила пускового тока	Больше, чем у металлизированных версий PP. Не самолечение.
Электролитические конденсаторы
Электролитические конденсаторы. с нетвердым. (влажным, жидким). электролитом	оксидом алюминия. Al2O3	Очень большое отношение емкости к объему. Значения емкости до 2 700 000 мкФ / 6,3 В. Напряжение до 550 В. Самая низкая стоимость на значения емкости /. Используется там, где низкие потери и высокая стабильность емкости не имеют большого значения, особенно для низких частот, таких как байпас, связь, сглаживание и буферизация в источниках питания и звеньях постоянного тока.	Поляризованный. Значительная утечка. Относительно высокие значения ESR и ESL, ограничивающие высокие пульсации тока и высокочастотные приложения. Расчет срока службы требуется из-за явления высыхания. Вентиляция или взрыв при перегрузке, перегреве или подключении с неправильной поляризацией. Электролит на водной основе может выделяться в конце срока службы, показывая неисправности, такие как «чума конденсатора "
	пентоксид тантала. Ta2O5	Влажные танталовые электролитические конденсаторы (влажная пробка) Самая низкая утечка среди электролитов. Напряжение до 630 В (танталовая пленка) или 125 В (корпус из спеченного тантала). Герметичный. Стабильный и надежный. Военное и космическое применение.	Поляризованный. Сильный взрыв при превышении напряжения, тока пульсаций или скорости нарастания или при обратном напряжении. Дорого.
Электролитические конденсаторы. с твердым веществом диоксид марганца электролит	оксид алюминия. Al. 2O. 3. пятиокись тантала. Ta2O5,. пятиокись ниобия. Nb. 2O. 5	Тантал и ниобий с меньшими размерами для данной емкости / напряжение по сравнению с алюминием. Стабильные электрические параметры. Хорошие долгосрочные высокотемпературные характеристики. Более низкое ESR ниже, чем у нетвердых (влажных) электролитов.	Поляризованный. Около 125 В. Низкое напряжение и ограниченное, переходное, обратное или Допуск перенапряжения. Возможно возгорание при отказе. ч выше, чем проводящие полимерные электролиты. Ожидается, что марганец будет заменен полимером.
Электролитические конденсаторы. с твердым Полимерным электролитом. (Полимерные конденсаторы )	Оксид алюминия. Al. 2O. 3,. Пентоксид тантала. Ta2O5,. Пятиокись ниобия. Nb. 2O. 5	Значительно сниженное ESR по сравнению с марганец или нетвердый (влажный) электролит. Более высокие значения пульсаций тока. Увеличенный срок службы. Стабильные электрические параметры. Самовосстановление. Используется для сглаживания и буферизации в небольших источниках питания, особенно в SMD.	Поляризованный. Наибольшая утечка тока среди электролитов. Более высокие цены, чем нетвердый или диоксид марганца. Напряжение ограничено примерно 100 В. Взрывается, когда напряжение, ток или скорость нарастания превышены или ниже обратного напряжения.
Суперконденсаторы
Суперконденсаторы. Псевдоконденсаторы	Двухслойный слой Гельмгольца плюс фарадеевская псевдоемкость	Плотность энергии обычно в десятки и сотни раз выше, чем у обычных электролитических материалов. Бол ее сопоставима с батареями, чем с другими конденсаторами. Большое соотношение емкость / объем. Относительно низкое ES Р. Тысячи фарадов. Резервное копирование оперативной памяти. Временное питание при замене батареи. Быстро поглощает / подает гораздо большие токи, чем батареи. Сотни тысяч циклов зарядки / разрядки. Гибридные автомобили. Восстановление	Поляризованный. Низкое рабочее напряжение на ячейку. (Сгруппированные элементы обеспечивают более высокое рабочее напряжение.) Относительно высокая стоимость.
Гибридные конденсаторы. Литий-ионные конденсаторы. (LIC)	Двухслойные Гельмгольца плюс фарадеевская псевдоемкость. Анод, легированный ионами лития.	Более высокое рабочее напряжение. Более высокая плотность энергии, чем у обычных EDLC, но меньше, чем у литий-ионных аккумуляторов (LIB). Никаких тепловых неуправляемых реакций.	Поляризованный. Низкое рабочее напряжение на ячейку. (Сгруппированные элементы обеспечивают более высокое рабочее напряжение.) Относительно высокая стоимость.
Прочие конденсаторы
Конденсаторы с воздушным зазором	Воздух	Низкие диэлектрические потери. Используется для резонансных высокочастотных цепей для высокочастотной сварки высокой мощности.	Физически большие. Относительно низкая емкость.
Вакуумные конденсаторы	Вакуумные	Чрезвычайно низкие потери. Используется для высоковольтных и мощных высокочастотных приложений, таких как преобразователи и индукционный нагрев. Самовосстановление, если ток перегрузки ограничен.	Очень высокая стоимость. Хрупкий. Большой. Относительно низкая емкость.
SF. 6- конденсаторы, заполненные газом	SF. 6 газ	Высокая точность. Чрезвычайно низкие потери. Очень высокая стабильность. Номинальное напряжение до 1600 кВ. Используется в качестве эталона емкости в измерительных мостовых схемах.	Очень высокая стоимость
Металлизированные слюдяные (серебряные слюдяные) конденсаторы	Слюда	Очень высокая стабильность. Никакого старения. Низкие потери. Используется для высокочастотных и низкочастотных радиочастотных цепей, а также в качестве эталона емкости в измерительных мостовых схемах. В основном заменяется керамическими конденсаторами класса 1	Более высокая стоимость, чем керамические конденсаторы класса 1
Стеклянные конденсаторы	Стекло	Лучшая стабильность и частота, чем серебряная слюда. Сверхнадежный. Ультра-стабильный. Устойчив к ядерной радиации. Рабочая температура: от -75 ° C до +200 ° C и даже кратковременное передержание до +250 ° C.	Более высокая стоимость, чем керамика класса 1
Интегрированные конденсаторы	оксид-нитрид-оксид (ONO)	Тонкий (до 100 мкм). Меньшая занимаемая площадь, чем у большинства MLCC. Низкий ESL. Очень высокая стабильность до 200 ° C. Высокая надежность	Производство по индивидуальному заказу
Конденсаторы переменной емкости
Конденсаторы настройки воздушного зазора	Воздух	Круглые или различные логарифмические разрезы электрода ротора для различных кривых емкости. Разъемный ротор или статор с разрезом для симметричной регулировки. Шарикоподшипник ось для регулировки с пониженным уровнем шума. Для высокопрофессиональных устройств.	Большие размеры. Высокая цена.
Вакуумные настроечные конденсаторы	Вакуумные	Чрезвычайно низкие потери. Используется для высоковольтных и мощных высокочастотных приложений, таких как преобразователи и индукционный нагрев. Самовосстановление, если ток перегрузки ограничен.	Очень высокая стоимость. Хрупкий. Большие габариты.
SF. 6газовый настроечный конденсатор	SF. 6	Чрезвычайно низкие потери. Используется дляВЧ-приложений с очень высоким напряжением и высокой мощностью.	Очень высокая стоимость, хрупкость, большие размеры
Подстроечные конденсаторы с воздушным зазором	Воздух	В основном заменяются полупроводниковыми переменными емкостями диоды	Высокая стоимость
Керамические подстроечные конденсаторы	Керамика класса 1	Линейная и стабильная частотная характеристика в широком диапазоне температур	Высокая стоимость

Последовательная эквивалентная схема

Последовательная эквивалентная схема конденсатора

Дискретные конденсаторы отличаются от идеального конденсатора. Идеальный конденсатор только накапливает и выделяет электрическую энергию без рассеивания. Компоненты конденсатора имеют потери и паразитные индуктивные части. Эти недостатки материала и конструкции могут иметь положительные последствия, такие как линейная частота и температурные характеристики керамических конденсаторов класса 1. И наоборот, отрицательные последствия включают нелинейную, зависящую от напряжения емкость керамических конденсаторов класса 2 или недостаточную диэлектрическую изоляцию конденсаторов, приводящую к токам утечки.

Все свойства могут быть определены и указаны с помощью последовательной эквивалентной схемы, состоящей из идеализированной емкости и дополнительных электрических компонентов, которые моделируют все потери и индуктивные параметры конденсатора. В этой последовательной эквивалентной схеме электрические характеристики определяются:

• C, емкостью конденсатора
• Rinsul, сопротивлением изоляции диэлектрика, не путать с изоляция корпуса
• Rутечка, сопротивление представляет собой ток утечки конденсатора
• RESR, эквивалентное последовательное сопротивление , которое суммирует все омические потери конденсатора, обычно обозначаемого сокращенно как «ESR»
• LESL, эквивалентная последовательная индуктивность, которая представляет собой эффективную самоиндуктивность конденсатора, обычно сокращенно «ESL».

Использование последовательная эквивалентная схема вместо параллельной эквивалентной схемы указана в IEC / EN 60384-1.

Стандартные значения емкости и допуски

номинальная емкость CRили номинальная емкость CN- это значение, на которое рассчитан конденсатор. Фактическая емкость зависит от измеренной частоты и температуры окружающей среды. Стандартными условиями измерения являются низковольтный метод измерения переменного тока при температуре 20 ° C с частотами

• , 100 кГц, 1 МГц (предпочтительно) или 10 МГц для неэлектролитических конденсаторов с C R ≤ 1 нФ:
• 1 кГц или 10 кГц для неэлектролитических конденсаторов с 1 нФ < CR≤ 10 мкФ
• 100/120 Гц для электролитических конденсаторов
• 50/60 Гц или 100/120 Гц для неэлектролитических конденсаторов с C R>10 мкФ

Для суперконденсаторов применяется метод падения напряжения для измерения значения емкости..

Конденсаторы доступны с геометрически возрастающими предпочтительными значениями (стандарты серии E ), указанными в IEC / EN 60063. В соответствии с количеством значений на декаду они называются E3, E6, E12, E24 и т. д. серии. Диапазон единиц, используемых для определения номиналов конденсаторов, расширился и теперь включает все: от пико- (пФ), нано- (нФ) и микрофарад (мкФ) до фарада (Ф). Миллифарад и килофарад - редкость.

Процент допустимого отклонения от номинального значения называется допуском. Фактическое значение емкости должно быть в пределах допуска или не соответствовать спецификации. IEC / EN 60062 определяет буквенный код для каждого допуска.

.

Допуски конденсаторов и их буквенные коды

Серия E	Допуск
	CR>10 пФ	Буквенный код	CR< 10 pF	Буквенный код
E 96	1%	F	0,1 пФ	B
E 48	2%	G	0,25 пФ	C
E 24	5%	J	0,5 пФ	D
E 12	10%	K	1 пФ	F
E 6	20%	M	2 пФ	G
E3	-20 / + 50%	S	-	-
	-20 / + 80%	Z	-	-

. Требуемый допуск определяется конкретным применением. Узкие допуски от E24 до E96 используются для высококачественных схем, таких как прецизионные генераторы и таймеры. Общие приложения, такие как некритические схемы фильтрации или связи, используют E12 или E6. Электролитические конденсаторы, которые часто используются для фильтрации, и обхода конденсаторов, в большинстве случаев имеют диапазон допуска ± 20% и должны соответствовать значениям серии E6 (или E3).

Температурная зависимость

Емкость обычно зависит от температуры. Различные диэлектрики выражают большую разницу в температурной чувствительности. Температурный коэффициент выражается в частях на миллион (ppm) на градус Цельсия для керамических конденсаторов класса 1 или в% от общего диапазона температур для всех остальных.

.

Температурные коэффициенты некоторых распространенных конденсаторов

Тип конденсатора,. диэлектрический материал	Температурный коэффициент. C / C 0	Применение. диапазон температур
Класс керамического конденсатора 1. параэлектрический NP0	± 30 ppm / K (± 0,5%)	от -55 до +125 ° C
Керамический конденсатор класса 2. сегнетоэлектрик X7R	± 15%	от −55 до +125 ° C
керамический конденсатор класса 2,. сегнетоэлектрик Y5V	+ 22% / -82%	от -30 до +85 ° C
Пленочный конденсатор. Полипропилен (PP)	± 2,5%	от -55 до +85/105 ° C
Пленочный конденсатор. Полиэтилентерефталат,. Полиэстер (ПЭТ)	+ 5%	От -55 до +125/150 ° C
пленочный конденсатор. полифениленсульфид (PPS)	± 1,5%	от -55 до +150 ° C
Пленочный конденсатор. Полиэтиленнафталат (PEN)	± 5%	от -40 до +125/150 ° C
Пленочный конденсатор. политетрафторэтилен (PTFE)	?	от −40 до +130 ° C
Металлизированный бумажный конденсатор (с пропиткой)	± 10%	от −25 до +85 ° C
Алюминиевый электролитический конденсатор. Al2O3	± 20%	от −40 до +85/105/125 ° C
Танталовый электролитический конденсатор. Ta2O5	± 20%	от −40 до +125 ° C

.

Частотная зависимость

Большинство типов дискретных конденсаторов имеют больше или меньше изменяется емкость с увеличением частоты. Диэлектрическая прочность керамической и пластиковой пленки класса 2 уменьшается с увеличением частоты. Следовательно, их значение емкости уменьшается с увеличением частоты. Это явление для керамических диэлектриков класса 2 и пластиковых пленочных диэлектриков связано с диэлектрической релаксацией, в которой постоянная времени электрических диполей является причиной частотной зависимости диэлектрической проницаемости. На графиках ниже показаны типичные частотные характеристики емкости керамических и пленочных конденсаторов.

.

• Частотная зависимость емкости для керамических и пленочных конденсаторов
• 

  Частотная зависимость емкости для керамических конденсаторов класса 2 (NP0, класс 1 для сравнения)

• 

  Частотная зависимость емкости для пленочных конденсаторов с различными материалами пленки

. Для электролитических в конденсаторах с нетвердым электролитом происходит механическое движение ионов . Их подвижность ограничена, так что на более высоких частотах не все области шероховатой структуры анода покрываются ионами, несущими заряд. Чем выше анодная структура становится шероховатой, тем больше значение емкости уменьшается с увеличением частоты. Низковольтные типы с сильно шероховатыми анодами отображают емкость на частоте 100 кГц приблизительно от 10 до 20% от значения, измеренного при 100 Гц.

Зависимость напряжения

Емкость также может изменяться в зависимости от приложенного напряжения. Этот эффект более распространен в керамических конденсаторах класса 2. Диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектрического материала класса 2 зависит от приложенного напряжения. Более высокое приложенное напряжение снижает диэлектрическую проницаемость. Изменение емкости может упасть до 80% от значения, измеренного при стандартизированном измерительном напряжении 0,5 или 1,0 В. Такое поведение является небольшим источником нелинейности в фильтрах с низким уровнем искажений и других аналоговых приложениях. В аудиоприложениях это может вызвать искажение (измерено с использованием THD ).

Пленочные конденсаторы и электролитические конденсаторы не имеют значительной зависимости от напряжения.

.

• Зависимость емкости от напряжения для некоторых керамических конденсаторов класса 2
• 

  Упрощенная диаграмма изменения емкости в зависимости от приложенного напряжения для конденсаторов 25 В из керамики различных марок

• 

  Упрощенная диаграмма изменения емкости в зависимости от приложенного напряжения для керамики X7R с различным номинальным напряжением

.

Номинальное и категориальное напряжение

Соотношение между номинальным и категориальным диапазоном температур и приложенным напряжением

Напряжение, при котором диэлектрик становится проводящим, называется пробоем напряжение, и дается произведением электрической прочности изоляции и расстояния между электродами. Электрическая прочность зависит от температуры, частоты, формы электродов и т. Д. Поскольку пробой конденсатора обычно является коротким замыканием и разрушает компонент, рабочее напряжение ниже, чем напряжение пробоя. Рабочее напряжение указывается таким образом, чтобы напряжение могло подаваться непрерывно в течение всего срока службы конденсатора.

В IEC / EN 60384-1 допустимое рабочее напряжение называется «номинальное напряжение» или «номинальное напряжение». Номинальное напряжение (UR) - это максимальное напряжение постоянного тока или пиковое импульсное напряжение, может непрерывно при любой температуре в пределах номинального диапазона температур.

Доказательство напряжения почти всех конденсаторов снижается с повышением температуры. Для некоторых приложений требуется более высокий температурный диапазон. Снижение напряжения, требуемого при более высокой температуре, сохраняет запас прочности. Поэтому для некоторых типов конденсаторов в стандарте IEC указано второе «температурное снижение напряжения» для более высокого диапазона, «категория напряжения». Категория напряжения (UC) - это постоянное напряжение или пиковое импульсное напряжение, может непрерывно подаваться на конденсатор при любом диапазоне в диапазоне температур категории.

Соотношение между напряжением и температурой показано на рисунке справа.

Импеданс

Упрощенная эквивалентная схема конденсатора для более высоких частот (см. Выше); с электрическими реактивными сопротивлениями X ESL и X C и сопротивление ESR и для иллюстрации импедансом Z и коэффициентом рассеяния tan δ

В общем, конденсатор рассматривается как накопительный компонент на электрическую энергию. Но это только одна функция конденсатора. Конденсатор также может действовать как резистор AC . Во многих случаях используется конденсатор в качестве разделительного конденсатора для фильтрации или обхода нежелательных смещенных частот переменного тока на землю. В других приложениях используются конденсаторы для емкостной связи сигналов переменного тока; диэлектрик используется только для блокировки постоянного тока. Для таких сопротивлений переменного тока так же важно, как и значение емкости.

Частотно-зависимое сопротивление переменному току называется импедансом $Z\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; scriptstyle\; Z\}$и представляет собой сложное отношение напряжение к току в цепи переменного тока. Импеданс расширяет понятие сопротивления до цепей переменного тока и имеет как значение, так и фазу на конкретный сигнал. В этом отличие от сопротивления, которое имеет только значение.

$Z\; =\; |\; Z\; |\; е\; J\; \theta \; \{\backslash \; Displaystyle\; \backslash \; Z\; =\; |\; Z\; |\; e\; ^\; \{j\; \backslash \; theta\}\}$

Величина $|\; Z\; |\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; scriptstyle\; |\; Z\; |\}$представляет соотношение ампы разности напряжений к амплитуде тока, $j\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; scriptstyle\; j\}$мнимая единица, аргумент $\theta \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; scriptstyle\; \backslash \; theta\}$дает разность фаз между напряжением и током.

В технических данных конденсаторов только величины импеданса | Z | указывается и записывается просто как "Z", чтобы формулу импеданса можно было записать в декартовой форме

$Z\; =\; R\; +\; j\; X\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; Z\; =\; R\; +\; jX\}$

, где действительная часть импеданса - это сопротивление $R\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; scriptstyle\; R\}$(для конденсаторов $ESR\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; scriptstyle\; ESR\}$), а мнимая часть - это реактивность $X\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; scriptstyle\; X\}$.

Как показано на схеме последовательного эквивалента конденсатора, реальный компонент включает идеальный конденсатор $C\; \{\backslash \; displaystyle\; C\}$, индуктивность $L\; (ESL)\; \{\backslash \; displaystyle\; L\; (ESL)\}$и резистор $R\; (ESR)\; \{\backslash \; displaystyle\; R\; (ESR)\}$. Таким образом, полное реактивное сопротивление на угловой частоте $\omega \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; omega\}$определяет геометрическим (комплексным) сложением емкостного реактивного сопротивления (Capacitance ) $XC\; =\; -\; 1\; \omega \; C\; \{\backslash \; displaystyle\; X\_\; \{C\}\; =\; -\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{\backslash \; omega\; C\}\}\}$и индуктивное сопротивление (Индуктивность ): $XL\; =\; \omega \; LESL\; \{\backslash \; displaystyle\; X\_\; \{L\}\; =\; \backslash \; omega\; L\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{ESL\}\}\}$.

Для расчета импеданса $Z\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; scriptstyle\; Z\}$сопротивление должно быть добавлено геометрически а затем $Z\; \{\backslash \; displaystyle\; Z\}$дается как

$Z\; =\; ESR\; 2\; +\; (XC\; +\; (-\; XL))\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; Z\; =\; \{\backslash \; sqrt\; \{\{ESR\}\; ^\; \{2\}\; +\; (X\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{C\}\}\; +\; (-\; X\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{L\}\}))\; ^\; \{2\}\}\}\}$. Импеданс - это мера способности конденсатора пропускать переменный ток. В этом смысле импеданс можно использовать как закон Ома

$Z\; =\; u\; ^\; ı\; ^\; =\; U\; e\; f\; f\; I\; e\; f\; f.\; \{\backslash \; displaystyle\; Z\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; hat\; \{u\}\}\; \{\backslash \; hat\; \{\backslash \; imath\}\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{U\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{eff\}\}\}\; \{I\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{eff\}\}\}\}.\; \}$

для вычисления пикового или эффективного значения тока или напряжения.

В частном случае резонанса, в котором оба реактивных сопротивления

$XC\; =\; -\; 1\; \omega \; C\; \{\backslash \; displaystyle\; X\_\; \{C\}\; =\; -\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{\; \backslash \; omega\; C\}\}\}$и $XL\; =\; \omega \; LESL\; \{\backslash \; displaystyle\; X\_\; \{L\}\; =\; \backslash \; omega\; L\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{ESL\}\}\}$

имеют одинаковое значение ($XC\; =\; XL\; \{\backslash \; displaystyle\; X\_\; \{C\}\; =\; X\_\; \{L\}\}$), тогда импеданс будет определяться только по $ESR\; \{\backslash \; displaystyle\; \{ESR\}\}$.

Типичные кривые импеданса для разные значения емкости по частоте, показывающие типичную форму с уменьшением значений импеданса ниже резонанса и увеличением значений выше резонанса. Чем выше емкость, тем ниже резонанс.

Импеданс, указанный в таблицах данных, часто показывает типичные кривые для различных значений емкости. С увеличением частоты сопротивление уменьшается до минимума. Чем ниже импеданс, тем легче через конденсатор пропускать переменные токи. На вершине , точке резонанса, где XC имеет то же значение, что и XL, конденсатор имеет наименьшее значение импеданса. Здесь только ESR определяет импеданс. С частотами выше резонанса импеданс снова увеличивается из-за ESL конденсатора. Конденсатор становится индуктивностью.

Как показано на графике, более высокие значения емкости могут лучше соответствовать более низким частотам, в то время как более низкие значения емкости могут лучше соответствовать более высоким частотам.

Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют относительно хорошие свойства развязки в нижнем диапазоне частот до примерно 1 МГц из-за их больших значений емкости. Это причина использования электролитических конденсаторов в стандартных или импульсных источниках питания после выпрямителя для сглаживания.

Керамические и пленочные конденсаторы уже вышли из своих меньших значений емкости и подходят для более высоких частот до нескольких 100 МГц. Они также имеют значительно более низкую паразитную индуктивность, что делает их пригодными для высокочастотных применений из-за их конструкции с контактом торцевой поверхности электродов. Для увеличения диапазона частот часто электролитический конденсатор подключают параллельно керамическому или пленочному конденсатору.

Многие новые разработки направлены на снижение паразитной индуктивности (ESL). Это увеличивает резонансную частоту конденсатора и, например, может соответствовать постоянно увеличивающейся скорости переключения цифровых схем. Миниатюризация, особенно в многослойных керамических конденсаторах SMD (MLCC ), увеличивает резонансную частоту. Паразитная индуктивность дополнительно снижается за счет размещения электродов на продольной стороне кристалла, а не на боковой стороне. Конструкция «лицевой стороной вниз», связанная с многоанодной технологией в танталовых электролитических конденсаторах, дополнительно снижает ESL. Семейства конденсаторов, такие как так называемые МОП-конденсаторы или кремниевые конденсаторы, предлагают решения, когда требуются конденсаторы с частотами до диапазона ГГц.

Индуктивность (ESL) и собственная резонансная частота

ESL в промышленных конденсаторах в основном вызваны выводами и внутренними соединениями, используемыми для подключения конденсатора pl ест во внешний мир. У больших конденсаторов, как правило, выше ESL, чем у маленьких, потому что расстояние до пластины больше, и каждый миллиметр считается индуктивностью.

Для любого дискретного конденсатора существует частота выше постоянного тока, при которой он перестает вести себя как чистый конденсатор. Эта частота, где $XC\; \{\backslash \; displaystyle\; X\_\; \{C\}\}$достигает $XL\; \{\backslash \; displaystyle\; X\_\; \{L\}\}$, называется самооценкой. резонансная частота. Саморезонансная частота - это самая низкая частота, при которой проходит через минимум. Для любого применения тока собственная резонансная частота - это самая высокая частота.

Это критически важно для развязки высокоскоростных логических схем от источника питания. Конденсатор развязки подает на микросхему переходный ток. Без развязок ИС потребляет быстрее, чем подключение к источнику питания может обеспечить его, поскольку части схемы быстро включаются и выключаются. Чтобы противостоять этой потенциальной проблеме, в схемах часто используются несколько байпасных конденсаторов - небольшие (100 нФ или) конденсаторы, рассчитанные на высокие частоты, большой электролитический конденсатор, рассчитанный на более низкие частоты, и иногда конденсатор промежуточного значения.

Омические потери, ESR, коэффициент рассеяния и добротность

Суммарные потери в дискретных конденсаторах являются омическими потерями AC. DC указаны потери как «<7>ток утечки » или «сопротивление изоляции» и пренебрежимо малы для спецификации переменного тока. Потери переменного тока нелинейны, возможно, в зависимости от частоты, температуры, возраста или возраста. Потери из-за двух физических условий:

• потери линии, включая внутреннее сопротивление линии питания, контактное сопротивление контакта электрода, сопротивление линии электродов, а также в «мокрых» алюминиевых электролитических конденсаторах и особенно суперконденсаторах ограниченная проводимость жидкости. Электролиты и
• диэлектрические потери из-за диэлектрической поляризации.

Наибольшую долю этих потерь в больших конденсаторах обычно составляют частотно-зависимые омические диэлектрические потери. Для более мелких компонентов, особенно для влажных электролитических конденсаторов, проводимость жидких электролитов можетсодержать диэлектрические потери. Для измерения этих потерь необходимо установить частоту измерения. Предлагаемые коммерчески доступные пакеты устанавливаются, охватывающие 15 порядков величин, в диапазоне от пФ (10 Ф) до примерно 1000 Ф в суперконденсаторах, охватить весь диапазон только с одного диапазона. В стандарте IEC 60384-1 указано, что омические потери измеряются на той же частоте, которая используется для измерения емкости. Это:

• 100 кГц, 1 МГц (лучше) или 10 МГц для неэлектролитических конденсаторов с C R ≤ 1 нФ:
• 1 кГц или 10 кГц для неэлектролитических конденсаторов с 1 нФ < CR≤ 10 мкФ
• 100/120 Гц для электролитических конденсаторов
• 50/60 Гц или 100/120 Гц для неэлектролитических конденсаторов с C R>10 мкФ

Суммарные резистивные потери конденсатора могут быть указаны либо как ESR, как коэффициент рассеяния (DF, tan δ), либо как коэффициент качества (Q), в зависимости от требований приложения.

Конденсаторы с более высоким током пульсаций $I\; R\; \{\backslash \; displaystyle\; I\_\; \{R\}\}$нагрузки, такие как электролитические конденсаторы, имеют эквивалентное последовательное сопротивление ESR. СОЭ может быть показано как омическая часть на приведенной выше векторной диаграмме. Значения ESR указаны в таблицах для каждого отдельного типа.

Потери пленочных конденсаторов и некоторых керамических конденсаторов 2 в основном указываются с помощью коэффициента рассеяния tan δ. Эти конденсаторы имеют меньшие потери, чем электролитические конденсаторы, и в основном используются на более высоких частотах до нескольких сотен МГц. Однако указано числовое значение коэффициента рассеяния, измеренного на той же частоте, не зависит от значения емкости и может быть указано для серии конденсаторов с диапазоном емкости. Коэффициент рассеяния определяется как тангенс реактивного сопротивления ($XC\; -\; XL\; \{\backslash \; displaystyle\; X\_\; \{C\}\; -X\_\; \{L\}\}$) и ESR, и может быть показан как угол δ между мнимой и осью импеданса.

индуктивность $ESL\; \{\backslash \; displaystyle\; ESL\}$мала, коэффициент рассеяния можно определить как:

$tan\; \; \delta \; =\; ESR\; \cdot \; \omega \; C\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; tan\; \backslash \; delta\; =\; ESR\; \backslash \; cdot\; \backslash \; omega\; C\}$

Конденсаторы с очень низкими потерями, например керамические конденсаторы класса 1 и класса 2, определяют резистивные потери с коэффициентом качества (Q). Керамические конденсаторы класса 1 особенно подходят для LC-резонансных контуров с частотами до диапазона частот и точных фильтров высоких и низких частот. Для электрически резонансной системы Q представляет эффект электрическое сопротивление и обслуживает ширину полосы $B\; \{\backslash \; displaystyle\; B\}$относительно его центра или резонансная частота $f\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; f\_\; \{0\}\}$. Q определяется как величина, обратная коэффициенту рассеяния.

$Q\; =\; 1\; загар\; \; \delta \; =\; е\; 0\; B\; \{\backslash \; displaystyle\; Q\; =\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{\backslash \; tan\; \backslash \; delta\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{f\_\; \{0\}\}\; \{B\}\}\; \backslash \}$

Высокое значение добротности для резонансных контуров является признаком качества резонанса.

.

Сравнение омических потерь для различных конденсаторов. для резонансных цепей (опорная частота 1 МГц)

Тип конденсатора	Емкость. (pF)	ESR. на 100 кГц. (мОм)	ESR. на 1 МГц. (мОм)	tan δ. на 1 МГц. (10)	Качество. фактор
Кремниевый конденсатор	560	400	—	2,5	4000
Слюдяной конденсатор	1000	650	65	4	2500
Керамический конденсатор класса 1. (NP0)	1000	1600	160	10	1000

.

Ограничение токовых нагрузок

Конденсатор может действовать как резистор переменного тока, связывая переменное напряжение и переменный ток между двумя точками. Каждый переменный ток, протекающий через конденсатор, вызывает тепло внутри корпуса конденсатора. Эти потери мощности рассеяния $P\; \{\backslash \; displaystyle\; P\}$вызваны $ESR\; \{\backslash \; displaystyle\; ESR\}$и представляют собой квадратное эффективное (RMS) тока $I\; \{\backslash \; displaystyle\; I\}$

$P\; =\; I\; 2\; \cdot \; ESR\; \{\backslash \; displaystyle\; P\; =\; I\; ^\; \{2\}\; \backslash \; cdot\; ESR\}$

То же значение потерь мощности можно записать с помощью коэффициента рассеяния $tan\; \; \delta \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; загар\; \backslash \; дельта\}$как

$P\; =\; U\; 2\; \cdot \; загар\; \; \delta \; 2\; \pi \; е\; \cdot \; C\; \{\backslash \; displaystyle\; P\; =\; \{\backslash \; frac\; \{U\; ^\; \{2\}\; \backslash \; cdot\; \backslash \; tan\; \backslash \; delta\}\; \{2\; \backslash \; pi\; f\; \backslash \; cdot\; C\}\}\}$

Тепло, генерируемый внутри, должно передаваться в среду. Температура конденсатора, которая устанавливается на основе баланса между произведенным и распределяемым, не превышает максимально заданную температуру конденсатора. Следовательно, ESR или коэффициент рассеяния - это максимальная мощность (максимальное значение тока, ток пульсации, импульсная нагрузка и т. Д.), Для определения указан конденсатор.

Переменный ток может быть:

• пульсирующим током - эффективным (среднеквадратичным) переменным током, большим из переменного напряжения, наложенным на смещение постоянного тока,
• импульсным током - пиковым значением переменного тока. ток, исходящий от пика, или
• переменный ток - эффективный (RMS) синусоидальный ток.

Пульсации и переменные токи в основном нагревают корпус конденсатора. Благодаря этим токам внутренняя температура влияет на напряжение пробоя диэлектрика. Более высокая температура снижает напряжение всех конденсаторов. В мокрых электролитических конденсаторах более высокие температуры испарение электролитов, сокращенный срок службы конденсаторов. В пленочных конденсаторах более высокие температуры могут вызвать сжатие пластиковой пленки, изменяя свойства конденсатора.

Импульсные токи, особенно в металлизированных пленочных конденсаторах, нагревают контактные площадки между торцевым напылением (schoopage) и металлизированными электродами. Это может уменьшить контакт с электродами, увеличивая коэффициент рассеивания.

Для безопасной работы максимальной температуры, создаваемой любым переменным током, протекающим через конденсатор, является ограничивающим фактором, который, в свою очередь, ограничивает изменку переменного тока, ток пульсаций, импульсную нагрузку и т. Д.

Ток пульсаций

«Пульсирующий ток» - это действующее значение наложенного формы тока любой частоты и любой кривой кривой тока для непрерывной работы при заданной температуре. Он возникает в основном в источниках питания (включая импульсные источники питания ) после выпрямления переменного напряжения и протекает как ток заряда и разряда через развязывающий или сглаживающий конденсатор. «Номинальный пульсирующий ток» не должен включать повышение температуры на 3, 5 или 10 ° C, в зависимости от конденсатора, при температуре окружающей среды.

Пульсация тока вызвать нагрев внутри корпуса конденсатора из-за ESR конденсатора. ESR, состоящий из диэлектрических потерь, вызванных изменением напряженности поля в диэлектрике, потерь, возникающих из-за слаборезистивных линий питания или электролита, зависит от частоты и температуры. Для керамических и пленочных конденсаторов, как правило, ESR увеличивается с повышением температуры. Для электролитических конденсаторов до примерно 1 МГц ESR: размер с изменением частоты и температуры.

Типы конденсаторов, используемых для силовых приложений, имеют указанное номинальное значение для тока пульсаций. В очередь это алюминиевые электролитические конденсаторы и тантал, а также некоторые пленочные конденсаторы и керамические конденсаторы класса 2.

Алюминиевые электролитические конденсаторы, наиболее распространенный тип для источников питания, имеют более короткий срок службы при более высоких токах пульсаций. Превышение предела может привести к взрывному отказу.

Танталовые электролитические конденсаторы с твердым электролитом из диоксида марганца также ограничены током пульсаций. Превышение их пределов пульсации приводит к короткому замыканию и возгоранию компонентов.

Для пленочных и керамических конденсаторов, обычно указываемых с потерей потерь, предел пульсации определяет повышение температуры в корпусе приблизительно на 10 ° C. Превышение этого предела может разрушить внутреннюю структуру и вызвать короткое замыкание.

Импульсный ток

Номинальная импульсная нагрузка для определенного конденсатора ограничена номинальным напряжением, повторения импульсов, температурным диапазоном и временем нарастания импульса. «Время нарастания импульсаса» $dv\; /\; dt\; \{\backslash \; displaystyle\; dv\; /\; dt\}$, представляет самый крутой градиент напряжения напряжения (время нарастания или спада) и выражается в вольтах на мкс (В / мкс).

Номинальное время нарастания импульса также оптимально максимально применимого пикового тока $I\; p\; \{\backslash \; displaystyle\; I\_\; \{p\}\}$. Пиковый ток определяется как:

$I\; p\; =\; C\; \cdot \; dv\; /\; dt\; \{\backslash \; displaystyle\; I\_\; \{p\}\; =\; C\; \backslash \; cdot\; dv\; /\; dt\}$

где: $I\; p\; \{\backslash \; displaystyle\; I\_\; \{p\}\}$находится в A; $C\; \{\backslash \; displaystyle\; C\}$в мкФ; $dv\; /\; dt\; \{\backslash \; displaystyle\; dv\; /\; dt\}$в В ​​/ мкс

Допустимая емкость по импульсному току металлизированного пленочного конденсатора обычно допускает повышение внутренней температуры от 8 до 10 К..

В случае металлизированных пленочных конденсаторов импульсная нагрузка зависит от свойств диэлектрического материала, толщины металлизации и конструкции конденсатора, особенно от конструкции зон контакта между торцевым распылителем и металлизированными электродами.. Высокие пиковые токи могут привести к селективному перегреву локальных контактов между торцевым распылителем и металлизированными электродами, что может разрушить некоторые контакты, что приведет к увеличению ESR.

Для металлизированных пленочных конденсаторов так называемые импульсные испытания имитируют импульсную нагрузку, которая может возникнуть во время применения, в соответствии со стандартной спецификацией. IEC 60384, часть 1, определяет, что испытательная цепь заряжается и разряжается с перерывами. Испытательное напряжение соответствует номинальному постоянному напряжению, испытание состоит из 10000 импульсов с частотой следования 1 Гц. Нагрузочная способность импульса - это время нарастания импульса. Номинальное время нарастания импульса указано как 1/10 времени нарастания тестового импульса.

Импульсная нагрузка должна рассчитываться для каждого приложения. Общее правило для расчета допустимой мощности пленочных конденсаторов недоступно из-за деталей внутренней конструкции, связанных с производителями. Чтобы предотвратить перегрев конденсатора, необходимо учитывать следующие рабочие параметры:

• пиковый ток на мкФ
• время нарастания или спада импульса dv / dt в В / мкс
• относительная длительность заряда и периоды разряда (форма импульса)
• максимальное импульсное напряжение (пиковое напряжение)
• пиковое обратное напряжение;
• частота повторения импульса
• Температура окружающей среды
• Рассеивание тепла (охлаждение)

Более высокое время нарастания импульса допускается для импульсного напряжения ниже номинального.

Примеры расчета индивидуальных импульсных нагрузок приводятся многими производителями, например WIMA и Kemet.

Переменный ток

Ограничивающие условия для конденсаторов, работающих с нагрузками переменного тока

Нагрузка переменного тока может применяться только к неполяризованному конденсатору. Конденсаторы для переменного тока - это в первую очередь пленочные конденсаторы, металлизированные бумажные конденсаторы, керамические конденсаторы и биполярные электролитические конденсаторы.

Номинальная нагрузка переменного тока для конденсатора переменного тока - это максимальный эффективный синусоидальный переменный ток (среднеквадратичное значение), который может непрерывно подаваться на конденсатор в указанном диапазоне температур. В технических данных нагрузка переменного тока может быть выражена как

• номинальное напряжение переменного тока на низких частотах,
• номинальная реактивная мощность на промежуточных частотах,
• пониженное напряжение переменного тока или номинальный переменный ток на высоких частотах.

Типичные кривые среднеквадратичного значения переменного напряжения в зависимости от частоты для 4 различных значений емкости серии пленочных конденсаторов 63 В постоянного тока

Номинальное напряжение переменного тока для пленочных конденсаторов обычно рассчитывается таким образом, чтобы повышение внутренней температуры составляло от 8 до 10 ° K - допустимый предел для безопасной эксплуатации. Поскольку диэлектрические потери увеличиваются с увеличением частоты, указанное напряжение переменного тока должно снижаться на более высоких частотах. В технических описаниях пленочных конденсаторов указаны специальные кривые для снижения номинального напряжения переменного тока на более высоких частотах.

Если пленочные конденсаторы или керамические конденсаторы рассчитаны только на постоянный ток, пиковое значение приложенного переменного напряжения должно быть ниже указанного постоянного напряжения.

Нагрузки переменного тока могут возникать в конденсаторах двигателя переменного тока, для удвоения напряжения, в демпферах, балласте освещения и при коррекции коэффициента мощности PFC для сдвига фазы для улучшения сети передачи стабильность и эффективность, что является одним из наиболее важных применений для конденсаторов большой мощности. Эти конденсаторы, в основном, из полипропиленовой пленки или металлизированной бумаги, ограничены номинальной реактивной мощностью VAr.

Биполярные электролитические конденсаторы, к которым может применяться напряжение переменного тока, имеют номинальный ток пульсации.

Сопротивление изоляции и константа саморазряда

Сопротивление диэлектрика конечно, что приводит к некоторому уровню постоянного тока утечки, который приводит к потере заряда заряженного конденсатора заряд с течением времени. Для керамических и пленочных конденсаторов это сопротивление называется «сопротивлением изоляции R ins ». Это сопротивление представлено резистором R ins, включенным параллельно конденсатору в схеме последовательного замещения конденсаторов. Не следует путать сопротивление изоляции с внешней изоляцией компонента от окружающей среды.

График саморазряда по сопротивлению изоляции при уменьшении напряжения на конденсаторе следует формуле

$u\; (t)\; =\; U\; 0\; \cdot \; e\; -\; t\; /\; \tau \; s,\; \{\backslash \; displaystyle\; u\; (t)\; =\; U\_\; \{0\}\; \backslash \; cdot\; \backslash \; mathrm\; \{e\}\; ^\; \{-\; t\; /\; \backslash \; tau\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{s\}\}\},\}$

С сохраненным напряжением постоянного тока $U\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; U\_\; \{0\}\}$и константа саморазряда

$\tau \; s\; =\; R\; ins\; \cdot \; C\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; tau\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{s\}\}\; =\; R\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{ins\}\}\; \backslash \; cdot\; C\}$

Таким образом, после $\tau \; s\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; tau\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{s\}\}\; \backslash ,\}$напряжение $U\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; U\_\; \{0\}\}$падает до 37% от начальной стоимости.

Постоянная саморазряда является важным параметром для изоляции диэлектрика между электродами керамических и пленочных конденсаторов. Например, конденсатор может использоваться в качестве компонента для определения времени для реле времени или для хранения значения напряжения, как в схемах выборки и хранения, или в операционных усилителях.

керамических конденсаторах класса 1. сопротивление изоляции не менее 10 ГОм, конденсаторы класса 2 имеют не менее 4 ГОм или постоянную саморазряда не менее 100 с. Пластиковые пленочные конденсаторы обычно имеют сопротивление изоляции от 6 до 12 ГОм. Это соответствует конденсаторам в диапазоне мкФ с константой саморазряда около 2000–4000 с.

Сопротивление изоляции, соответственно, константа саморазряда может быть уменьшена, если влага проникает в обмотку. Он частично сильно зависит от температуры и уменьшается с повышением температуры. Оба уменьшаются с повышением температуры.

В электролитических конденсаторах сопротивление изоляции определяется как ток утечки.

Ток утечки

общие характеристики утечки электролитических конденсаторов: ток утечки $I\; утечка\; \{\backslash \; displaystyle\; I\_\; \{утечка\}\}$как функция времени $t\; \{\backslash \; displaystyle\; t\}$в зависимости от типа электролита нетвердый, с высоким содержанием воды нетвердый, органический твердый, полимерный

Для электролитических конденсаторов сопротивление изоляции диэлектрика составляет называется «ток утечки». Этот постоянный ток представлен резистором R утечки, включенным параллельно конденсатору в схеме последовательного замещения электролитических конденсаторов. Это сопротивление между выводами конденсатора также конечно. R утечка ниже для электролитических конденсаторов, чем для керамических или пленочных конденсаторов.

Ток утечки включает в себя все слабые дефекты диэлектрика, вызванные нежелательными химическими процессами и механическими повреждениями. Это также постоянный ток, который может проходить через диэлектрик после приложения напряжения. Это зависит от интервала без подачи напряжения (время хранения), термического напряжения от пайки, от приложенного напряжения, от температуры конденсатора и от времени измерения.

Ток утечки падает в первые минуты после подачи постоянного напряжения. В этот период слой диэлектрического оксида может самовосстановиться за счет создания новых слоев. Требуемое время обычно зависит от электролита. Твердые электролиты падают быстрее, чем нетвердые электролиты, но остаются на несколько более высоком уровне.

Ток утечки в нетвердых электролитических конденсаторах, а также в твердотельных танталовых конденсаторах из оксида марганца уменьшается со временем включения напряжения из-за эффектов самовосстановления. Хотя ток утечки электролитов выше, чем ток, протекающий через сопротивление изоляции в керамических или пленочных конденсаторах, саморазряд современных нетвердых электролитических конденсаторов занимает несколько недель.

Особая проблема электролитических конденсаторов - время хранения. Более высокий ток утечки может быть результатом более длительного хранения. Такое поведение ограничивается электролитами с высоким содержанием воды. Органические растворители, такие как GBL, не имеют высокой утечки при более длительном хранении.

Ток утечки обычно измеряется через 2 или 5 минут после подачи номинального напряжения.

Микрофоника

Все сегнетоэлектрические материалы проявляют пьезоэлектричество пьезоэлектрический эффект. Поскольку в керамических конденсаторах класса 2 используется сегнетоэлектрический керамический диэлектрик, эти типы конденсаторов могут иметь электрические эффекты, называемые микрофонными. Микрофоника (микрофония) описывает, как электронные компоненты преобразуют механические колебания в нежелательный электрический сигнал (шум ). Диэлектрик может поглощать механические силы от ударов или вибрации, изменяя толщину и расстояние между электродами, влияя на емкость, которая, в свою очередь, индуцирует переменный ток. Возникающие в помехи особенно опасны в аудиоприложениях, вызывая обратную связь или непреднамеренную запись.

В обратном микрофоническом эффекте изменение электрического поля между пластинами конденсатора оказывает физическую силу, превращая их в звуковой динамик. Сильноточные импульсные нагрузки или большие токи пульсации могут генерировать слышимый звук от самого конденсатора, истощая энергию и нагружая диэлектрик.

Диэлектрическое поглощение (пропитывание)

Диэлектрическое поглощение происходит, когда конденсатор остается заряжается долго, разряжается только неполностью при кратковременной разряде. Хотя идеальный конденсатор после разряда достигнет нуля вольт, реальные конденсаторы вырабатывают небольшоенапряжение из-за дипольного разряда с задержкой по времени, явление, которое также называется диэлектрическая релаксация, «впитывание» или «действие батареи».

.

Значения диэлектрической абсорбции для некоторых часто используемых конденсаторов

Тип конденсатора	Диэлектрическая абсорбция
Воздушные и вакуумные конденсаторы	Не измеряется
Керамические конденсаторы класса 1, NP0	0,6%
Керамические конденсаторы класса 2, X7R	2,5%
Конденсаторы с полипропиленовой пленкой (PP)	0,05–0,1%
Полиэстер пленочные конденсаторы (ПЭТ)	от 0,2 до 0,5%
пленочные конденсаторы на основе полифениленсульфида (PPS)	от 0,05 до 0,1%
пленочные конденсаторы из полиэтиленнафталата (PEN)	1,0 до 1,2%
Танталовые электролитические конденсаторы с твердым электролитом	от 2 до 3%, 10%
Алюминиевый электролитический конденсатор с нетвердым электролитом	от 10 до 15%
Двухслойный конденсатор или суперконденсаторы	данные недоступны

. Во многих областях применения конденсаторов диэлектрическое поглощение не является проб лемой, но в некоторых случаях, например, при длительной постоянной времени интеграторы, схемы выборки и хранения, коммутируемая емкость или аналого-цифровые преобразователи и фильтры с очень низким уровнем искажений , конденсатор не должен восстанавливать остаточный заряд после полной разрядки, поэтому указываются конденсаторы с низким потреблением энергии. Напряжение на выводах, создаваемое диэлектрической абсорбцией, в некоторых случаях может вызвать проблемы в работе электронной схемы или может представлять угрозу безопасности персонала. Для предотвращения ударов большинство очень больших конденсаторов поставляются с закорачивающими проводами, которые необходимо удалить перед использованием.

Плотность энергии

Величина емкости зависит от материала диэлектрика (ε), поверхность электродов (A) и расстояние (d), разделяющее электроды, задается формулой пластинчатого конденсатора:

$C\; \approx \; \epsilon \; A\; d\; \{\backslash \; displaystyle\; C\; \backslash \; приблизительно\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; varepsilon\; A\}\; \{d\}\}\}$

Разделение электродов и проверка напряжения диэлектрического материала определяют напряжение пробоя конденсатора. Напряжение пробоя пропорционально толщине диэлектрика.

Теоретически даны два конденсатора с одинаковыми механическими размерами и диэлектриком, но один из них имеет половину толщины диэлектрика. При тех же размерах внутри можно было разместить вдвое большую площадь параллельных пластин. Этот конденсатор теоретически имеет в 4 раза большую емкость, чем первый конденсатор, но вдвое меньше, чем напряжение.

Поскольку плотность энергии, хранящейся в конденсаторе, определяется следующим образом:

$E\; store\; =\; 1\; 2\; CV\; 2,\; \{\backslash \; displaystyle\; E\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{stored\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{2\}\; \}\; CV\; ^\; \{2\},\}$

, таким образом, конденсатор с диэлектриком в два раза меньшей толщины, чем у другого, имеет в 4 раза большую емкость, но с защитой от напряжения ½, что дает такую ​​же максимальную плотность энергии.

Следовательно, толщина диэлектрика не влияет на плотность энергии в конденсаторе фиксированных габаритных размеров. Использование нескольких толстых слоев диэлектрика может поддерживать высокое напряжение, но низкую емкость, в то время как тонкие слои диэлектрика создают низкое напряжение пробоя, но более высокую емкость.

Это предполагает, что ни поверхности электродов, ни диэлектрическая проницаемость диэлектрика не изменяются в зависимости от напряжения. Простое сравнение с двумя существующими сериями конденсаторов может показать, соответствует ли реальность теории. Сравнение легко, потому что производители используют стандартные размеры корпусов или коробок для разных значений емкости / напряжения в серии.

.

Сравнение энергии, запасенной в конденсаторах с одинаковыми размерами, но с разными номинальными напряжениями и значениями емкости

Электролитические конденсаторы . NCC, серия KME. Ǿ D × H = 16,5 мм × 25 мм		Металлизированные пленочные конденсаторы ПП . KEMET; Серия PHE 450. Ш × В × Д = 10,5 мм × 20,5 мм × 31,5 мм
Емкость / напряжение	Накопленная энергия	Емкость / напряжение	Накопленная энергия
4700 мкФ / 10 В	235 мВт · с	1,2 мкФ / 250 В	37,5 мВт · с
2200 мкФ / 25 В	688 мВт · с	0,68 мкФ / 400 В	54,4 мВт · С
220 мкФ / 100 В	1100 мВт · с	0,39 мкФ / 630 В	77,4 мВт · с
22 мкФ / 400 В	1760 мВт · с	0,27 мкФ / 1000 В	135 мВт · с

. В действительности современные серии конденсаторов не соответствуют теории. Для электролитических конденсаторов губчатая шероховатая поверхность анодной фольги становится более гладкой при повышении напряжения, уменьшая площадь поверхности анода. Поскольку энергия возрастает в квадрате с напряжением, поверхность анода уменьшается, чем доказано напряжением, плотность энергии явно увеличивается. Для пленочных конденсаторов диэлектрическая проницаемость изменяется в зависимости от толщины диэлектрика и других механических факторов.

Сравнение конденсаторов из таблицы с суперконденсатором, семейством конденсаторов с самой высокой плотностью энергии. Для этого используется конденсатор 25 Ф / 2,3 В с размерами D × H = 16 мм × 26 мм от Maxwell HC Series по сравнению с электролитическим конденсатором примерно такого же размера в таблице. Этот суперконденсатор имеет примерно в 5000 раз большую емкость, чем электролитический конденсатор 4700/10, но напряжение и имеет около 66000 мВт (0,018 Втч) накопленной электрической энергии, что примерно в 100 раз выше плотности энергии (от 40 до 280 раз), чем у электролитического конденсатора.

Длительное время, старение

Электрические параметры конденсаторов могут изменяться со временем во время хранения и применения. Причины изменений различны, это может быть свойство диэлектрика, влияние окружающей среды, химические процессы или эффекты высыхания нетвердых материалов.

Старение

Старение различных керамических конденсаторов 2 по сравнению с керамическим конденсатором NP0-класса 1

В сегнетоэлектрических керамических конденсаторов класса 2 емкость со временем увеличивается. Такое поведение называется «старением». Это старение происходит в сегнетоэлектрических диэлектриках, где поляризации в диэлектрике вносят вклад в общую поляризацию. Деградация поляризованных доменов в диэлектрике снижает диэлектрическую проницаемость и, следовательно, емкость. Старение происходит по логарифмическому закону. Временной процент в период от 1 до 10 часов при 20 ° C, например, в период от 1 до 10 часов при 20 ° C, будет в два раза в диапазоне от 1 до 100. часов и в 3 раза в диапазоне от 1 до 1000 часов и так далее. Старение происходит быстрее всего в начале, а абсолютное значение емкости со временем стабилизируется.

Скорость старения керамических конденсаторов класса 2 в основном зависит от материалов, из которых они изготовлены. Как правило, чем выше температурная зависимость керамики, тем выше процент старения. Типичное старение керамических конденсаторов X7R составляет около 2,5% за десятилетие. Скорость старения керамических конденсаторов Z5U значительно выше и может составлять до 7% за десятилетие.

Процесс старения керамических конденсаторов класса 2 можно обратить вспять, нагревая компонент выше точки Кюри.

керамические конденсаторы класса 1 и пленочные конденсаторы не имеют старения, связанного с сегнетоэлектриком. Влияние среды, такое как более высокая температура, высокая влажность и механическое напряжение, может в течение более длительного периода времени привести к небольшому необратимому изменению значений емкости, которое также иногда называется старением.

Изменение емкости для керамических конденсаторов P 100 и N 470 класса 1 менее 1%, для конденсаторов с керамическими N 750 - N 1500 оно составляет ≤ 2%. Пленочные конденсаторы могут терять емкость из-за процессов самовосстановления или приобретать ее из-за влияния влияние. Типичные изменения в течение 2 лет при 40 ° C составляют, например, ± 3% для пленочных конденсаторов из полиэтилена и ± 1% для пленочных конденсаторов из полипропилена.

Срок службы

Электрические характеристики электролитических конденсаторов с нетвердым электролитом со временем меняются из-за испарения электролита. При достижении указанных пределов параметров конденсаторы будут считаться «отказом от износа».

Электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом стареют по мере испарения электролита. Это испарение зависит от температуры и текущей нагрузки на конденсаторы. Утечка электролита влияет на емкость и СОЭ. Емкость уменьшается, а СОЭ со временем увеличивается. Вещества керамических, пленочных и электролитических конденсаторов с твердыми электролитами, «мокрые» электролитические конденсаторы достигают определенного «конца срока службы», достигая максимального размера емкости или ESR. Конец срока службы, «ресурс нагрузки» или «срок службы» можно оценить по формуле или диаграммам или примерно по так называемому «закону 10 степеней». Типичная спецификация электролитического конденсатора указывает срок службы 2000 часов при 85 ° C, удваиваясь на каждые 10 градусов ниже температуры, достигая срока примерно 15 лет при комнатной температуре.

Суперконденсаторы также испаряются с течением времени. Оценка аналогична мокрым электролитическим конденсаторам. Помимо температуры, на срок службы напряжение и токовая нагрузка. Более низкое напряжение, чем номинальное, и более низкие токовые нагрузки, а также более низкие температуры продлевают срок службы.

Интенсивность отказов

Срок службы (срок службы нагрузки) конденсаторов соответствует времени интенсивности случайных отказов, показанной постоянной на кривой ванны. Для электролитических конденсаторов с нетвердым электролитом и суперконденсаторов это время начала интенсивного отказов из-за испарения электролита

Конденсаторы являются надежными компонентами с низкой отказов, что позволяет достичь продолжительности жизни за десятилетий в нормальных условиях. Большинство проходит испытание в конце производства, подобное «сгоранию в », так что ранние отказы возникают во время производства, что снижает количество отказов после отгрузки.

Надежность конденсаторов обычно определяется количеством Сбои во времени (FIT) в течение периода постоянных случайных отказов. FIT - это количество отказов, которое можно ожидать за один миллиард (10) компонентных часов работы при фиксированных условиях (например, 1000 устройств на 1 миллион часов или 1 миллион устройств на 1000 часов, при 40 ° C и 0,5 U). R). Для других условий приложенного напряжения, токовой нагрузки, температуры, механических воздействий и влажности FIT можно пересчитать с использованием терминов, стандартизированных для промышленного или военного контекста.

Пайка

Электрические параметры конденсаторов могут изменяться из-за воздействий окружающей среды, таких как пайка, факторы механического напряжения (вибрация, удары) и влажность. Самый большой стресс-фактор - это пайка. Тепло ванны припоя, особенно для конденсаторов SMD, может вызвать изменение сопротивления контакта между клеммами и электродами керамических конденсаторов; в пленочных конденсаторах пленка может давать усадку, а в конденсаторах с мокрым электролитом электролит может кипеть. Период восстановления позволяет стабилизировать характеристики после пайки; для некоторых типов может потребоваться до 24 часов. Некоторые свойства могут необратимо измениться на несколько процентов в результате пайки.

Электролитическое поведение при хранении или неиспользовании

Электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом «стареют» во время производства за счет приложения номинального напряжения при высокой температуре в течение достаточного времени для устранения всех трещин и слабых мест, которые могут произошли во время производства. Некоторые электролиты с высоким содержанием воды довольно агрессивно или даже бурно реагируют с незащищенным алюминием. Это приводит к проблеме «хранения» или «неиспользования» электролитических конденсаторов, изготовленных до 1980-х годов. Химические процессы ослабляют оксидный слой, когда эти конденсаторы не используются слишком долго. Для решения этой проблемы в 1980-х годах были разработаны новые электролиты с «ингибиторами» или «пассиваторами». С 2012 года для электролитических конденсаторов с нетвердыми электролитами будет установлен стандартный срок хранения электронных компонентов в течение двух лет при комнатной температуре, обусловленный (в корпусе) окислением клемм. Специальная серия для 125 ° C с органическими растворителями, такими как GBL, рассчитана на срок хранения до 10 лет, что гарантирует без предварительных условий правильное электрическое поведение конденсаторов.

Для старинного радиооборудования, " может быть рекомендовано предварительное кондиционирование старых электролитических конденсаторов. Это включает в себя подачу рабочего напряжения в течение примерно 10 минут через резистор, ограничивающий ток, на выводы конденсатора. Подача напряжения через защитный резистор восстанавливает оксидные слои.

Стандарты IEC / EN

Испытания и требования, которым должны соответствовать конденсаторы для использования в электронном оборудовании для утверждения в качестве стандартизованных типов, изложены в общей спецификации IEC /EN 60384 -1 в следующих разделах.

Общая спецификация

• IEC / EN 60384-1 - Конденсаторы постоянной емкости для использования в электронном оборудовании

Керамические конденсаторы

• IEC / EN 60384-8 - Конденсаторы постоянной емкости из керамического диэлектрика, Класс 1
• IEC / EN 60384-9 - конденсаторы постоянной емкости из керамического диэлектрика, класс 2
• IEC / EN 60384-21 - фиксированные многослойные конденсаторы поверхностного монтажа из керамического диэлектрика, класс 1
• IEC / EN 60384-22 - Фиксированные многослойные конденсаторы из керамического диэлектрика для поверхностного монтажа, Класс 2

Пленочные конденсаторы

• IEC / EN 60384-2 - Фиксированный диэлектрик из металлизированной полиэтилен-терефталатной пленки постоянного тока конденсаторы
• IEC / EN 60384-11 - Металлическая диэлектрическая фольга постоянного тока с фиксированной полиэтилен-терефталатной пленкой. конденсаторы
• IEC / EN 60384-13 - Фиксированная полипропиленовая пленка, диэлектрическая металлическая фольга постоянного тока. конденсаторы
• IEC / EN 60384-16 - Фиксированный диэлектрик постоянного тока из металлизированной полипропиленовой пленки. конденсаторы
• IEC / EN 60384-17 - Фиксированный диэлектрик переменного тока из металлизированной полипропиленовой пленки. и импульсный
• IEC / EN 60384-19 - Фиксированный диэлектрический поверхностный монтаж постоянного тока из металлизированной полиэтилентерефталатной пленки. конденсаторы
• IEC / EN 60384-20 - Фиксированный диэлектрический пленочный металлизированный полифениленсульфид для поверхностного монтажа постоянного тока. конденсаторы
• IEC / EN 60384-23 - Фиксированный диэлектрический чип постоянного тока с металлизированной полиэтиленнафталатной пленкой. конденсаторы

Электролитические конденсаторы

• IEC / EN 60384-3 - Танталовые электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа с твердым электролитом из диоксида марганца
• IEC / EN 60384-4 - Алюминиевые электролитические конденсаторы с твердым (MnO2) и не -твердый электролит
• IEC / EN 60384-15 - фиксированные танталовые конденсаторы с нетвердым и твердым электролитом
• IEC / EN 60384-18 - фиксированные алюминиевые электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа с твердым (MnO 2) и нетвердым электролитом
• IEC / EN 60384-24 - фиксированные танталовые электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа с твердым проводящим полимером электролит
• IEC / EN 60384-25 - Фиксированные алюминиевые электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа с проводящим полимерным твердым электролитом
• IEC / EN 60384-26-Фиксированные алюминиевые электролитические конденсаторы с проводящим полимерным твердым электролитом

Суперконденсаторы

• IEC / EN 62391-1 - Фи ксированные двухслойные электрические конденсаторы для использования в электрическом и электронном оборудовании - Часть 1: Общая спецификация
• IEC / EN 62391-2 - Фиксированные двухслойные электрические конденсаторы для использования в электронном оборудовании - Часть 2: Спецификация в разрезе - Электрические двухслойные конденсаторы для силовых приложений

Символы конденсаторов

Конденсатор	Поляризованный. конденсатор. Электролитический. конденсатор	Биполярный. электролитический. конденсатор	Пропустите. через. конденсатор	Подстроечный резистор. конденсатор	Переменный. конденсатор

Символы конденсатора

Маркировка

Отпечатанный

Конденсаторы, как и другие другие электронные компоненты, и если имеется достаточно места, нанесена маркировка с указанием производителя, типа, электрических и тепловых характеристик и даты изготовления. Если они достаточно большие, на конденсаторе указывается:

• название или товарный знак производителя;
• обозначение типа производителя;
• полярность выводов (для поляризованных конденсаторов)
• номинальная емкость;
• допуск на номинальную емкость
• номинальное напряжение и характер питания (переменный или постоянный ток)
• климатическая категория или номинальная температура;
• год и месяц (или неделя) изготовления;
• сертификационные знаки стандартов безопасности (для предохранительных конденсаторов EMI / RFI)

Поляризованные конденсаторы имеют маркировку полярности, обычно знак «-» (минус) на стороне отрицательный электрод для электролитических конденсаторов или полоса или знак «+» ( плюс), см. # Маркировка полярности. Кроме того, отрицательный провод у свинцовых «мокрых» электронных крышек обычно короче.

Конденсаторы меньшего размера используют сокращенное обозначение. Наиболее часто используется: XYZ J / K / M VOLTS V, где XYZ представляет собой емкость (рассчитанную как XY × 10 пФ), буквы J, K или M допуск (± 5%, ± 10% и ± 20% соответственно), а VOLTS V представляет рабочее напряжение.

Примеры:

• 105K 330V подразумевает емкость 10 × 10 пФ = 1 мкФ (K = ± 10%) с рабочим напряжением 330 В.
• 473M 100V подразумевает емкость 47 × 10 пФ = 47 нФ (M = ± 20%) при рабочем напряжении 100 В.

Емкость, допуск и дата изготовления могут быть указаны с помощью короткого кода, в IEC / EN 60062. Примеры коротких -маркировка номинальной емкости (микрофарады): µ47 = 0,47 мкФ, 4µ7 = 4,7 мкФ, 47µ = 47 мкФ

Дата изготовления часто печатается в соответствии с стандартами.

• Версия 1: кодирование числовым кодом года / недели, «1208» равно «2012, номер недели 8».
• Версия 2: кодирование кодом года / месяца. Коды года: «R» = 2003, «S» = 2004, «T» = 2005, «U» = 2006, «V» = 2007, «W» = 2008, «X» = 2009, «A». = 2010, «B» = 2011, «C» = 2012, «D» = 2013 и т. Д. Коды месяцев: от «1» до «9» = с января по сентябрь, «O» = октябрь, «N». = Ноябрь, "D" = декабрь. «X5» означает «май 2009»

Для очень маленьких конденсаторов, таких как микросхемы MLCC, маркировка невозможна. Здесь только отслеживание производителей может идентификацию типа.

Цветовая кодировка

С 2013 года конденсаторы не используют цветовую кодировку.

Маркировкаполярности

• Маркировка полярности
• 
• 

Алюминиевые электронные колпачки с нетвердым электролитом имеют маркировку полярности на катодной (минусовой) стороне. Электронные крышки из алюминия, тантала и ниобия с твердым электролитом имеют маркировку полярности на анодной (плюсовой) стороне. Суперконденсаторы отмечены со стороны минуса.

Детали маркировки полярности

• 

  Прямоугольные полимерные конденсаторы, танталовые, а также алюминиевые, имеют маркировку полярности на анодной (плюсовой) стороне

• 

  Цилиндрические полимерные конденсаторы имеют маркировку полярности на катоде (минус) сторона

• 

  Суперконденсаторы имеют маркировку на катодной (минусовой) стороне

Сегодня дискретные конденсаторы - это промышленные продукты, производимые в очень больших количествах для использования в электронном и электрическом оборудовании. Мировой рынок конденсаторов фиксированной емкости в 2008 г. оценивался примерно в 18 миллиардов долларов США за 1 400 миллиардов (1,4 × 10) штук. На этом рынке преобладают керамические конденсаторы с оценкой один триллион (1 × 10) штук в год.

Подробные оценочные значения стоимости для основных семейств конденсаторов:

• Керамические конденсаторы —США 8,3 млрд долларов (46%);
• алюминиевые электролитические конденсаторы - 3,9 млрд долларов США (22%);
• пленочные конденсаторы и бумажные конденсаторы - 2,6 млрд долларов США (15%);
• тантал электролитические конденсаторы - 2,2 млрд долларов США (12%);
• Суперконденсаторы (Двухслойные конденсаторы ) - 0,3 млрд долларов США (2%); и
• прочие, такие как серебряные слюдяные и вакуумные конденсаторы - 0,7 миллиарда долларов США (3%).

Все другие конденсаторы пренебрежимо малы с точки зрения стоимости и количества. по сравнению с вышеуказанными типами.

• Портал электроники

• Схема схем
• Разделительный конденсатор

В Wikibook Электроника есть страница по теме: Конденсаторы

• Музей искры (von Kleist and Musschenbroek)
• Моделирование диэлектрической абсорбции в конденсаторах
• Другой взгляд на все эти конденсаторы
• Изображения различных типов конденсаторов
• Обзор различных типов конденсаторов
• Capsite 2015 Введение в конденсаторы