Как подобрать конденсатор электролитический: нужна ли большая емкость конденсаторов

Как выбрать конденсатор?

Во время работы над разделом о конденсаторах я подумал, что было бы полезно объяснить, почему один тип конденсаторов может быть заменен другим. Это важный вопрос, так как существует множество факторов (температурные характеристики, тип корпуса и так далее), которые делают тот или иной тип конденсаторов (электролитический, керамический и пр.) наиболее предпочтительным для вашего проекта.

В статье будут рассмотрены популярные типы конденсаторов, их достоинства и особенности, а также области применения. В каждом разделе помещены ссылки на результаты поисковых запросов для некоторых серий наиболее популярных конденсаторов из каталога компании Терраэлектроника.

Например, результат поиска для DIP конденсаторов  c рабочим напряжением 450 В серии HP3 производства компании Hitachi с емкостью 56…680 мкФ приведен на Рис.1.

Рис. 1. Результат поискового запроса для  имеющихся на складе конденсаторов серии HP3 с рабочим напряжением 450 В от Hitachi  с емкостью в диапазоне  56…560 мкФ

Конденсаторы (Рис. 2) представляют собой двухвыводные компоненты, используемые для фильтрации, хранения энергии, подавления импульсов напряжения и других задач. В самом простом случае они состоят из двух параллельных пластин, разделенных изоляционным материалом, называемым диэлектриком.

Рис. 2. Конденсаторы различных типов

Конденсаторы хранят электрический заряд. Единицей емкости является Фарад (Ф). Это название было дано в честь Майкла Фарадея, который в свое время стал пионером в области практического использования конденсаторов.

Конденсаторы могут быть полярными и неполярными. К полярным относятся почти все электролитические и танталовые конденсаторы. Они должны подключаться с учетом полярности напряжения. Если перепутать выводы «-» и «+», то это приведет к короткому замыканию. К неполярным относятся керамические, слюдяные и пленочные конденсаторы. Они могут работать при любой полярности приложенного напряжения, что делает их подходящими для применения в цепях переменного тока.

Несмотря на широкое распространение конденсаторов, выбор конкретной модели бывает достаточно сложным. Вы можете знать емкость и рабочее напряжение, которые требуются в вашем проекте, но у конденсаторов есть и множество других характеристик, таких как полярность, температурный коэффициент, стабильность, последовательное эквивалентное сопротивление (ESR) и так далее. Это делает каждый конкретный тип конденсаторов пригодным для конкретного приложения. Ниже перечислены наиболее популярные типы конденсаторов с кратким описанием их достоинств и особенностей.

Типы конденсаторов

Существует несколько типов конденсаторов, которые отличаются электрическими характеристиками и стоимостью. Ниже приведено описание наиболее популярных типов конденсаторов: алюминиевых электролитических, керамических, танталовых, пленочных, слюдяных и полимерных (твердотельных). Кроме того, для каждого типа представлены наиболее подходящие приложения, а также информация о корпусных исполнениях и примеры конкретных серий.

Рис. 3. Алюминиевый электролитический конденсатор

Описание: алюминиевые электролитические конденсаторы (Рис. 3) являются полярными, поэтому их нельзя использовать в цепях переменного напряжения. Они могут иметь высокую номинальную емкость, но отклонение от номинала обычно составляет до 20%.

Приложения: алюминиевые электролитические конденсаторы оптимальны для приложений, которые не требуют высокой точности и работы с переменными напряжениями. Чаще всего они применяются в качестве развязывающих конденсаторов в источниках питания, то есть для уменьшения пульсаций напряжения. Они также широко используются в импульсных DC/DC-преобразователях напряжения.

Корпусное исполнение: как для монтажа в отверстия, так и для поверхностного монтажа.

Примеры:

Для монтажа в отверстия:

• 25 В серия TKR производства Jamicon с диапазоном доступных емкостей 10…5000 мкФ.
• 50 В серия ECA-1HM  от Panasonic с диапазоном доступных емкостей 4.7…3300 мкФ.
• 450 В серия HP32 от Hitachi AIC с диапазоном доступных емкостей 56…1000 мкФ.

Для поверхностного монтажа:

• 16 В серия EEE-FK от Panasonic с диапазоном доступных емкостей 10…4700 мкФ.
• 50 В серия CA050 от Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,22…220 мкФ.

Рис.4. Керамические конденсаторы

Описание: существует два основных типа керамических конденсаторов (Рис. 4): многослойные чип-конденсаторы (MLCC) и керамические дисковые. MLCC пользуются большой популярностью и широко применяются в электронных устройствах, поскольку обладают высокой стабильностью и малым уровнем потерь. Они отличаются низким последовательным сопротивлением (ESR) и минимальной погрешностью номинала по сравнению с электролитическими или танталовыми конденсаторами. Вместе с тем их максимальная емкость невелика и достигает всего нескольких десятков мкФ. Из-за высокой удельной емкости MLCC имеют очень малые габариты и отлично подходят для размещения на печатных платах.

Приложения: поскольку керамические конденсаторы являются неполярными, то их можно применять в цепях переменного тока. Они широко используются в качестве «универсальных» конденсаторов, например, для высокочастотной развязки, фильтрации, подстройки резонаторов и подавления электромагнитных помех. Как MLCC, так и керамические дисковые конденсаторы подразделяются на два класса:

Керамические конденсаторы I класса – точные (+/- 5%) и стабильные конденсаторы с минимальной зависимостью емкости от температуры. Конденсаторы NP0/C0G отличаются минимальным температурным коэффициентом 30 ppm/K. К сожалению, их максимальная емкость ограничена несколькими нанофарадами (нФ). Поскольку они очень стабильны и точны, то их чаще всего используют в системах с частотным регулированием, например, в резонансных схемах для радиочастотных приложений.

Керамические конденсаторы II класса менее точны, но обеспечивают более высокую удельную емкость (номинальные значения — до десятков мкФ) и, следовательно, подходят для фильтрации и развязки. Среди их недостатков можно отметить большой коэффициент напряжения. Например, даже при приложении напряжения, равного половине рабочего, обычно наблюдается снижение емкости на 50%.

• X5R может работать в диапазоне — 55…85°C с изменением емкости +/- 15%;
• X7R может работать в диапазоне — 55…125°C с изменением емкости +/- 15%;
• Y5V — в диапазоне от — 30…+ 85°C с изменением емкости -20/ +80%.

Корпусные исполнения: наиболее распространены корпуса для поверхностного монтажа 0201, 0402, 0603, 0805, 1206 и 1812. Цифры обозначают габаритные размеры в дюймовой системе. Например, 0402 составляет 0,04х0,02″, 0603 — 0,06х0,03″ и так далее.

Примеры:

Тип NP0/C0G:

• 0402 — серия CC0402JRNPO9 производства компании Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,01…1 нФ;
• 0603 — серия CC0603JRNPO9 от Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,008…2,7 нФ.

Тип X7R:

• 0402 — серия CC0402KRX7R9BB от Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,1…10 нФ;
• 0603 — серия CC0603KRX7R7BB от Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,1…1 мкФ;
• 1206 — серия GRM31 от Murata с диапазоном доступных емкостей 470 пф…22 мкФ;
• 0805 — серия CL21 от Samsung с диапазоном доступных емкостей 150 пф…10 мкФ.

Для монтажа в отверстия:

Рис. 5. Танталовые конденсаторы

Описание: танталовые конденсаторы (Рис. 5) – это подтип электролитических конденсаторов с высоким уровнем поляризации. При их использовании необходимо проявлять осторожность, поскольку они имеют склонность к катастрофическим отказам даже при воздействии импульсов напряжения с амплитудой, лишь немного превышающей номинальное рабочее напряжение. Танталовые конденсаторы могут иметь высокую номинальную емкость и отличаются высокой временной стабильностью. Они меньше по размеру, чем алюминиевые электролитические конденсаторы той же емкости. Но алюминиевые электролиты могут выдерживать более высокие максимальные напряжения.

Приложения: из-за малого тока утечки, стабильности и высокой емкости танталовые конденсаторы часто используются в схемах выборки-хранения, в которых требуется обеспечивать минимальный ток утечки для продолжительного хранения заряда. Также, благодаря малым размерам и долговременной стабильности, они применяются для фильтрации по цепям питания.

Корпусные исполнения: танталовые конденсаторы выпускаются как для монтажа в отверстия, так и для поверхностного монтажа (SMD). Тем не менее, чаще всего используются именно SMD-компоненты. В дюймовой системе типоразмер А соответствует размеру 1206 (0,12х0,06″), типоразмер В соответствует размеру 1210, типоразмер C соответствует размеру 2312, типоразмер D — размеру 2917.

Примеры:

• Типоразмер A: серия TAJA от AVX с диапазоном доступных емкостей 1…10 мкФ;
• Типоразмер B: серия TAJB от AVX с диапазоном доступных емкостей 10…47 мкФ;
• Типоразмер C: серия TAJC от AVX с диапазоном доступных емкостей 47…220 мкФ;
• Типоразмер D: серия TAJD от AVX с диапазоном доступных емкостей 220…680 мкФ;
• Типоразмер A-E: серия 293D компании Vishay с диапазоном доступных емкостей 0,1…1000 мкФ;
• Типоразмер A-X: серии T491 компании Vishay с диапазоном доступных емкостей 0,1…1000 мкФ.

Рис. 6. Пленочные конденсаторы

Описание: пленочные конденсаторы (Рис. 6) являются неполярными, что позволяет использовать их в цепях переменного напряжения. Они отличаются малыми значениями эквивалентного сопротивления (ESR) и последовательной индуктивности (ESL).

Приложения: пленочные конденсаторы часто применяются в схемах с аналого-цифровыми преобразователями. Кроме того, они способны работать с высоким пиковым током и, таким образом, могут применяться в снабберных цепочках для фильтрации индуктивных выбросов напряжения в DC/DC-преобразователях.

Примеры:

Рис. 7. Слюдяной конденсатор

Описание: слюдяные конденсаторы (Рис. 7) являются неполярными, отличаются малой величиной потерь, высокой стабильностью и обладают отличными характеристиками на высоких частотах.

Приложения: эффективны при работе в составе радиочастотных схем. Они могут стоить несколько долларов за штуку, поэтому в маломощных приложениях чаще используют керамические конденсаторы. Однако слюдяные конденсаторы благодаря высокому напряжению пробоя остаются практически незаменимыми для таких приложений, как  радиопередатчики высокой мощности.

Примеры:

• серия CD производства CDE с диапазоном доступных емкостей 0,001…47 нФ (монтаж в отверстия) рабочим напряжением до 500 В .

Рис. 8. Полимерные (твердотельные) конденсаторы

Описание: твердотельные конденсаторы являются полярными, так же как и другие электролитические конденсаторы, но имеют ряд преимуществ, например, меньшие потери благодаря низкому последовательному сопротивлению ESR и длительный срок службы. Для обычных алюминиевых электролитов существует риск высыхания электролита при низких температурах, но твердотельные конденсаторы благодаря применению твердого полимерного диэлектрика обладают высокой надежностью даже при очень низких температурах.

Приложения: используются вместо электролитов в высококачественных материнских платах и DC/DC-преобразователях.

Примеры:

Описание: конденсаторная сборка (capacitor array)  — это группа конденсаторов, конструктивно объединенных в одном корпусе, причем любой из конденсаторов может быть отдельно от остальных подключен к внешней цепи. Существует много различных типов сборок, которые отличаются количеством конденсаторов, типом диэлектрика, величиной отклонения емкости конденсатора от номинального значения, максимальным рабочим напряжением, типом корпуса и др.

Приложения: конденсаторные сборки широко применяются в мобильной и носимой аппаратуре, в материнских платах компьютеров и цифровых приставках, в радиочастотных модемах и усилителях, в автомобильных и медицинских приложениях и т.д.

Корпусные исполнения: конденсаторные сборки выпускаются как в DIP корпусах, так и в SMD исполнении. Наиболее популярные типоразмеры сборок для поверхностного монтажа 0508, 0612, 0805 представлены в нашем каталоге.

Примеры:

Подобрать необходимый конденсатор в каталоге Терраэлектроники можно двумя способами:

1. использовать параметрический поиск в соответствующем разделе каталога, для чего необходимо зайти в раздел конденсаторов, выбрать соответствующий задаче тип конденсатора, а далее заполнить ряд фильтров с параметрами. Фрагмент скриншота поиска MLCC конденсатора с параметрами: номиналом 1 нФ, точностью 10 %, диэлектриком X7R, напряжением  250 В и корпусом 0805 представлен на Рис. 9.
2. воспользоваться интеллектуальным поиском конденсатора по параметрам. Для этого достаточно скопировать строку из спецификации “Конденсатор 1 нФ, X7R, 10%, 250 В, 0805″ или ввести «1n X7R 10% 250V 0805» в строку поиска и получить тот же самый  список подходящих по указанным параметрам компонентов.

Рис. 9. Фрагмент скриншота сервиса поиска конденсатора

Заключение

В данном руководстве были рассмотрены некоторые наиболее популярные типы конденсаторов. Кроме них существуют суперконденсаторы, кремниевые конденсаторы, оксид-ниобиевые и подстрочные конденсаторы, которые обладают уникальными преимуществами по величине емкости, уровню надежности или возможности подстройки. Однако в большинстве электронных схем вы чаще всего увидите один из шести рассмотренных выше типов конденсаторов.

Журнал: https://blog.octopart.com/archives/2016/03/how-to-select-a-capacitor

Зачем нужны электролитические конденсаторы и как их менять

Рубрика: Статьи обо всем, Статьи про радиодетали Опубликовано 13.04.2020   ·   Комментарии: 0   ·   На чтение: 5 мин   ·   Просмотры:

Post Views: 666

Электролитические конденсаторы обладают большой емкостью. Они используются в основном в цепях питания, где требуется фильтрация напряжения от помех.

Их чего состоят

Больших емкостей можно добиться только с помощью химических источников.

Электролитические конденсаторы являются химическими источниками тока. У них, как и у аккумуляторов, есть катод, анод и электролит. А также те же самые недостатки, что и у аккумуляторов.

Поэтому, такие конденсаторы и называются электролитическими. Среди радиолюбителей и электронщиков они сокращенно называются электролитами.

По составу электролита они бывают: жидкого и сухого типа. Еще есть оксидно-полупроводниковые, а также оксидно-металлические.

Обозначаются на принципиальных схемах также, как и обычный, но только с указанием полярности в виде знака +.

Характеристики электролитического конденсатора

К характеристикам можно отнести емкость и рабочее напряжение. Они указаны на корпусе.

Маркировки у электролитов по сути нет, основана информация указывается на корпусе. Микрофарады обозначаются µF, а рабочее напряжение в V.

А вообще, есть еще понятие ESR.

Рабочее напряжение ни в коем случае нельзя превышать.

Преимущества и недостатки

Преимущества электролитических конденсаторов:

• Большая емкость;
• Компактность.

Недостатки:

• Со временем электролит высыхает, теряется емкость;
• Работает только на низких частотах;
• Ограничения по эксплуатационным условиям и риск вздутия/взрыва.

Разберём подробнее преимущества и недостатки электролитов.

Большая емкость

Электролитические конденсаторы обладают большой емкостью, и это их отличительная и самая главная особенность среди остальных конденсаторов.

Емкость обозначается в микрофарадах (мкФ), поскольку электролиты с меньшими значениями не выпускают.

Они обычно выпускаются от нескольких мкФ, до нескольких Ф (1 000 000 мкФ).

Компактность

Благодаря химическим источникам, конденсаторы большой емкости намного компактнее, чем если бы их делали керамическими или пленочными.

Емкость конденсатора можно увеличить только за счет его обкладок, диэлектрика и геометрии. Поэтому электролиты лидируют по соотношению емкость/габариты.

Ионисторы

Разновидность электролитических конденсаторов — это ионисторы. Они обладают большей емкостью (например, 3000 Ф), и работают в основном как резервный или автономный низковольтный источник питания схемы. А также поддерживает схему в спящем режиме без другого источника.

Высыхание электролита

Основная проблема таких конденсаторов – это высыхание электролита. Обычно такая проблема проявляется из-за того, что техникой долго не пользуются или нарушаются условия эксплуатации (перегрев корпуса). Из-за этого электролит начинает высыхать, поэтому происходит потеря емкости.

Можно восстановить емкость конденсатора путем разбавления засохшего электролита дистиллированной водой (как аккумулятор), но это не выгодно. Лучше и надежнее всего заменить старый на новый, аналогичный по параметрам.

Работа на низких частотах

Это скорее особенность, чем недостаток. Большие емкости — это высокое реактивное сопротивление для высоких частот.

Поэтому, такие конденсаторы используются в низкочастотных цепях. Например, в блоках питания в качестве фильтров и сглаживания пульсаций.

Когда конденсатор вздувается и взрывается

Так как конденсаторы такого типа являются химическими источниками, то необходимо соблюдать полярность подключения.

Конденсаторы как и аккумуляторы могут вздуваться и взрываться. Иногда это происходит из-за неправильного включения или перегрева.

Если вы подключите минус источника к плюсу конденсатора и плюс источника к минусу конденсатора, то сразу же начнется вскипание электролита. Такой эффект возникает из-за обратной химической реакции. Конденсатор может взорваться.

В старых конденсаторах типа К-50 корпус монолитный, и он взрывался громко и достаточно разрушительно.

В современных электролитах на корпусе есть небольшой надрез, который в случае вскипания электролита позволяет горячему пару выйти наружу.

Иногда они просто вдуваются без нарушения герметизации, а бывают и такие случаи, когда конденсатор полностью теряет герметичность.

Тем не менее, надрез на корпусе значительно уменьшил взрывы, поэтому конденсаторы теперь чаще вздуваются, а не взрываются.

На корпусах современных конденсаторов вертикальной чертой указывается минусовой контакт.

Внимательно устанавливайте и записывайте прежнее положение, ибо многие производители ставят свои обозначения.

Например, среди радиолюбителей обычно минусовые контакты рисуют в виде квадрата.

А производители печатных плат наоборот, рисуют квадратные контактные площадки под плюс конденсатора. И то, так делают не все.

Так как есть такая путаница среди и радиолюбителей и производителей, всегда обращайте на то. где указан плюсовой контакт. И записывайте прежнее положение детали, иначе это чревато взрывом.

Характерные признаки неисправности электролитов

К таким признакам можно отнести:

• Устройство не включается. Блок питания уходит в защиту или не запускается;
• Устройство включается, но сразу же выключается. Емкость конденсаторов высохла или потеряла свое прежнее значение, поэтому блок питания уходит в защиту;
• Перед неисправностью был писк в блоке питания. Обычно это означает, что конденсатор потерял герметичность и электролит начинает вытекать;
• Нет регулировки яркости в мониторе. Отсутствие нужной емкости приводит к нарушению работы всего устройства. Емкость в данном случае делает функцию настройки;
• Перед неисправностью был взрыв и неприятный запах. Неприятный запах – это электролит;
• Устройство включается через раз. Это значит, что есть большая вероятность протечки фильтра питания.

Внешние признаки неисправности электролитических конденсаторов:

• Вздутие корпуса;
• Повреждение корпуса:
• Наличие электролита под корпусом;
• Вздутие со стороны контактов (внизу корпуса, обычно еле заметно).

Также высокочастотные пульсации вредят электролитам. Поэтому чаще всего они выходят из строя в блоках питания, поскольку именно там много пульсаций.

Правила работы с электролитами

Внимание! Перед тем, как прикоснуться к плате неисправного источника, убедитесь, что емкости разряжены. Даже если неисправен преобразователь, а не электролит, то конденсаторы могут быть заряжены. Им попросту некуда девать свой заряд. Поэтому первым делом аккуратно и не касаясь щупом мультиметра, измерьте емкости с высоким напряжением. Если они заряжены, разрядите их с помощью лампочки.

Как менять старый на новый

Среди электронщиков есть два мнения. Первое это то, что менять нужно неисправный старый конденсатор менять на такой же старый. Это объясняется тем, что вся работы схемы «привыкла» к старому конденсатору.

Но технически правильно и обоснованное мнение – это то, что нужно ставить только новый и только подходящий по параметрам конденсатор. Нет никакого привыкания схемы. Да, многие компоненты устарели и не могут работать как прежде, но у конденсатора по сути нет ничего того, что кардинально влияло бы на ухудшение работоспособности всех схемы. Устройство наоборот, будет работать лучше.

Меняйте старые конденсаторы на новые, максимально близкие по параметрам. Например, емкость можно взять чуть больше, если речь идет о блоке питания. А если это цепь настройки, то увеличив или уменьшив емкость, так можно повлиять на весь режим работы схемы. Нужно действовать по ситуации.

Ставить конденсатор с меньшими рабочим напряжением, чем в схеме, категорически нельзя. Он начнет нагреваться и взорвется. Да, многие разработчики считают с запасом, но лучше не рисковать.

Также не стоит забывать о таком параметре, как ESR (эквивалентное последовательное сопротивление).

Post Views: 666

Конденсаторы для «чайников» / Хабр

Если вы регулярно занимаетесь созданием электрических схем, вы наверняка использовали конденсаторы. Это стандартный компонент схем, такой же, как сопротивление, который вы просто берёте с полки без раздумий. Мы используем конденсаторы для сглаживания пульсаций напряжения/тока, для согласования нагрузок, в качестве источника энергии для маломощных устройств, и других применений.

Но конденсатор – это не просто пузырёк с двумя проводочками и парой параметров – рабочее напряжение и ёмкость. Существует огромный массив технологий и материалов с разными свойствами, применяемых для создания конденсаторов. И хотя в большинстве случаев для любой задачи сгодится практически любой конденсатор подходящей ёмкости, хорошее понимание работы этих устройств может помочь вам выбрать не просто нечто подходящее, а подходящее наилучшим образом. Если у вас когда-нибудь была проблема с температурной стабильностью или задача поиска источника дополнительных шумов – вы оцените информацию из этой статьи.

Начнём с простого

Лучше начать с простого и описать основные принципы работы конденсаторов, прежде чем переходить к настоящим устройствам. Идеальный конденсатор состоит из двух проводящих пластинок, разделённых диэлектриком. Заряд собирается на пластинах, но не может перетекать между ними – диэлектрик обладает изолирующими свойствами. Так конденсатор накапливает заряд.

Ёмкость измеряется в фарадах: конденсатор в один фарад выдаёт напряжение в один вольт, если в нём находится заряд в один кулон. Как и у многих других единиц системы СИ, у неё непрактичный размер, поэтому, если не брать в расчёт суперконденсаторы, о которых мы здесь говорить не будем, вы скорее всего встретитесь с микро-, нано- и пикофарадами. Ёмкость любого конденсатора можно вывести из его размеров и свойств диэлектрика – если интересно, формулу для этого можно посмотреть в Википедии. Запоминать её не нужно, если только вы не готовитесь к экзамену – но в ней содержится один полезный факт. Ёмкость пропорциональна диэлектрической проницаемости ε_r использованного диэлектрика, что в результате привело к появлению в продаже различных конденсаторов, использующих разные диэлектрические материалы для достижения больших ёмкостей или улучшения характеристик напряжения.

Паразитные индуктивность и сопротивление реального конденсатора

С использованием диэлектриков в конденсаторах есть одна проблемка, наряду с тем, что диэлектрик с нужными характеристиками обладает неприятными побочными эффектами. У всех конденсаторов есть небольшие паразитные сопротивление и индуктивность, которые иногда могут влиять на его работу. Электрические постоянные меняются от температуры и напряжения, пьезоэлектричества или шума. Некоторые конденсаторы стоят слишком дорого, у некоторых существуют состояния отказа. И вот мы подошли к основной части статьи, в которой расскажем о разных типах конденсаторов, и об их свойствах, полезных и вредных. Мы не будем освещать все возможные технологии, хотя большинство обычных мы опишем.

Алюминиевые электролитические

Алюминиевые электролитические конденсаторы используют анодно-оксидированный слой на алюминиевом листе в качестве одной пластины-диэлектрика, и электролит из электрохимической ячейки в качестве другой пластины. Наличие электрохимической ячейки делает их полярными, то есть напряжение постоянного тока должно прикладываться в одном направлении, и анодированная пластина должна быть анодом, или плюсом.

На практике их пластины выполнены в виде сэндвича из алюминиевой фольги, завёрнутой в цилиндр и расположенной в алюминиевой банке. Рабочее напряжение зависит от глубины анодированного слоя.

У электролитических конденсаторов наибольшая среди распространённых ёмкость, от 0,1 до тысяч мкФ. Из-за плотной упаковки электрохимической ячейки у них наблюдается большая эквивалентная последовательная индуктивность (equivalent series inductance, ESI, или эффективная индуктивность), из-за чего их нельзя использовать на высоких частотах. Обычно они используются для сглаживания питания и развязывания, а также связывания на аудиочастотах.

Танталовые электролитические

Танталовый конденсатор поверхностного размещения

Танталовые электролитические конденсаторы изготавливаются в виде спечённого танталового анода с большой площадью поверхности, на которой выращивается толстый слой оксида, а затем в качестве катода размещается электролит из диоксида марганца. Комбинация большой площади поверхности и диэлектрических свойств оксида тантала приводит к высокой ёмкости в пересчёте на объём. В результате такие конденсаторы выходят гораздо меньше алюминиевых конденсаторов сравнимой ёмкости. Как и у последних, у танталовых конденсаторов есть полярность, поэтому постоянный ток должен идти в строго одном направлении.

Их доступная ёмкостью варьируется от 0,1 до нескольких сотен мкФ. У них гораздо меньше сопротивление утечки и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), в связи с чем они используются в тестировании, измерительных приборах и высококачественных аудиоустройствах – там, где эти свойства полезны.

В случае танталовых конденсаторов необходимо особенно следить за тем, чтобы они не вышли из строя — бывает, что в таком случае они загораются. Аморфный оксид тантала – хороший диэлектрик, а в кристаллической форме он становится хорошим проводником. Неправильное использование танталового конденсатора – например, подача слишком большого пускового тока может привести к переходу диэлектрика в другую форму, что увеличит проходящий через него ток. Правда, репутация, связанная с возгораниями, появилась у более ранних поколений танталовых конденсаторов, и улучшенные методы производства привели к созданию более надёжной продукции.

Полимерные плёнки

Целое семейство конденсаторов использует полимерные плёнки в качестве диэлектриков, а плёнка либо находится между витыми или перемежающимися слоями металлической фольги, либо имеет металлизированный слой на поверхности. Их рабочее напряжение может доходить до 1000 В, но высокими ёмкостями они не обладают – это обычно от 100 пФ до единиц мкФ. У каждого вида плёнки есть свои плюсы и минусы, но в целом всё семейство отличается более низкими ёмкостью и индуктивностью, чем у электролитических. Посему они используются в высокочастотных устройствах и для развязывания в электрически шумных системах, а также в системах общего назначения.

Полипропиленовые конденсаторы используются в схемах, требующих хорошей тепловой и частотной стабильности. Также они используются в системах питания, для подавления ЭМП, в системах, использующих переменные токи высокого напряжения.

Полиэстеровые конденсаторы, хотя и не обладают такими температурными и частотными характеристиками, получаются дешёвыми и выдерживают большие температуры при пайке для поверхностного монтажа. В связи с этим они используются в схемах, предназначенных для использования в некритичных приложениях.

Полиэтилен-нафталатовые конденсаторы. Не обладают стабильными температурными и частотными характеристиками, но могут выдерживать гораздо большие температуры и напряжения по сравнению с полиэстеровыми.

Полиэтилен-сульфидовые конденсаторы обладают температурными и частотными характеристиками полипропиленовых, и в дополнение выдерживают высокие температуры.

В старом оборудовании можно наткнуться на поликарбонатные и полистиреновые конденсаторы, но сейчас они уже не используются.

Керамика

История керамических конденсаторов довольно длинная – они использовались с первых десятилетий прошлого века и по сей день. Ранние конденсаторы представляли собою один слой керамики, металлизированной с обеих сторон. Более поздние бывают и многослойными, где пластины с металлизацией и керамика перемежаются. В зависимости от диэлектрика их ёмкости варьируются от 1 пФ до десятков мкФ, а напряжения достигают киловольт. Во всех отраслях электроники, где требуется малая ёмкость, можно встретить как однослойные керамические диски, так и многослойные пакетные конденсаторы поверхностного монтажа.

Проще всего классифицировать керамические конденсаторы по диэлектрикам, поскольку именно они придают конденсатором все свойства. Диэлектрики классифицируют по трёхбуквенным кодам, где зашифрована их рабочая температура и стабильность.

C0G лучшая стабильность в ёмкости по отношению к температуре, частоте и напряжению. Используются в высокочастотных схемах и других контурах высокого быстродействия.

X7R не обладают такими хорошими характеристиками по температуре и напряжению, посему используются в менее критичных случаях. Обычно это развязывание и различные универсальные приложения.

Y5V обладают гораздо большей ёмкостью, но характеристики температуры и напряжения у них ещё ниже. Также используются для развязывания и в различных универсальных приложениях.

Поскольку керамика часто обладает и пьезоэлектрическими свойствами, некоторые керамические конденсаторы демонстрируют и микрофонный эффект. Если вы работали с высокими напряжениями и частотами в аудиодиапазоне, например, в случае ламповых усилителей или электростатики, вы могли услышать, как «поют» конденсаторы. Если вы использовали пьезоэлектрический конденсатор для обеспечения частотной стабилизации, вы могли обнаружить, что его звук модулируется вибрацией его окружения.

Как мы уже упоминали, статья не ставит целью охватить все технологии конденсаторов. Взглянув в каталог электроники вы обнаружите, что некоторые технологии, имеющиеся в наличии, здесь не освещены. Некоторые предложения из каталогов уже устарели, или же имеют такую узкую нишу, что с ними чаще всего и не встретишься. Мы надеялись лишь развеять некоторые тайны по поводу популярных моделей конденсаторов, и помочь вам в выборе подходящих компонентов при разработке собственных устройств. Если мы разогрели ваш аппетит, вы можете изучить нашу статью по катушкам индуктивности.

Об обнаруженных вами неточностях и ошибках прошу писать через личные сообщения сайта. Спасибо.

Виды и аналоги конденсаторов – как определить тип конденсатора и подобрать аналог

Конденсаторы – электронные компоненты, состоящие из двух проводников-обкладок и находящимся между ними диэлектриком. Существует множество видов конденсаторов, имеющих сходную конструкцию, но различных по материалам, из которых изготавливаются обкладки и диэлектрический слой, и функциям в электронных схемах. Тип изделия определяется по форме, цвету, маркировке на корпусе. В высоковольтных устройствах (умножителях напряжения, генераторах Маркса, катушках Тесла, мощных лазерах и т.п.) применяют высоковольтные конденсаторы, отличающиеся по конструкции от низковольтных. Они используются в схемах с напряжением более 1600 В. Некоторые разновидности высоковольтных электронных устройств: К75-25 – импульсные модели, используемые в схемах с напряжением до 50 кВ. Их емкость – 2-25 нФ. Благодаря возможности работать с токами частотой 500 Гц, эффективны в искровых катушках Тесла. К15-4. Этот тип конденсатора можно определить по корпусу цилиндрической формы зеленого цвета. Имеют небольшую емкость и используются в генераторах Маркса, старых телевизорах, умножителях напряжения и других высоковольтных низкочастотных схемах. К15-5. Керамические детали кирпичного цвета, компактных габаритов, дисковой формы. Максимальное напряжение – 6,3 кВ, используются в высокочастотных фильтрах. Керамические и стеклокерамические конденсаторы с твердым неорганическим диэлектрическим слоем выпускаются в высоковольтном и низковольтном исполнении. Отличаются компактными размерами и надежностью. Широко востребованы в вычислительной, бытовой, медицинской, военной техники, транспорте. По номинальному напряжению их разделяют на высоко- и низковольтные. По типу конструкции выпускают следующие керамические конденсаторы: КТК – трубчатые; КДК – дисковые; SMD – поверхностные и другие. Для изготовления керамических конденсаторов используют не обожженную глину, а материалы, сходные с ней по структуре, – ультрафарфор, тиконд, ультрастеатит. Обкладка – серебряный слой. Керамические и стеклокерамические устройства используются в схемах, в которых важных частотные характеристики, невысокие потери при утечке, компактные габариты, невысокая стоимость. В бумажных конденсаторах фольгированные обкладки разделяет диэлектрик из конденсаторной бумаги. Эти детали используются как в высокочастотных, так и низкочастотных цепях. Они не пользуются популярностью из-за низкой механической прочности. Более прочным вариантом является металлобумажная деталь, в которой на бумагу напыляется металлический слой. Бумажные и металлобумажные конденсаторы выпускаются в широком интервале емкостей и номинальных напряжений. Металлобумажные варианты выигрывают в плане компактности конструкции и проигрывают по стабильности сопротивления изоляции. Дополнительный плюс металлобумажных изделий – способность к самовосстановлению электрической прочности при единичных случаях пробоев бумаги. Электролитические конденсаторы отличаются повышенной энергоемкостью и используются в цепях переменного и постоянного тока. В них диэлектриком является металлооксидный слой, созданный электрохимическим способом. Он располагается на плюсовой обложке из того же металла. Другая обложка – жидкий или сухой электролит. Металл – алюминий, ниобий или тантал. Конденсаторы постоянной емкости относятся к устаревшим. Им на смену пришли детали переменной электроемкости. Наиболее распространены электролитические конденсаторы подстроечного типа. Их емкость меняется при регулировке, но при работе схемы остается постоянной. Благодаря герметичности корпуса и твердого полупроводника, изделия стабильны при хранении и могут использоваться при низких температурах (до -80°C) и высоких частотах. Пленочные полистирольные изделия востребованы в схемах импульсного характера, с постоянным или высокочастотным переменным током. Такая продукция выпускается с обкладками из фольги или с пленочным диэлектриком, на который наносится тонкий металлизированный слой. Для изготовления пленочного диэлектрика используются поликарбонат, тефлон, полипропилен, металлизированная бумага. Диапазон емкостей – 5 пкФ-100 мкФ. Очень популярны высоковольтные исполнения пленочных конденсаторов – до 2000 В. Выпускаются различные типы пленочных конденсаторов, которые различаются по: размещению слоев диэлектрика и обкладок – аксиальные и радиальные; материалу изготовления корпуса – полимерные и пластмассовые, выпускают модели без корпуса с эпоксидным покрытием; форма – цилиндрическая и прямоугольная. Основное преимущество такой продукции – способность к самовосстановлению, защищающая ее от вероятности преждевременного отказа. Другие плюсы – хорошие электрохимические характеристики, тепловая стабильность, способность к высоким нагрузкам при переменном токе. Благодаря выше перечисленным свойствам, пленочные и металлопленочные изделия применяются в измерительной технике, радиоэлектронике, вычислительной технике. Также называются SMD конденсаторы. Эти радиокомпоненты предназначены для поверхностного монтажа. Типы безвыводных конденсаторов: керамические; пленочные; танталовые. Чип-конденсаторы имеют компактные габариты, стандартизированную форму корпуса, характеристики, во многом совпадающие с многослойными конденсаторами. Используются в печатных платах как по отдельности, так и наборами. Таблица аналогов конденсаторов Напишите в комментариях какие аналоги зарубежных или отечественных конденсаторов вы знаете и мы добавим их в таблицу. Отечественный конденсатор Зарубежный аналог К10 – керамический, низковольтный MLCC К15 – керамический, высоковольтный Elzet К53-16 Тип TIM, Mallory; тип B45181, Siemens К53-16-1 Тип EF, Panasonic К53-18 Тип TAC, Mallory К53-20 Тип TAC, Mallory К53-22 Тип B45196, Siemen; тип T421, Union Carbide К53-25 Тип 935D, Sprague К53-34 Тип EF, Panasonic; тип TDC, Mallory К32 – слюдяной малой мощности Mica К42 – бумажный, с металлизированными обкладками MP К50 – электролитический, алюминиевый, фольговый Jamikon, Elzet, Capxon, Samhwa К50-16 50В 500 мкФ Capxon KF К50-24 25В 2200 мкФ Frolyt TGL 7198 К50-29 Vishay 601D К50-29В 63В 220 мкФ Supertech К71 – пленочный полистирольный KS или FKS К76 – лакопленочный MKL K77 – пленочный, поликарбонатный KC, MKC, FKC К78 – пленочный, полипропиленовый KP, MKP, FKP Была ли статья полезна? Да Нет Оцените статью Что вам не понравилось? Другие материалы по теме Анатолий Мельник Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

Замена электролитического конденсатора ⋆ diodov.net

При выполнении ремонта или модернизации электронного устройства часто требуется замена электролитического конденсатора вышедшего из строя. Однако аналога со стопроцентным совпадением может не оказаться в наличие, но имеются другие накопители, имеющие некоторые отличия от оригинала. В этой статье мы рассмотрим, на какие параметры следует ориентироваться, чтобы правильно выполнить замену электролитического конденсатора для любой случая, при этом не нарушить режим работы электронного устройства.

Электролитический конденсатор характеризуется тремя основными параметрами: ориентируясь на которые, достаточно просто правильно подобрать замену. К этим параметрам относятся допустимое напряжение, емкость и температура. Однако, прежде чем перейти к рассмотрению указанных параметров, следует не забывать, что данный накопитель энергии является полярным, поэтому необходимо соблюдать полярность. Положительный вывод паяем к плюсу, а отрицательный – к минусу. Чтобы не спутать выводы вдоль всего корпуса со стороны отрицательного вывода наносится знак минус «-», более подробно о маркировке написано здесь.

Замена электролитического конденсатора – основные правила

Чаще всего ремонт блока питания любого электронного устройства заключается в замене вздутого или высохшего электролитического конденсатора. При такой неисправности достаточно выпаять вышедший из строя конденсатор и заменить его новым. Однако довольно редко имеется в наличие аналогичный электролитический конденсатор, но во многих случаях его можно заменить другим, имеющим несколько отличительные параметры.

В первую очередь следует ориентироваться на напряжение. При отсутствии подходящего номинала подойдет конденсатор с большим напряжением. Например, если на корпусе оригинального конденсатора написано 35 В, то подойдет аналог с напряжением 50 В, 63 В, 100 В и т.д. – в сторону увеличения. Нельзя выполнять замену на аналог с более низким напряжением: 25 В, 16 В или 9 В. Иначе он взорвется.

Получить требуемое напряжение можно путем последовательного соединения нескольких накопителей, о чем более подробно с примерами расчетов рассказано здесь.

Следующий параметр – емкость. Как правило, в преобладающем большинстве случаев, электролитические конденсаторы, особенно большой емкости, применяются для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения: чем большая емкость, тем лучше сглаживаются пульсации. Поэтому, в случае отсутствия накопителя такой же емкости, его можно заменить аналогом большей емкости.

Если отсутствуют электролитические конденсаторы нужной емкости и достаточно места на печатной плате устройства, то вместо одного накопителя можно впаять несколько параллельно соединенных. При этом емкости их будут складываться, о чем подробно с примерами расчетов рассказано здесь.

Еще статьи по данной теме

Как выбрать конденсатор 🚩 для чего конденсатор 🚩 Электроника

Радиолюбители используют алюминиевые, танталовые, керамические конденсаторы и многие другие. От правильного выбора конденсатора зависит его надежность при эксплуатации, так как использовать его надо в таких режимах работы, которые не превышают заданные условия. Для этого нужно определить значения номинальных параметров и допустимые их изменения в процессе работы, возможные режимы и электрические нагрузки, конструкцию, показатели надежности и долговечности, варианты монтажа, размеры и массу.

Практика работы показывает, что разрешенное напряжение, обозначенное на его корпусе, не должно быть меньше, чем на электрической схеме. Можно выбрать больше на 20-30%. Емкость может быть использована в пределах +-10%, но лучше брать ее не меньше, чем на электрической схеме.

Если конденсаторы должны находиться в цепи питания, шунтировать ВЧ (высокие частоты), тогда лучше использовать керамические. Если они должны быть установлены в частотозадающем каскаде, тогда лучше брать их с малым ТКЕ (температурный коэффициент емкости), чтобы не было дрейфа частоты. Во всех случаях конденсаторы следует использовать при меньших нагрузках и облегченных режимах (по сравнению с максимально допустимыми).

Выполненный монтаж и крепление должны обеспечивать нужную механическую прочность, отличный электрический контакт и отсутствие резонансных явлений. Их приспособления (для крепления) не должны повредить корпус и защитные покрытия, а также ухудшать условия отвода тепла. Никогда не надо применять конденсаторы сомнительного происхождения (например, электролитические, выполненные некачественно могут взрываться). Надо обращать внимание на удобство установки и наличие защиты выводных контактов от случайного замыкания.

Радиолюбители выбирают конденсаторы по их емкостям и рабочим напряжениям. Но есть и другие характеристики, на которые нужно обращать внимание. Конденсаторы еще не имеют идеальных параметров, поэтому они обладают такими свойствами, как ESR (Effective Series Resistance) — эквивалентное последовательное сопротивление и ESI (Effective Series Inductance) — эквивалентная последовательная индуктивность. На их емкость влияет температура, напряжение, механические воздействия. При неправильном выборе конденсатора может появиться повышенное потребление тока и увеличенный уровень шумов, нестабильная работа всей конструкции.

Конденсатор для пуска электродвигателя, как рассчитать мощность

Если требуется присоединить трехфазный электродвигатель к обычной электросети, то потребуется создать электросхему для сдвига фаз. Основой такой схемы может служить конденсатор. Применяется он и для однофазного двигателя с целью облегчения его пуска.

Конденсатор для пуска электродвигателя

Что такое конденсатор

Это устройство для накопления электрического заряда. Он состоит из пары проводящих пластин, находящихся на малом отстоянии друг от друга и разделенных слоем изолирующего материала.

Широко распространены следующие виды накопителей электрического заряда:

• Полярные. Работают в цепях с постоянным напряжением, подключаются в соответствии с указанной на них полярностью.
• Неполярные. Работают в цепях с переменным напряжение, подключать можно как угодно
• Электролитические. Пластины представляют собой тонкие оксидные пленки на листе фольги.

Неполярный конденсатор

Электролитические лучше других подходят на роль конденсатора для пуска электродвигателя.

Описание разновидностей конденсаторов

Различным типам электродвигателей соответствуют подходящие им по своим характеристикам накопители.

Так, для низкочастотных высоковольтных (50 герц, 220-600 вольт) двигателей хорошо подходит электролитический конденсатор. Такие устройства обладают высокой емкостью, доходящей до 100 тысяч микрофарад. Нужно внимательно следить за соблюдением полярности, в противном случае из-за перегрева пластин возможно возгорание.

Неполярные накопители не имеют таких ограничений, но стоят они с несколько раз дороже.

Различные виды конденсаторов

Кроме перечисленных выше, производятся также вакуумные, газовые, жидкостные устройства, но как пусковой или рабочий конденсатор в схеме подключения электромотора, они не применяются.

Выбор емкости

С целью максимизации эффективности электродвигателя нужно рассчитать ряд параметров электроцепи, и прежде всего емкость.

Для рабочего конденсатора

Существуют сложные и точные методы расчета, однако в домашних условиях вполне достаточно оценить параметр по приближенной формуле.

На каждые 100 ватт электрической мощности трехфазного электродвигателя должно приходиться 7 микрофарад.

Недопустимо также подавать на фазовую статорную обмотку напряжение, превышающее паспортное.

Для пускового конденсатора

Если электродвигатель должен запускаться при наличии высокой нагрузки на приводном валу, то рабочий  конденсатор не справится, и на время запуска потребуется подключать пусковой. После достижения рабочих оборотов, что происходит в среднем за 2-3 секунды, он отключается вручную или устройством автоматики. Доступны специальные кнопки включения электрооборудования, автоматически размыкающие одну из цепей через заданное время задержки.

Недопустимо оставлять пусковой накопитель подключенным в рабочем режиме. Фазовый перекос токов может привести к перегреву и возгоранию двигателя. Определяя емкость пускового прибора, следует принимать ее в 2-3 раза выше, чем у рабочего. При этом при запуске крутящий момент электродвигателя достигает максимального значения, а после преодоления инерции механизма и набора оборотов он снижается до номинального.

Для набора требуемой емкости конденсаторы для запуска электродвигателя подключают в параллель. Емкость при этом суммируется.

Простые способы подключения электродвигателя

Самый простой способ подключения трехфазного электродвигателя к бытовой электросети – применение  частотного преобразователя. Потери мощности будут минимальны, но стоит такое устройство зачастую дороже самого двигателя.

Частотный преобразователь станет экономически эффективным лишь при большом объеме использования оборудования.

При другом способе для преобразования питающего напряжения используется обмотка самого асинхронного электродвигателя. Схема получится громоздкая и массивная. Конденсатор для запуска электродвигателя подключают по одной из двух популярных схем

• треугольник;
• звезда.

Подключение двигателя по схемам «звезда» и «треугольник»

При реализации подключения этими способами важно свести к минимуму потери по мощности.

Схема подключения «треугольник»

Схема достаточно простая, для облегчения понимания обозначим контакты мотора символами A — ноль, B — рабочий и C — фазовый

Сетевой шнур подсоединяется коричневым проводником к контакту A, туда же следует подсоединить один из выводов конденсатора. К контакту И подсоединяется второй вывод прибора, а синий проводник сетевого шнура — к контакту С.

В случае небольшой мощности электромотора, не превышающей 1,5 киловатта, допустимо подключать только один конденсатор, пусковой при этом не нужен.

Если же мощность выше и нагрузка на валу значительная, то используют два параллельно соединенных прибора.

Схема подключения «звезда»

В случае если на клеммнике электродвигателя 6 выводов — следует их прозвонить по отдельности и определить, какие выводы связаны друг с другом. В паспорте мотора нужно найти назначение выводов. После этого схема переподключается, формируя привычный «треугольник».

С этой целью снимаются перемычки и контактам присваивают условные обозначения от A  до F. Далее последовательно соединяются контакты: A и D, B и E, C и F.

Теперь контакты D, E и F станут соответственно нулевым, рабочим и фазовым проводом. Конденсатор присоединяют к ним точно так же, как в предыдущем случае.

При первом включении нужно внимательно следит за тем, чтобы обмотки не перегревались. В этом случае следует немедленно отключить устройство и определить причину перегрева.

Рабочее напряжение

После емкости напряжение является важнейшим параметром. Если взять слишком большой запас по напряжению — сильно вырастут габариты, вес и цена всего устройства. Еще хуже – взять устройства, которым не хватает рабочего напряжения. Такое использование приведет к их быстрому износу, выходу из строя, пробою. При этом возможно возгорание или даже взрыв.

Оптимальный запас по напряжению — 15-20%.

Важно! Для конденсаторов с диэлектриком из бумаги в цепях с переменным напряжением номинальное напряжение, указанное для постоянного тока, нужно поделить на 3.

Если указано 600 вольт, то в цепях переменного тока безопасно применять такие конденсаторы можно до 300 вольт.

Использование электролитических конденсаторов

Конденсаторы с диэлектриком из бумаги отличаются малой удельной емкостью и значительными габаритами. Для двигателя даже не самой большой мощности они будут занимать много места. Теоретически их можно заменить электролитическими, обладающими в несколько раз более высокой удельной емкостью.

Разновидности устройства электролитического конденсатора

Для этого электрическую схему придется дополнить несколькими элементами: диодами и резисторами. Такой вариант неплох для эпизодически работающего двигателя. Если же планируются продолжительные нагрузки, то от экономии места и веса лучше отказаться — при случайном выходе диода из строя он начнет пропускать на накопитель переменный ток, что приведет к его пробою и взрыву.

Выходом могут служить полипропиленовые конденсаторы с металлическим напылением серии СВВ, разработанные для использования в качестве пусковых.

Как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя

Для вычисления емкости основного конденсатора применяют формулу:

C = (k×Iφ)/U

Где

• k- коэффициент, принимаемый за 4800 при схеме «треугольник» и 2800 при схеме «звезда»;
• Iφ-ток статора, его берут из паспорта или таблички на корпусе;
• U- напряжение сети.

Трехфазный электродвигатель

Результат получается в микрофарадах. Вместо точной формулы можно применять правило: на каждые 100 ватт мощности — 7 микрофарад емкости.

Если при старте двигателю приходится преодолевать большой момент инерции подключенного к валу оборудования, то в помощь основному на время запуска и набора номинальных оборотов подключают пусковой конденсатор.

Емкость пускового накопителя принимают в 2-3 раза больше основного.

Подключение трехфазного электродвигателя к сети

После выхода на режим его обязательно отключают — вручную или с помощью автоматики. Если на рассчитанную емкость нет точно подходящего по номиналу прибора, конденсаторы можно подключать параллельно.

Как подобрать пусковой конденсатор для однофазного электромотора

До использования в пусковой цепи конденсатор проверяют тестером на исправность. При подборе рабочего конденсатора можно применять такое же приближенное правило а-7 микрофарад на 100 ватт номинальной электрической мощности. Емкость пускового также берется в 2-3 раза выше.

При подборе конденсатора на 220 вольт следует выбирать модели с номиналом не менее 400. Это объясняется переходными электромагнитными процессами при запуске, дающими кратковременные пусковые броски напряжения до 350-550 вольт.

Однофазные асинхронные электромоторы часто применяются в домашних электроприборах и электроинструменте. Для пуска таких устройств, особенно под нагрузкой, требуется пусковая обмотка и сдвиг фазы. Для этого используется конденсатор, подключаемый по одной из известных схем.

Конструкция асинхронного однофазного электродвигателя

Если запуск осуществляется с преодолением большого момента инерции, подсоединяют пусковой конденсатор.

Почему однофазный электродвигатель запускают через конденсатор

Статор электродвигателя с единственной обмоткой при пропускании переменного тока не сможет начать вращение, а лишь начнет подрагивать. Чтобы начать вращение, перпендикулярно основной обмотке размещают пусковую. В цепь этой обмотки включают компонент для сдвига фазы, такой, как конденсатор. Электромагнитные поля этих двух обмоток, прикладываемые к ротору со сдвигом по фазе, и обеспечат начало вращения.

В трехфазном двигателе обмотки и так размещены под углами 120^°. Соответственно сориентированы и наводимые ими в роторе электромагнитные поля. Для начала вращения достаточно обеспечить сдвиг их работы по фазе, чтобы обеспечить  пусковой момент вращения.

Электролитический конденсатор — Алюминиевый электролитический »Примечания по электронике

Электролитический конденсатор используется там, где требуется высокий уровень емкости, но для обеспечения долгой надежной службы он должен использоваться правильно и в пределах своих технических характеристик.

---

Capacitor Tutorial:
Использование конденсатора Типы конденсаторов Электролитический конденсатор Керамический конденсатор Танталовый конденсатор Пленочные конденсаторы Серебряный слюдяной конденсатор Супер конденсатор Конденсатор SMD Технические характеристики и параметры Как купить конденсаторы — подсказки и подсказки Коды и маркировка конденсаторов Таблица преобразования

---

Электролитический конденсатор — один из основных компонентов конденсаторной промышленности, который в больших количествах используется как в качестве выводного устройства, так и в качестве SMD.

Электролитический конденсатор является наиболее популярным типом выводов для значений более 1 мкФ, имея один из самых высоких уровней емкости для данного объема.

Алюминиевые электролитические конденсаторы используются уже много лет, поэтому они стали постоянным компонентом многих конструкций.

Выбор алюминиевых электролитических конденсаторов с выводами

Электролитические конденсаторы широко используются в качестве компонентов с выводами, часто находясь в приложениях от источников питания до аудио, где могут использоваться устройства с выводами.Первоначально алюминиевые электролитические конденсаторы не были популярны в формате технологии поверхностного монтажа из-за высокого уровня тепла, возникающего во время пайки, и они могли быть повреждены. В настоящее время широко используются электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа, которые обеспечивают высокий уровень надежности.

Электролитический конденсатор ранней разработки

Электролитический конденсатор используется много лет. Его раннее развитие и историю можно проследить до самых первых дней радио, примерно в то время, когда делались первые развлекательные передачи.В то время клапанные беспроводные устройства были очень дорогими, и им приходилось работать от батареек. Однако с развитием клапана с косвенным нагревом или вакуумной трубки стало возможным использовать питание от сети переменного тока.

Хотя для нагревателей нормально работать от источника переменного тока, анодное питание нужно было выпрямить и сгладить, чтобы предотвратить появление сетевого гула в звуке. Чтобы иметь возможность использовать конденсатор не слишком большого размера, Джулиус Лилиенфилд, который активно участвовал в разработке беспроводных устройств для домашнего использования, смог разработать электролитический конденсатор, позволяющий использовать компонент с достаточно высокой емкостью, но разумного размера в беспроводные наборы дня.

Обозначения электролитических конденсаторов

Электролитический конденсатор представляет собой форму поляризованного конденсатора. Символ электролитической цепи указывает полярность, поскольку это важно для обеспечения того, чтобы конденсатор правильно вставлен в цепь и не имел обратного смещения.

Варианты обозначений схем, используемых для электролитических конденсаторов

Для электролитических конденсаторов используются различные условные обозначения. Первая «1» — это версия, которая, как правило, используется в европейских принципиальных схемах, тогда как «2» используется во многих схемах США, а «3» можно увидеть на некоторых старых схемах.На некоторых схемах не печатается знак «+» рядом с символом, когда уже очевидно, какая пластина какая.

Технология электролитических конденсаторов

Как видно из названия, в электролитическом конденсаторе в качестве одной из пластин используется электролит (ионно-проводящая жидкость), чтобы достичь большей емкости на единицу объема, чем в других типах.

Конденсаторы могут увеличивать емкость несколькими способами: увеличивая диэлектрическую проницаемость; увеличение площади поверхности электрода; и уменьшив расстояние между электродами.В электролитических конденсаторах используется высокая диэлектрическая проницаемость слоя оксида алюминия на пластине конденсатора, которая составляет в среднем от 7 до 8. Это больше, чем у других диэлектриков, таких как майлар с диэлектрической проницаемостью 3 и слюдой около 6-8.

В дополнение к этому, эффективная площадь поверхности конденсаторов увеличивается до 120 раз за счет придания шероховатости поверхности алюминиевой фольги высокой чистоты. Это один из ключей к созданию очень высоких уровней емкости.

Конструкция электролитического конденсатора

Конденсатор этого типа состоит из двух тонких пленок алюминиевой фольги, один из которых покрыт оксидным слоем в качестве изолятора. Использование алюминиевой фольги приводит к тому, что конденсатор часто называют алюминиевым электролитическим конденсатором.

Лист бумаги, пропитанный электролитом, помещается между ними, затем две пластины наматываются друг на друга и затем помещаются в емкость.

Внутренняя структура электролитического конденсатора

При производстве алюминиевого электролитического конденсатора одним из первых этапов является травление фольги, чтобы сделать ее более шероховатой, чтобы увеличить площадь поверхности и, следовательно, уровень емкости, который может быть получен в данной области.

Следующий процесс — формирование анода. Это влечет за собой химическое наращивание тонкого слоя оксида алюминия Al ₂ O ₃ на анодной фольге, что делает ее отличной от катода.

Сам конденсаторный элемент намотан на намоточной машине. Четыре отдельных слоя: сформированная анодная фольга; бумажный разделитель, катодная фольга; и бумажный разделитель все вносятся и наматываются вместе. Разделители бумаги предотвращают соприкосновение и замыкание двух электродов.

Конструкция электролитического конденсатора

Когда сборка намотана, ее заклеивают лентой для предотвращения разматывания.

После намотки конденсатора он пропитывается электролитом. Это можно сделать погружением в воду и под давлением.

Электролит, используемый в алюминиевых электролитических конденсаторах, представляет собой состав, разработанный для обеспечения требуемых свойств для конденсатора: номинальное напряжение, диапазон рабочих температур и т.п. В основном он состоит из растворителя и соли (необходимой для обеспечения электропроводности). Обычные растворители включают этиленгликоль, а обычная соль включает борат аммония и другие соли аммония.

По завершении этого конденсатор помещается в емкость, которая герметично закрывается для предотвращения испарения электролита.

Свойства электролитического конденсатора

Алюминиевые электролитические конденсаторы обеспечивают гораздо более высокий уровень емкости для данного объема, чем большинство керамических конденсаторов. Это означает, что дорогие электролитические конденсаторы могут быть относительно небольшими. Во многих случаях это значительное преимущество.

Конденсаторы электролитические поляризованные, т.е.е. они могут быть размещены в цепи только в одном направлении. При неправильном подключении они могут быть повреждены, а в некоторых крайних случаях могут взорваться. Также следует соблюдать осторожность, чтобы не превышать номинальное рабочее напряжение. Обычно они должны работать значительно ниже этого значения.

Электролитический конденсатор имеет большой допуск. Обычно значение компонента может быть указано с допуском -50% + 100%. Несмотря на это, они широко используются в аудиоприложениях в качестве конденсаторов связи и в приложениях сглаживания для источников питания.Они плохо работают на высоких частотах и ​​обычно не используются для частот выше 50–100 кГц.

Электролитический конденсатор электрические параметры

При использовании электролитических конденсаторов существует ряд важных параметров, помимо базовой емкости и емкостного реактивного сопротивления. При проектировании схем с использованием электролитических конденсаторов необходимо учитывать эти дополнительные параметры для некоторых конструкций и учитывать их при использовании электролитических конденсаторов.

• Допуск: Электролитические конденсаторы имеют очень широкий допуск. Часто конденсаторы могут быть указаны как -20% и + 80%. Обычно это не проблема в таких приложениях, как развязка или сглаживание источника питания и т. Д. Однако их не следует использовать в схемах, где важно точное значение.
• ESR Эквивалентное последовательное сопротивление: Электролитические конденсаторы часто используются в цепях с относительно высокими уровнями тока.Также при некоторых обстоятельствах и ток, исходящий от них, должен иметь низкий импеданс источника, например, когда конденсатор используется в цепи источника питания в качестве накопительного конденсатора. В этих условиях необходимо проконсультироваться с техническими данными производителя, чтобы выяснить, будет ли выбранный электролитический конденсатор соответствовать требованиям схемы. Если ESR высокое, то он не сможет обеспечить необходимое количество тока в цепи без падения напряжения в результате ESR, которое будет рассматриваться как сопротивление источника.
• Частотная характеристика: Одна из проблем электролитических конденсаторов заключается в том, что они имеют ограниченную частотную характеристику. Было обнаружено, что их СОЭ растет с увеличением частоты, и это обычно ограничивает их использование частотами ниже примерно 100 кГц. Это особенно верно для больших конденсаторов, и даже на меньшие электролитические конденсаторы не следует полагаться на высоких частотах. Чтобы получить точные сведения, необходимо ознакомиться с данными производителя для данной детали.
• Leakage: Хотя электролитические конденсаторы имеют гораздо более высокие уровни емкости для заданного объема, чем большинство других конденсаторных технологий, они также могут иметь более высокий уровень утечки. Это не проблема для большинства приложений, например, когда они используются в источниках питания. Однако при некоторых обстоятельствах они не подходят. Например, их нельзя использовать во входной цепи операционного усилителя. Здесь даже небольшая утечка может вызвать проблемы из-за высокого входного импеданса операционного усилителя.Также стоит отметить, что в обратном направлении уровень утечки значительно выше.
• Ток пульсаций: При использовании электролитических конденсаторов в сильноточных устройствах, таких как накопительный конденсатор источника питания, необходимо учитывать ток пульсаций, который может возникнуть. Конденсаторы имеют максимальный ток пульсации, который они могут обеспечить. Выше этого они могут стать слишком горячими, что сократит их жизнь. В крайних случаях это может привести к выходу конденсатора из строя.Соответственно, необходимо рассчитать ожидаемый ток пульсаций и убедиться, что он находится в пределах максимальных значений, установленных производителем.

Маркировка электролитического конденсатора

Для версий электролитических конденсаторов с выводами обычно есть место для размещения различных параметров на емкости. Маркировка обычно предоставляет информацию об их емкости, рабочем напряжении, диапазоне температур и, возможно, других параметрах.

Маркировка на алюминиевом электролитическом конденсаторе

Некоторые большие конденсаторы, предназначенные для сглаживания в источниках питания, также могут нести дополнительную информацию.Одним из особенно важных параметров является ток пульсации. Если ожидается слишком большой ток от конденсатора, он может чрезмерно нагреться и выйти из строя.

Свинцовый электролитический конденсатор с маркировкой

Для конденсаторов SMD место ограничено, поэтому детали ограничены и могут содержать только основную информацию.

Конденсаторы электролитические SMD

Электролитические конденсаторы в настоящее время все чаще используются в конструкциях, которые производятся с использованием технологии поверхностного монтажа, SMT.Их очень высокая емкость в сочетании с низкой стоимостью делает их особенно полезными во многих областях. Первоначально они не использовались в особо больших количествах, поскольку не выдерживали некоторых процессов пайки. Теперь улучшенная конструкция конденсатора вместе с использованием методов оплавления вместо пайки волной припоя позволяет более широко использовать электролитические конденсаторы в формате для поверхностного монтажа.

Часто устройства для поверхностного монтажа, SMD-версии электролитических конденсаторов маркируются значением и рабочим напряжением.Используются два основных метода. Один — указать их значение в микрофарадах (мкФ), а другой — использовать код. При использовании первого метода маркировка 33 6V будет обозначать конденсатор 33 мкФ с рабочим напряжением 6 вольт. В альтернативной кодовой системе используется буква, за которой следуют три цифры. Буква обозначает рабочее напряжение, указанное в таблице ниже, а три цифры обозначают емкость в пикофарадах. Как и во многих других системах маркировки, первые две цифры обозначают значащие цифры, а третья — множитель.6 пикофарад. Это составляет 10 мкФ.

Коды напряжения электролитического конденсатора SMD
Письмо	Напряжение
e	2,5
G	4
Дж	6,3
А	10
С	16
D	20
E	25
В	35
H	50

Срок службы алюминиевого электролитического конденсатора

Алюминиевые электролитические конденсаторы со временем разрушаются.Многие электролиты имеют вентиляционное отверстие для выхода избыточных газов. Эта утечка может привести к высыханию электролита и падению производительности конденсатора.

Также, если алюминиевые электролитические конденсаторы оставить на несколько лет, оксидный слой на аноде может рассеяться. Когда это происходит, конденсатор необходимо переполяризовать. Это можно сделать, подав на конденсатор ограниченное по току напряжение. Первоначально ток утечки через конденсатор будет относительно высоким, а затем он будет падать по мере образования оксидного слоя.

Также разумно принять меры, чтобы продлить срок службы конденсатора. Есть четыре золотых наконечника, которые увеличивают срок службы алюминиевого электролитического конденсатора:

• Работа в пределах допустимого напряжения: Всегда разумно запускать любой компонент с хорошим запасом ниже максимальных значений. Многие компании заявляют в своих правилах проектирования, что для электролитических конденсаторов они должны работать не более чем на 50% от своих максимальных номиналов, чтобы обеспечить оптимальную надежность.Если максимальные пределы превышены, то уровни тока утечки возрастут, и существует вероятность локального выхода из строя, ведущего к взрывному отказу компонента.
• Не выходите за пределы его номинального тока: Во многих случаях требуется электролитический конденсатор для обеспечения высокого уровня пульсаций тока. Этого следовало ожидать в таких приложениях, как использование в качестве сглаживающего конденсатора в источнике питания. Ii является обязательным условием, чтобы конденсатор мог выдерживать требуемый от него ток.Убедитесь, что конденсатор работает в пределах своего тока и не нагревается во время работы.
• Никогда не смещайте конденсатор в обратном направлении: При работе в режиме обратного смещения уровни утечки будут намного выше, чем в прямом направлении. Опять же, это может привести к катастрофической поломке и отказу.
• Поддерживайте низкие температуры: Тепло сокращает срок службы любого алюминиевого электролитического конденсатора. Хорошее практическое правило заключается в том, что каждые 10 ° C свыше 85 ° C сокращают ожидаемый срок службы компонента вдвое.

Несмотря на то, что у алюминиевых электролитических конденсаторов есть ожидаемый срок службы, он может быть увеличен до максимума, если следовать этим правилам и эксплуатироваться в пределах своих номиналов.

Риформинг алюминиевых электролитических конденсаторов

Может возникнуть необходимость переформировать электролитические конденсаторы, которые не использовались в течение шести или более месяцев. Электролитическое действие приводит к удалению оксидного слоя с анода, который необходимо повторно формировать. В этих обстоятельствах неразумно прикладывать полное напряжение, поскольку ток утечки будет высоким и может привести к рассеиванию большого количества тепла в конденсаторе, что в некоторых случаях может вызвать его разрушение.

Для реформирования конденсатора нормальный метод заключается в подаче рабочего напряжения на конденсатор через резистор около 1,5 кОм или, возможно, меньше для конденсаторов с более низким напряжением. (Обратите внимание: убедитесь, что он имеет достаточную мощность для работы с рассматриваемым конденсатором). Его следует применять в течение часа или более, пока ток утечки не упадет до приемлемого значения, а напряжение непосредственно на конденсаторе не достигнет приложенного значения, то есть фактически через резистор не будет протекать ток.Затем это напряжение следует продолжать применять еще в течение часа. Затем конденсатор можно медленно разрядить через подходящий резистор, чтобы оставшийся заряд не вызвал повреждений. После преобразования будьте осторожны при использовании конденсатора, чтобы убедиться, что он полностью преобразован и может правильно функционировать.

Обзор электролитических конденсаторов

Краткое описание алюминиевых электролитических конденсаторов
Параметр	Детали
Типичные диапазоны емкости	от 1 мкФ до 47 000 мкФ
Наличие номинального напряжения	Примерно с 2.5В и выше — некоторые специализированные могут иметь напряжение от 350В и выше.
Преимущества	Высокая емкость на единицу объема по сравнению с большинством других типов, относительно дешевый по сравнению с другими типами аналогичного значения.
Недостатки	Высокие токи утечки, большие допуски по значениям, плохое эквивалентное последовательное сопротивление; ограниченный срок службы.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

.Конденсаторы

— learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 70

Введение

Конденсатор — это двухконтактный электрический компонент. Наряду с резисторами и катушками индуктивности, они являются одними из самых фундаментальных пассивных компонентов , которые мы используем. Вам придется очень внимательно поискать схему, в которой не имеет конденсатора в .

Особенностью конденсаторов является их способность накапливать энергию ; они похожи на полностью заряженную электрическую батарею. Колпачки , как мы их обычно называем, имеют множество критических применений в схемах. Общие приложения включают локальное накопление энергии, подавление скачков напряжения и комплексную фильтрацию сигналов.

Рассмотрено в этом учебном пособии

В этом руководстве мы рассмотрим всевозможные темы, связанные с конденсаторами, в том числе:

• Как делается конденсатор
• Как работает конденсатор
• Емкость
• Типы конденсаторов
• Как распознать конденсаторы
• Как емкость сочетается последовательно и параллельно
• Применение конденсаторов общего назначения

Рекомендуемая литература

Некоторые концепции в этом руководстве основаны на предыдущих знаниях в области электроники.Прежде чем переходить к этому руководству, подумайте о том, чтобы сначала прочитать (хотя бы бегло просмотр) эти:

---

Обозначения и единицы измерения

Условные обозначения цепей

Есть два распространенных способа нарисовать конденсатор на схеме. У них всегда есть две клеммы, которые подключаются к остальной цепи. Символ конденсаторов состоит из двух параллельных линий, которые могут быть плоскими или изогнутыми; обе линии должны быть параллельны друг другу, близко друг к другу, но не касаться друг друга (это фактически показывает, как сделан конденсатор.Сложно описать, проще просто показать:

(1) и (2) — стандартные обозначения цепи конденсатора. (3) — пример символов конденсаторов в действии в цепи регулятора напряжения.

Символ с изогнутой линией (№2 на фото выше) указывает, что конденсатор поляризован, что означает, что это, вероятно, электролитический конденсатор. Подробнее об этом в разделе о типах конденсаторов этого руководства.

Каждый конденсатор должен сопровождаться названием — C1, C2 и т. Д.. — и стоимость. Значение должно указывать на емкость конденсатора; сколько там фарадов. Кстати о фарадах …

Емкость

Не все конденсаторы одинаковы. Каждый конденсатор имеет определенную емкость. Емкость конденсатора говорит вам, сколько заряда он может хранить , большая емкость означает большую емкость для хранения заряда. Стандартная единица измерения емкости называется фарад , сокращенно F .

Получается, что фарад — это лот емкости, даже 0,001 Ф (1 миллифарад — 1 мФ) — это большой конденсатор. Обычно вы видите конденсаторы с номиналом от пико- (10 ^-12 ) до микрофарад (10 ^-6 ).

Имя префикса	Сокращение	Вес	Эквивалентные фарады
Пикофарад	пФ	10 -12	0,000000000001 F
Нанофарад	нФ	10 -9	0.000000001 Ф
Микрофарад	мкФ	10 -6	0,000001 F
Милифарад	мФ	10 -3	0,001 F
Килофарад	кФ	10 3	1000 F

Когда вы переходите к диапазону емкости от фарада до килофарада, вы начинаете говорить о специальных конденсаторах, называемых конденсаторами super или ultra .

---

Теория конденсаторов

Примечание : Материал на этой странице не совсем критичен для понимания новичками в электронике … и к концу все становится немного сложнее. Мы рекомендуем прочитать раздел Как делается конденсатор , остальные, вероятно, можно было бы пропустить, если они вызывают у вас головную боль.

Как делается конденсатор

Схема обозначения конденсатора на самом деле очень похожа на то, как он сделан.Конденсатор состоит из двух металлических пластин и изоляционного материала, называемого диэлектриком . Металлические пластины расположены очень близко друг к другу, параллельно, но диэлектрик находится между ними, чтобы они не соприкасались.

Ваш стандартный конденсаторный сэндвич: две металлические пластины, разделенные изолирующим диэлектриком.

Диэлектрик может быть изготовлен из любых изоляционных материалов: бумаги, стекла, резины, керамики, пластика или всего, что препятствует прохождению тока.

Пластины изготовлены из проводящего материала: алюминия, тантала, серебра или других металлов. Каждый из них подключен к клеммному проводу, который в конечном итоге подключается к остальной цепи.

Емкость конденсатора — сколько в нем фарад — зависит от его конструкции. Для большей емкости требуется конденсатор большего размера. Пластины с большей площадью перекрытия поверхности обеспечивают большую емкость, в то время как большее расстояние между пластинами означает меньшую емкость. Материал диэлектрика даже влияет на то, сколько фарад имеет колпачок.Полная емкость конденсатора может быть рассчитана по формуле:

где ε _r — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика (постоянное значение, определяемое материалом диэлектрика), A — это площадь, на которой пластины перекрывают друг друга, а d — расстояние между пластинами.

Как работает конденсатор

Электрический ток — это поток электрического заряда, который электрические компоненты используют для зажигания, вращения или выполнения любых действий.Когда ток течет в конденсатор, заряды «застревают» на пластинах, потому что не могут пройти через изолирующий диэлектрик. Электроны — отрицательно заряженные частицы — засасываются одной из пластин, и она становится в целом отрицательно заряженной. Большая масса отрицательных зарядов на одной пластине отталкивает, как заряды, на другой пластине, делая ее положительно заряженной.

Положительный и отрицательный заряды на каждой из этих пластин притягиваются друг к другу, потому что это то, что делают противоположные заряды.Но с диэлектриком, сидящим между ними, как бы они ни хотели соединиться, заряды навсегда останутся на пластине (до тех пор, пока им не будет куда-то идти). Стационарные заряды на этих пластинах создают электрическое поле, которое влияет на электрическую потенциальную энергию и напряжение. Когда заряды группируются на конденсаторе, как этот, конденсатор накапливает электрическую энергию так же, как батарея может накапливать химическую энергию.

Зарядка и разрядка

Когда на пластинах конденсатора сливаются положительный и отрицательный заряды, конденсатор становится заряженным .Конденсатор может сохранять свое электрическое поле — удерживать свой заряд — потому что положительный и отрицательный заряды на каждой из пластин притягиваются друг к другу, но никогда не достигают друг друга.

В какой-то момент обкладки конденсатора будут настолько заряжены, что просто не смогут больше их принимать. На одной пластине достаточно отрицательных зарядов, чтобы они могли отразить любые другие, пытающиеся присоединиться. Здесь вступает в игру емкость конденсатора ( фарад), которая говорит вам о максимальном количестве заряда, которое может хранить конденсатор.

Если в цепи создается путь, который позволяет зарядам найти другой путь друг к другу, они покинут конденсатор, и разрядит .

Например, в схеме ниже можно использовать батарею для создания электрического потенциала на конденсаторе. Это вызовет нарастание одинаковых, но противоположных зарядов на каждой из пластин, пока они не станут настолько полными, что оттолкнут ток от протекания. Светодиод, расположенный последовательно с крышкой, может обеспечивать путь для тока, а энергия, запасенная в конденсаторе, может использоваться для кратковременного освещения светодиода.

Расчет заряда, напряжения и тока

Емкость конденсатора — сколько в нем фарад — говорит вам, сколько заряда он может хранить. Сколько заряда хранит конденсатор в настоящее время, зависит от разности потенциалов (напряжения) между его пластинами. Эта взаимосвязь между зарядом, емкостью и напряжением может быть смоделирована следующим уравнением:

Заряд (Q), накопленный в конденсаторе, является произведением его емкости (C) и приложенного к нему напряжения (V).

Емкость конденсатора всегда должна быть постоянной известной величиной. Таким образом, мы можем регулировать напряжение, чтобы увеличить или уменьшить заряд крышки. Больше напряжения означает больше заряда, меньше напряжения … меньше заряда.

Это уравнение также дает нам хороший способ определить значение одного фарада. Один фарад (F) — это способность хранить одну единицу энергии (кулоны) на каждый вольт.

Расчет тока

Мы можем пойти дальше по уравнению заряда / напряжения / емкости, чтобы выяснить, как емкость и напряжение влияют на ток, потому что ток — это скорость потока заряда.Суть отношения конденсатора к напряжению и току такова: величина тока , протекающего через конденсатор , зависит как от емкости, так и от того, как быстро напряжение растет или падает . Если напряжение на конденсаторе быстро возрастает, через конденсатор будет индуцироваться большой положительный ток. Более медленный рост напряжения на конденсаторе означает меньший ток через него. Если напряжение на конденсаторе стабильное и неизменное, через него не будет проходить ток.

(Это некрасиво, и касается вычислений. Это не все, что необходимо, пока вы не перейдете к анализу во временной области, разработке фильтров и прочим грубым вещам, поэтому переходите к следующей странице, если вам не нравится это уравнение .) Уравнение для расчета тока через конденсатор:

Часть этого уравнения dV / dt является производной (причудливый способ сказать мгновенная скорость ) напряжения во времени, это эквивалентно тому, «насколько быстро напряжение растет или падает в этот самый момент».Большой вывод из этого уравнения заключается в том, что если напряжение стабильно , производная равна нулю, что означает, что ток также равен нулю . Вот почему ток не может течь через конденсатор, поддерживающий постоянное постоянное напряжение.

---

Типы конденсаторов

Существуют всевозможные типы конденсаторов, каждый из которых имеет определенные особенности и недостатки, которые делают его лучше для одних приложений, чем для других.

При выборе типа конденсатора необходимо учитывать несколько факторов:

• Размер — Размер как по физическому объему, так и по емкости.Конденсатор нередко является самым большим компонентом в цепи. Также они могут быть очень маленькими. Для большей емкости обычно требуется конденсатор большего размера.
• Максимальное напряжение — Каждый конденсатор рассчитан на максимальное падение напряжения на нем. Некоторые конденсаторы могут быть рассчитаны на 1,5 В, другие — на 100 В. Превышение максимального напряжения обычно приводит к разрушению конденсатора.
• Ток утечки — Конденсаторы не идеальны.Каждая крышка склонна пропускать небольшое количество тока через диэлектрик от одного вывода к другому. Эта крошечная потеря тока (обычно наноампер или меньше) называется утечкой. Утечка заставляет энергию, накопленную в конденсаторе, медленно, но верно уходить.
• Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) — Выводы конденсатора не на 100% проводящие, у них всегда будет небольшое сопротивление (обычно менее 0,01 Ом). Это сопротивление становится проблемой, когда через колпачок проходит большой ток, вызывая потери тепла и мощности.
• Допуск — Конденсаторы также не могут иметь точную, точную емкость. Каждая крышка будет рассчитана на свою номинальную емкость, но, в зависимости от типа, точное значение может варьироваться от ± 1% до ± 20% от желаемого значения.

Конденсаторы керамические

Наиболее часто используемый и производимый конденсатор — керамический конденсатор. Название происходит от материала, из которого сделан их диэлектрик.

Керамические конденсаторы обычно бывают физически и емкостными малыми .Трудно найти керамический конденсатор больше 10 мкФ. Керамический колпачок для поверхностного монтажа обычно находится в крошечном корпусе 0402 (0,4 мм x 0,2 мм), 0603 (0,6 мм x 0,3 мм) или 0805. Керамические колпачки со сквозными отверстиями обычно выглядят как маленькие (обычно желтые или красные) лампочки с двумя выступающими клеммами.

Две крышки в радиальном корпусе со сквозным отверстием; конденсатор 22 пФ слева и 0,1 мкФ справа. Посередине — крошечный колпачок 0603 0,1 мкФ для поверхностного монтажа.

По сравнению с не менее популярными электролитическими крышками керамические конденсаторы являются более близкими к идеальным (гораздо более низкими значениями ESR и токов утечки), но их небольшая емкость может быть ограничивающей.Обычно они также являются наименее дорогим вариантом. Эти колпачки хорошо подходят для высокочастотной связи и развязки.

Электролитический алюминий и тантал

Электролитики

хороши тем, что они могут упаковать много емкости в относительно небольшой объем. Если вам нужен конденсатор в диапазоне от 1 мкФ до 1 мФ, вы, скорее всего, найдете его в электролитической форме. Они особенно хорошо подходят для высоковольтных приложений из-за их относительно высокого максимального номинального напряжения.

Алюминиевые электролитические конденсаторы, самые популярные из семейства электролитических, обычно выглядят как маленькие жестяные банки с обоими выводами, выходящими снизу.

Ассортимент электролитических конденсаторов для сквозных отверстий и поверхностного монтажа. Обратите внимание, что у каждого из них есть метод маркировки катода (отрицательный вывод).

К сожалению, электролитические крышки обычно поляризованы . У них есть положительный вывод — анод — и отрицательный вывод, называемый катодом.Когда напряжение подается на электролитический колпачок, анод должен иметь более высокое напряжение, чем катод. Катод электролитического конденсатора обычно обозначается знаком «-» и цветной полосой на корпусе. Ножка анода также может быть немного длиннее, как еще один признак. Если на электролитический колпачок подать обратное напряжение, они выйдут из строя ( выскочит из и разорвется) и навсегда. После лопания электролитик будет вести себя как короткое замыкание.

Эти колпачки также известны своей утечкой — позволяя небольшим токам (порядка нА) проходить через диэлектрик от одного вывода к другому. Это делает электролитические колпачки менее чем идеальными для хранения энергии, что, к сожалению, с учетом их высокой емкости и номинального напряжения.

Суперконденсаторы

Если вы ищете конденсатор, предназначенный для хранения энергии, не ищите ничего, кроме суперконденсаторов. Эти колпачки имеют уникальную конструкцию, обеспечивающую – высоких емкостей в диапазоне фарад.

Суперконденсатор 1Ф (!). Высокая емкость, но рассчитана только на 2,5 В. Обратите внимание, что они тоже поляризованы.

Несмотря на то, что они могут хранить огромное количество заряда, суперкаперы не могут работать с очень высокими напряжениями. Этот суперконденсатор 10F рассчитан только на максимальное напряжение 2,5 В. Любое большее, чем это, уничтожит его. Суперэлементы обычно устанавливаются последовательно для достижения более высокого номинального напряжения (при уменьшении общей емкости).

Основное применение суперконденсаторов в — накопление и выделение энергии , как батареи, которые являются их основным конкурентом.Хотя суперконденсаторы не могут удерживать столько энергии, сколько батарея такого же размера, они могут высвобождать ее намного быстрее и обычно имеют гораздо больший срок службы.

Другое

Электролитические и керамические крышки покрывают около 80% типов конденсаторов (а суперкапсы только около 2%, но они супер!). Другой распространенный тип конденсатора — пленочный конденсатор , который отличается очень низкими паразитными потерями (ESR), что делает их идеальными для работы с очень высокими токами.

Есть много других менее распространенных конденсаторов. Конденсаторы переменной емкости могут производить различные емкости, что делает их хорошей альтернативой переменным резисторам в схемах настройки. Скрученные провода или печатные платы могут создавать емкость (иногда нежелательную), потому что каждый состоит из двух проводников, разделенных изолятором. Лейденские банки — стеклянная банка, наполненная проводниками и окруженная ими, — это О. семейства конденсаторов. Наконец, конечно, конденсаторы потока (странная комбинация катушки индуктивности и конденсатора) имеют решающее значение, если вы когда-нибудь планируете вернуться в дни славы.

---

Конденсаторы последовательно / параллельно

Как и резисторы, несколько конденсаторов можно объединить последовательно или параллельно для создания комбинированной эквивалентной емкости. Конденсаторы, однако, складываются таким образом, что полностью противоположны резисторам.

Конденсаторы параллельно

Когда конденсаторы размещаются параллельно друг другу, общая емкость равна сумме всех емкостей .Это аналогично тому, как резисторы добавляются последовательно.

Так, например, если у вас есть три конденсатора номиналом 10 мкФ, 1 мкФ и 0,1 мкФ, подключенные параллельно, общая емкость будет 11,1 мкФ (10 + 1 + 0,1).

Конденсаторы серии

Подобно тому, как резисторы сложно добавить параллельно, конденсаторы становятся неприятными при установке в серии . Общая емкость последовательно соединенных конденсаторов Н и является обратной суммой всех обратных емкостей.

Если у вас есть только двух конденсаторов , соединенных последовательно, вы можете использовать метод «произведение над суммой» для расчета общей емкости:

Если продолжить это уравнение, если у вас есть двух одинаковых конденсаторов, соединенных последовательно , общая емкость составляет половину их значения.Например, два последовательно соединенных суперконденсатора по 10Ф дадут общую емкость 5Ф (это также даст возможность удвоить номинальное напряжение всего конденсатора с 2,5 В до 5 В).

---

Примеры применения

Существует множество приложений для этого изящного маленького (на самом деле, обычно они довольно большие) пассивного компонента. Чтобы дать вам представление об их широком спектре использования, вот несколько примеров:

Развязные (байпасные) конденсаторы

Многие конденсаторы, которые вы видите в схемах, особенно те, которые имеют интегральную схему, развязаны.Работа развязывающего конденсатора заключается в подавлении высокочастотного шума в сигналах источника питания. Они снимают с источника напряжения крошечные колебания напряжения, которые в противном случае могут нанести вред чувствительным микросхемам.

В каком-то смысле развязывающие конденсаторы действуют как очень маленький локальный источник питания для ИС (почти как источник бесперебойного питания для компьютеров). Если в источнике питания очень быстро падает напряжение (что на самом деле довольно распространено, особенно когда цепь, в которой он работает, постоянно переключает требования к нагрузке), разделительный конденсатор может кратковременно подавать питание с правильным напряжением.Вот почему эти конденсаторы также называются байпасными конденсаторами; они могут временно действовать как источник питания , минуя источник питания.

Разделительные конденсаторы подключаются между источником питания (5 В, 3,3 В и т. Д.) И землей. Нередко использование двух или более конденсаторов разного номинала, даже разных типов, для обхода источника питания, потому что некоторые номиналы конденсаторов будут лучше, чем другие, при фильтрации определенных частот шума.

На этой схеме три развязывающих конденсатора используются для уменьшения шума в источнике напряжения акселерометра.Два керамических 0,1 мкФ и один танталовый электролитический 10 мкФ разделенные функции развязки.

Хотя кажется, что это может привести к короткому замыканию между питанием и землей, только высокочастотные сигналы могут проходить через конденсатор на землю. Сигнал постоянного тока поступит на микросхему, как и нужно. Другая причина, по которой они называются шунтирующими конденсаторами, заключается в том, что высокие частоты (в диапазоне кГц-МГц) обходят ИС, вместо этого проходят через конденсатор, чтобы добраться до земли.

При физическом размещении развязывающих конденсаторов их всегда следует располагать как можно ближе к ИС.Чем дальше они находятся, тем менее эффективны.

Вот схема физической схемы из схемы выше. Крошечная черная ИС окружена двумя конденсаторами по 0,1 мкФ (коричневые крышки) и одним электролитическим танталовым конденсатором 10 мкФ (высокая прямоугольная крышка черного / серого цвета).

Чтобы следовать хорошей инженерной практике, всегда добавляйте хотя бы один развязывающий конденсатор к каждой ИС. Обычно хорошим выбором является 0,1 мкФ или даже дополнительные конденсаторы на 1 мкФ или 10 мкФ. Это дешевое дополнение, и они помогают убедиться, что микросхема не подвергается сильным провалам или скачкам напряжения.

Фильтр источника питания

Диодные выпрямители

могут использоваться для преобразования переменного напряжения, выходящего из вашей стены, в постоянное напряжение, необходимое для большинства электронных устройств. Но сами по себе диоды не могут превратить сигнал переменного тока в чистый сигнал постоянного тока, им нужна помощь конденсаторов! При добавлении параллельного конденсатора к мостовому выпрямителю выпрямленный сигнал выглядит следующим образом:

Может быть преобразован в сигнал постоянного тока близкого к уровню, например:

Конденсаторы — упрямые компоненты, они всегда будут пытаться противостоять резким перепадам напряжения.Конденсатор фильтра будет заряжаться по мере увеличения выпрямленного напряжения. Когда выпрямленное напряжение, поступающее в конденсатор, начинает быстро снижаться, конденсатор получит доступ к своему банку накопленной энергии, и он будет очень медленно разряжаться, передавая энергию нагрузке. Конденсатор не должен полностью разрядиться, прежде чем входной выпрямленный сигнал снова начнет увеличиваться, заряжая конденсатор. Этот танец разыгрывается много раз в секунду, многократно, пока используется источник питания.

Цепь питания переменного тока в постоянный.Крышка фильтра (C1) имеет решающее значение для сглаживания сигнала постоянного тока, посылаемого в цепь нагрузки.

Если вы разорвите какой-либо блок питания переменного тока в постоянный, вы обязательно найдете хотя бы один довольно большой конденсатор. Ниже показаны внутренности настенного адаптера постоянного тока на 9 В. Заметили там конденсаторы?

Конденсаторов может быть больше, чем вы думаете! Имеется четыре электролитических крышки, похожие на консервные банки, в диапазоне от 47 мкФ до 1000 мкФ. Большой желтый прямоугольник на переднем плане — это высоковольтный 0.Крышка из полипропиленовой пленки 1 мкФ. И синяя дискообразная крышка, и маленькая зеленая посередине — керамические.

Хранение и поставка энергии

Кажется очевидным, что если конденсатор накапливает энергию, одно из множества его применений — подача этой энергии в цепь, как аккумулятор. Проблема в том, что конденсаторы имеют гораздо более низкую плотность энергии , чем батареи; они просто не могут вместить столько энергии, сколько химическая батарея такого же размера (но этот разрыв сокращается!).

Положительным моментом конденсаторов является то, что они обычно служат дольше, чем батареи, что делает их лучшим выбором с экологической точки зрения. Они также способны выдавать энергию намного быстрее, чем аккумулятор, что делает их подходящими для приложений, которым требуется короткий, но большой всплеск мощности. Вспышка камеры может получать питание от конденсатора (который, в свою очередь, вероятно, заряжался от аккумулятора).

Батарея или конденсатор?

	Аккумулятор	Конденсатор
Вместимость	✓
Плотность энергии	✓
Скорость заряда / разряда		✓
Срок службы		✓

Фильтрация сигналов

Конденсаторы

обладают уникальной реакцией на сигналы различной частоты.Они могут блокировать низкочастотные компоненты или компоненты сигнала постоянного тока, позволяя при этом проходить более высоким частотам. Они похожи на вышибалу в очень эксклюзивном клубе только для высоких частот.

Фильтрация сигналов может быть полезна во всех видах приложений обработки сигналов. Радиоприемники могут использовать конденсатор (среди других компонентов) для отстройки от нежелательных частот.

Другой пример фильтрации сигнала конденсатора — это пассивные схемы кроссовера внутри динамиков, которые разделяют один аудиосигнал на множество.Последовательный конденсатор блокирует низкие частоты, поэтому оставшиеся высокочастотные части сигнала могут идти на твитер динамика. При прохождении низких частот в цепи сабвуфера высокие частоты в основном могут быть шунтированы на землю через параллельный конденсатор.

Очень простой пример схемы кроссовера аудио. Конденсатор блокирует низкие частоты, а катушка индуктивности блокирует высокие частоты. Каждый из них может использоваться для доставки нужного сигнала настроенным аудиодрайверам.

Снижение рейтинга

При работе с конденсаторами важно проектировать свои схемы с конденсаторами, которые имеют гораздо более высокий допуск, чем потенциально самый высокий скачок напряжения в вашей системе.

Вот отличное видео от инженера SparkFun Шона о том, что происходит с различными типами конденсаторов, когда вы не можете снизить номинальные параметры конденсаторов и превысить их максимальное напряжение. Вы можете прочитать больше о его экспериментах здесь.

---

Закупка конденсаторов

Храните на этих маленьких компонентах накопителя энергии или используйте их в качестве начального блока питания.

Наши рекомендации:

Комплект конденсаторов SparkFun

В наличии КОМПЛЕКТ-13698

Это комплект, который предоставляет вам базовый ассортимент конденсаторов, чтобы начать или продолжить возиться с электроникой. Нет мес…

9

Конденсатор керамический 0.1 мкФ

В наличии COM-08375

Это очень распространенный конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Используется во всевозможных приложениях для отключения микросхем от источников питания. 0,1 дюйма с интервалом…

1

Суперконденсатор — 10Ф / 2.5В

В наличии COM-00746

Да, вы правильно прочитали — конденсатор 10 Фарад. Этот маленький колпачок можно зарядить, а затем медленно рассеять на протяжении всего…

3

Ресурсы и движение вперед

Уф.Почувствуйте себя экспертом по конденсаторам ?! Хотите узнать больше об основах электроники? Если вы еще этого не сделали, подумайте о прочтении некоторых других распространенных электронных компонентов:

Или, может быть, некоторые из этих руководств привлекут ваше внимание?

---

.

Как сделать электролитические конденсаторы в домашних условиях

Самодельный электролитический конденсатор — это конденсатор, в котором диэлектрик очень, очень тонкий слой оксида алюминия (см. диаграмму справа). Фактически, даже если отрицательная пластина обозначена как серый металл. полоса, электролит является проводящим и действительно считается частью отрицательная пластина тоже.Поскольку диэлектрик очень тонкий, емкость относительно высокий, от 60 до 500 мкФ. По крайней мере, это высоко по сравнению с большинством самодельных конденсаторов, в которых используются только бумажные, пластиковые или стенки банки в качестве диэлектрика, 600 пикофарад. Сравнение что более наглядно:

• 500 мкФ = 0,0005 фарад для самодельного электролитического конденсатора
• 600 пикофарад = 0,0000000006 фарад на нормальный самодельный конденсатор

Обратите внимание, что они хороши для научных проектов и экспериментов, но не очень стабильно.Если дать им немного посидеть, диэлектрик слой деформируется и изменится при следующем использовании.

60 мкФ простой электролитический конденсатор.

Спиральный электролитический конденсатор емкостью 500 мкФ.

Изготовление электролита

Для приготовления электролита вам понадобятся (см. Также фото ниже):

• пищевая сода или бура,
• вода дистиллированная,
• емкость для смешивания (e.грамм. стакан),
• приспособление для перемешивания (например, ложка).

Пищевую соду можно найти в разделе выпечки любого продуктовый / продуктовый магазин. Буру можно найти в разделе прачечных. продуктовых магазинов по крайней мере в Северной Америке. Вода должна быть дистиллированной. вода. Я не пробовал водопроводную воду, но знаю человека, который пробовал и не пробовал добиться успеха. Когда он перешел на дистиллированную воду, все заработало.

Чтобы смешать электролит, наполните емкость дистиллированной водой.Положить как столько, сколько вы думаете, вам понадобится для конденсатора, больше, если это поможет сделать это. Положите одну чайную ложку пищевой соды или буры. в воду. Помешивайте, пока он не растворится, т.е. вы увидите только воду. Повторение несколько раз, пока он не перестанет растворяться. Даже это может быть больше, чем есть необходимо. Я добавляю 3 или 4 чайных ложки примерно на 1 стакан / 250 мл воды.

Ингредиенты для приготовления электролита.

Простые тарелки в таре.

Листы спирально-катаные в таре.

Подготовка тарелок

Я сделал два разных электролитических конденсатора. Первый был простой один просто чтобы проверить, работает ли он, а второй был спиралевидным один с большей емкостью.

Тарелки простые в таре

Тот, что на первом фото справа, самый простой и состоит из всего двух алюминиевых пластин в стакане, заполненном электролитом.Его емкость составляет около 60 мкФ. Я использовал и кухонную алюминиевую фольгу, и алюминиевую фольгу из банки с содовой. и оба работали нормально. Емкость может быть сделана из чего угодно.

Обратите внимание, что я разрезал алюминий так, чтобы деталь выступала из электролит для электрического контакта. Я также пометил один положительный и один отрицательный, поскольку электролитические конденсаторы поляризованы, что означает, что они всегда должны быть подключены одинаково.

Важно, чтобы на алюминии для начала ничего не было. Для фольги все, что вы можете сделать, это взять его прямо с рулона, разрезать и положить в контейнер с минимальным обращением. За алюминиевую банку с газировкой вы необходимо отшлифовать всю краску, а также отшлифовать другую сторону, так как она также имеет покрытие на нем. Затем тщательно очистите его мылом для посуды и горячей водой, а затем тщательно промойте (я промыла его водой из-под крана).

Спиральные пластины электролитического конденсатора

Тот, что на втором фото справа, сделан из длинных полосок алюминий для пластин, скрученных в спираль, чтобы он не занимает так много места на столе.Емкость около 500 микрофарад.

На схеме ниже показано, как расположены слои.

Вид спиральных слоев сверху / изнутри

Бумажное полотенце используется для сохранения положительного и отрицательного алюминия. пластины из фольги разделяются, но пропускают электричество это, так как он пропитан электролитом.Помните, что оксид алюминия изоляционный диэлектрик; все остальное — дирижер.

Ниже представлены фото строительства. Первым шагом было разрезать два длинных Г-образные кусочки алюминиевой фольги. На первом фото показаны эти два кусочки выкладываем поверх целого листа алюминиевой фольги. Уведомление концы L, называемые на фото выступами.

Нарезанные Г-образные детали.

Далее, как вы можете видеть на первом фото ниже, лист бумажного полотенца был уложен на лист алюминиевой фольги и На него заливали электролит так, чтобы он пропитался электролитом.Затем один из L-образных кусочков алюминиевой фольги был уложен на одну сторона смоченного бумажного полотенца.

На 2-м и 3-м фото вы можете увидеть, как я сложил другую сторону смоченное бумажное полотенце на кусок алюминиевой фольги.

Фольга на пропитанном бумажном полотенце.

Складывание бумажного полотенца.

А теперь в сложенном виде.

На первом фото ниже вы можете увидеть еще один лист бумажного полотенца. затем положил сверху, а затем другую алюминиевую деталь во втором Фото. На 3-м фото показано, как затем складывали бумажное полотенце. алюминиевые детали, а также пропитанные электролитом.

Еще одно бумажное полотенце.

Другой кусок фольги.

Сложенное и пропитывающееся бумажное полотенце.

Наконец, как показано ниже, все это было свернуто и закреплено стяжными ремнями. Затем его поместили в контейнер и налили электролит, чтобы восполнить для всего, что может испариться. Готово!

Прокатка.

Ремешки для галстука.

В емкости с большим количеством электролита.

Формирование слоя оксида алюминия

Последний этап называется «формованием», и на нем слой оксида алюминия формируется на положительной пластине.Он состоит из подключения конденсатора к источнику питания и приложив напряжение выше, чем напряжение, при котором вы будете использовать этот конденсатор. Поскольку это электролитический конденсатор, он поляризован. Одна тарелка всегда положительная, а другая всегда отрицательный. Полярность, которую вы использовали во время формования, — это полярность. вы будете использовать, когда конденсатор включен в цепь.

На фотографиях ниже я использую адаптер постоянного тока на 9 В для формирования. Измеритель находится на шкале ампер.Когда начинается формирование, текущий высокий, но сразу же начинает падать. Сначала текущий быстро падает, но постепенно замедляется. Когда ток упал довольно низкий и больше не сильно меняется, остановите формирование. Ваш конденсатор готов.

Образование оксида на простом конденсаторе.

Образование оксида на спиральном конденсаторе.

Демонстрации

А вот несколько демонстрационных фотографий их использования.

Простой конденсатор в цепи, заставляющей мигать лампочки.

Спиральный конденсатор сбрасывает заряд через лампочку.

Видео — Как сделать электролитические конденсаторы

Пошаговое видео о том, как сделать простой электролитический конденсатор, вместе с демонстрацией его в схеме, которая делает свет мигает и гаснет.

Видео — Как сделать электролитический конденсатор высокой емкости

Пошаговое видео о том, как сделать спиральный электролит конденсатор, а также несколько демонстраций его зарядки, а затем разряжая его через различные нагрузки.

.

Руководство по замене электролитического конденсатора на MLCC | Технические примечания | Многослойные керамические чип-конденсаторы

Руководства по решениям

Руководство по замене электролитического конденсатора на MLCC Обзор

В электронных устройствах используются несколько конденсаторов. Алюминиевые и танталовые электролитические конденсаторы используются в приложениях, где требуется большая емкость, но миниатюризация и уменьшение профиля этих продуктов затруднительны, и они имеют значительные проблемы с самонагревом из-за токов пульсаций.

Однако, благодаря достижениям в области большой емкости MLCC в последние годы, стало возможным заменить различные типы конденсаторов, используемых в цепях питания, на MLCC.

Переход на MLCC обеспечивает различные преимущества, такие как небольшой размер благодаря миниатюрному и низкопрофильному форм-фактору, контроль пульсации, повышенная надежность и длительный срок службы. Однако функция MLCC с низким ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением) может иметь неблагоприятные эффекты, которые могут привести к аномальным колебаниям и антирезонансу, поэтому требуется осторожность.

Руководство по замене электролитического конденсатора на MLCC

Краткое руководство по замене электролитических конденсаторов на MLCC

Почему электролитические конденсаторы сейчас заменяются на MLCC?

Замена электролитического конденсатора

возможна сегодня из-за большой емкости MLCC

Рисунок 1. Частотный диапазон, используемый различными конденсаторами, и диапазон емкости

Наряду с растущей высокой степенью интеграции основных компонентов LSI и IC в электронных устройствах, наблюдается тенденция к снижению напряжения в источниках питания, которые питают эти компоненты.Кроме того, потребление энергии также увеличилось с развитием многофункциональности, и тенденция к использованию сильноточного тока сохраняется. Чтобы поддержать тенденцию к низкому напряжению и сильному току, источники питания электронных устройств перешли с преобразователей промежуточной шины на распределенные системы питания, в которых несколько миниатюрных преобразователей постоянного тока в постоянный (преобразователи POL) размещаются рядом с нагрузками LSI и IC.

В преобразователе POL несколько конденсаторов подключены снаружи.Раньше алюминиевые и танталовые конденсаторы использовались, в частности, из-за необходимости большой емкости выходных сглаживающих конденсаторов.
Однако, сложность миниатюризации этих электролитических конденсаторов является препятствием для уменьшения площади схемы. Кроме того, они обладают значительными проблемами с самонагревом из-за пульсаций тока.

MLCC, используемые во многих электронных устройствах, представляют собой конденсаторы с превосходными характеристиками, но их емкость сравнительно низкая, и они используются в основном в фильтрах и высокочастотных цепях.Однако в с достижениями в технологии утонения и многослойности диэлектрических материалов MLCC в последние годы были разработаны MLCC с большой емкостью от нескольких десятков до более 100 мкФ, что позволяет заменять электролитические конденсаторы.

Меры предосторожности при использовании различных конденсаторов

Основные характеристики и меры предосторожности при использовании MLCC, алюминиевых электролитических конденсаторов и танталовых электролитических конденсаторов указаны ниже.При замене конденсаторов на MLCC важно понимать эти меры предосторожности при использовании, а также достоинства и недостатки этих конденсаторов.
Хотя MLCC с большой емкостью позволяют заменить электролитические конденсаторы, важно отметить их недостаток, который заключается в большой скорости изменения емкости из-за температуры и смещения постоянного тока. Кроме того, слишком низкое значение ESR оказывает неблагоприятное воздействие и может привести к аномальным колебаниям в цепях питания.
»Вопрос: почему возникают аномальные колебания, когда MLCC используется в качестве выходного конденсатора для преобразователя постоянного тока в постоянный?
»Вопрос-ответ: Какая фазовая компенсация используется для предотвращения аномальных колебаний?

	MLCC	Танталовый Конденсатор электролитический	Алюминий электролитический конденсатор
Основные характеристики	Миниатюрный, низкопрофильный Высокая надежность, длительный срок службы Low ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) Без полярности	Большой емкости Превосходные характеристики смещения постоянного тока	Большой емкости Недорого
Меры предосторожности при использовании	Большое изменение емкости из-за температуры и смещения постоянного тока (приложен постоянный ток) Низкое ESR является преимуществом, но также может вызывать аномальные колебания в цепях питания.	Сравнительно высокое ESR, значительное самонагревание из-за пульсаций тока Низкое номинальное напряжение	Большой форм-фактор Короткий срок службы в условиях высоких температур Высокое ESR, значительное самонагревание из-за пульсаций тока

Электролитические конденсаторы большой емкости, которые имеют тенденцию к короткому сроку службы из-за значительного самонагрева

Рисунок 2: Сравнительный пример самонагрева конденсатора из-за пульсаций
токов (частота: 100 кГц)

ESR конденсатора изменяется в зависимости от частоты.
Если ESR конденсатора настроен на определенную частоту как «R», а ток пульсации установлен как «I», «RI ² » становится тепловыми потерями мощности, и конденсатор самонагревается.

В то время как большая емкость достигается с помощью электролитического конденсатора, из-за пульсаций тока и высокого ESR выделяется значительное тепло, что является слабым местом электролитических конденсаторов.

Верхний предел пульсаций тока, который допускает конденсатор, называется «допустимым пульсирующим током».Срок службы конденсатора будет уменьшаться, когда использование превышает допустимый ток пульсации.

Примечание: ESR и токи пульсации

Рисунок 3: ESR (эквивалентное последовательное сопротивление)

Идеальный конденсатор должен обладать только емкостными свойствами, но на самом деле он также содержит компоненты резистора и индуктивности из-за электродов. Компонент резистора, не показанный в идеальном конденсаторе, называется «ESR (эквивалентное последовательное сопротивление)», а компонент индуктивности — «ESL (эквивалентная последовательная индуктивность)».

Рисунок 4: Пульсации токов

DC (постоянный ток) — это когда ток течет в одном направлении, но в источниках питания постоянного тока в дополнение к постоянному току присутствуют различные наложенные друг на друга компоненты переменного тока, которые добавляют к току пульсации. Например, постоянный ток, возникающий в результате выпрямления (двухполупериодного выпрямления) промышленного переменного тока, содержит пульсирующие токи пульсации с удвоенной продолжительностью цикла промышленного переменного тока.Кроме того, пульсирующий ток цикла переключения в импульсном преобразователе постоянного тока накладывается на напряжение постоянного тока. Это называется «пульсирующий ток».

Алюминиевые конденсаторы имеют срок службы 10 лет

Алюминиевые электролитические конденсаторы широко используются в электронных устройствах, поскольку они обладают высокой емкостью и недороги, но требуется осторожность из-за их ограниченного срока службы. Типичный срок службы алюминиевого электролитического конденсатора составляет десять лет. Это связано с тем, что емкость уменьшается по мере высыхания раствора электролита (потеря емкости).

Количество потерянного раствора электролита зависит от температуры и точно соответствует «уравнению Аррениуса» кинетики химической реакции. Если температура использования увеличится на 10 ° C, срок службы сократится вдвое. Если температура использования снизится на 10 ° C, то срок службы будет удвоен, поэтому это также называется правилом «10 ° C двойной». По этой причине срок службы сокращается еще больше при использовании в условиях значительного самонагревания из-за пульсаций тока.

Высыхание раствора электролита также увеличивает СОЭ. Следует отметить, что пиковое значение пульсационного напряжения не превышает номинальное напряжение (выдерживаемое напряжение), когда пульсирующее напряжение накладывается на напряжение постоянного тока. Конденсатор, используемый в цепи питания, имеет номинальное напряжение, в три раза превышающее входное напряжение.

Рисунок 5: Диапазон номинального напряжения различных конденсаторов

Рисунок 6: Сравнение срока службы

Пример замены MLCC: понижающий преобразователь постоянного тока

Замена выходного конденсатора в понижающем преобразователе постоянного тока

Выделение тепла конденсаторами из-за ESR и пульсаций тока является преобладающей проблемой в выходных конденсаторах цепей питания.
На рисунке 7 показана принципиальная схема миниатюрного понижающего преобразователя постоянного тока в постоянный, который используется в качестве преобразователя POL во многих электронных устройствах.

Выходной конденсатор этого типа является основной целью для замены электролитических конденсаторов на MLCC в преобразователях постоянного тока в качестве решения проблемы самонагрева, уменьшения занимаемого пространства и повышения надежности.

Рисунок 7: Принципиальная схема преобразователя POL
(понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный)

Примечание: Принципиальная схема преобразователя POL (понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный)

На рисунке 8 показана принципиальная схема миниатюрного понижающего преобразователя постоянного тока в постоянный, который используется в качестве преобразователя POL во многих электронных устройствах.
Основная схема преобразователя выполнена в виде ИС, а конденсатор и катушка индуктивности прикреплены снаружи к печатной плате (также существуют изделия с внутренним присоединением).
Конденсатор, который идет перед ИС, называется «входным конденсатором (Cin)», а тот, который идет после, — «выходным конденсатором (Cout)». В дополнение к сбору электрического заряда и сглаживанию выходного напряжения выходной конденсатор в преобразователе постоянного тока играет роль заземления и устранения составляющей пульсаций переменного тока.

Сравнение характеристик выходного конденсатора понижающего преобразователя постоянного тока

Выходные напряжения выходных конденсаторов понижающего преобразователя постоянного тока сравнивались с использованием оценочной платы следующего типа. Сравниваемые конденсаторы представляли собой типичный алюминиевый электролитический конденсатор, танталовый электролитический конденсатор, функциональный полимерный алюминиевый электролитический конденсатор и MLCC с емкостью 22 мкФ.

Рисунок 8: Сравнительная проверка выходного напряжения различных электролитических конденсаторов с MLCC (продукты 22 мкФ)

MLCC имеет малые токи пульсаций и небольшой самонагрев из-за низкого ESR

На основе ранее заявленных условий было проведено сравнение выходного тока и выходного напряжения типичного алюминиевого электролитического конденсатора, танталового электролитического конденсатора, функционального полимерного алюминиевого электролитического конденсатора и MLCC с емкостью 22 мкФ.
ESR в порядке убывания размера: типичный алюминиевый электролитический конденсатор> танталовый электролитический конденсатор> функциональный полимерный алюминиевый электролитический конденсатор> MLCC. Пульсации напряжения, вызывающие самонагрев, следует по аналогичной схеме. Функциональный полимерный алюминиевый электролитический конденсатор использует проводящий полимер в качестве электролита и является типом, разработанным для низкого ESR. По сравнению с обычным алюминиевым электролитическим конденсатором пульсации напряжения значительно меньше, но форм-фактор немного больше, а цена высока.

Рисунок 9: Результаты тестирования выходного поведения (продукты 22 мкФ) различных типов электролитических конденсаторов с MLCC (характеристика B)

Частотно-импедансные характеристики и частотные характеристики ESR для каждого из них следующие.

Рисунок 10: Частотно-импедансные характеристики и частотные характеристики ESR для различных конденсаторов

По мере того, как ESR конденсатора становится ниже, пульсации напряжения могут поддерживаться на меньшем уровне. Как показано на графике ниже, ESR MLCC составляет около нескольких ммОм, что очень мало.По этой причине MLCC демонстрирует оптимальную производительность в качестве замены электролитического конденсатора.

Рисунок 11: Связь между ESR и пульсациями напряжения (частота переключения 340 кГц)

Преимущества замены электролитического конденсатора в преобразователе постоянного тока на MLCC

Замена электролитического конденсатора на MLCC дает различные преимущества, такие как контроль пульсаций, а также уменьшение площади печатной платы за счет миниатюрного и низкопрофильного форм-фактора, длительного срока службы и повышения надежности.

Контроль пульсации, высокая надежность, длительный срок службы

Самонагрев из-за токов пульсаций в конденсаторах с высоким ESR сокращает срок службы конденсатора.
ESR MLCC ниже, чем у электролитического конденсатора, на двузначные числа, а длительный срок службы повышает надежность.

Рисунок 12: Контроль пульсации

Миниатюризация

Переход на миниатюрные низкопрофильные MLCC позволяет уменьшить пространство на печатной плате.

Рисунок 13: Переход с алюминиевого электролитического конденсатора на MLCC

Вопрос: можно ли контролировать пульсации напряжения, увеличивая емкость электролитического конденсатора?

ESR электролитического конденсатора немного уменьшается при увеличении емкости. Однако контролировать пульсации за счет увеличения емкости принципиально сложно. Это связано с тем, что постоянная времени увеличивается вместе с увеличением емкости.
Скорость отклика на переходное явление, такое как процесс зарядки и разрядки конденсатора, может быть выражена как индекс постоянной времени, называемый (T). В RC-цепи, состоящей из сопротивления (R) и конденсатора (C), постоянная времени становится T = RC (R выражается в омах [Ω], емкость C выражается в фарадах [F]). Время, необходимое для зарядки и разрядки конденсатора, невелико, когда постоянная времени мала, и становится больше, когда постоянная времени увеличивается.
Постоянная времени становится чрезвычайно большой при использовании электролитического конденсатора с чрезмерно большой емкостью. В преобразователе постоянного тока с повторным переключением в течение короткого промежутка времени разряд не завершается в течение времени выключения, и заряд остается в электролитическом конденсаторе. В результате напряжение не снижается в достаточной степени, в форме сигнала напряжения возникают искажения, а выходной сигнал становится нестабильным, что не позволяет эффективно контролировать пульсации (рисунок 14).

Рис. 14. Искажения формы волны алюминиевого электролитического конденсатора большой емкости

С другой стороны, MLCC

не имеют такой проблемы из-за низкого ESR в широкой полосе частот, что позволяет лучше контролировать пульсации вместо электролитического конденсатора.

Рисунок 15: Импеданс и ESR электролитического конденсатора
и MLCC

Вопрос: почему возникают аномальные колебания, когда MLCC используется в качестве выходного конденсатора в преобразователе постоянного тока в постоянный?

Низкое ESR — это особенность MLCC, но оно настолько ниже по сравнению с алюминиевым электролитическим конденсатором, что, наоборот, выходное напряжение преобразователя постоянного тока становится нестабильным и вызывает колебания.
Как показано на рисунке справа, преобразователь постоянного тока сравнивает выходное напряжение с опорным напряжением, усиливает величину ошибки с помощью усилителя ошибки (усилителя ошибки) и выполняет отрицательную обратную связь для достижения постоянного и стабильного напряжения постоянного тока. . Однако отставание фазы сигнала происходит из-за индуктивности (L) и конденсатора (C) схемы сглаживания. Когда фазовая задержка приближается к 180 °, возникает состояние положительной обратной связи, в результате чего она становится нестабильной и колеблется.

Рисунок 16. Цепь отрицательной обратной связи в преобразователе постоянного тока

Вопрос: какая фазовая компенсация используется для предотвращения аномальных колебаний?

Существует схема платы, используемая в качестве диаграммы, чтобы определить, будет ли отрицательная обратная связь работать стабильно.Горизонтальная ось графика — частота, а вертикальная ось — усиление и фаза.
Когда фазовая задержка из-за индуктивности (L) и конденсатора (C) приближается к 180 °, возникает положительная обратная связь, и выход становится нестабильным. Однако установка усиления на 1 или меньше (0 дБ или меньше), даже если фазовая задержка составляет 180 °, сводит сигнал и может предотвратить колебания.
Подключите конденсатор и резистор рядом с усилителем ошибки, чтобы уменьшить фазовое отставание, и отрегулируйте его для его устранения. Это называется «фазовая компенсация».Предыдущие разработки, в которых использовался алюминиевый электролитический конденсатор с высоким ESR в качестве выходного конденсатора, не имели этой проблемы. Однако у MLCC недостаточная компенсация, что вызывает аномальные колебания, поэтому при замене конденсаторов необходимо соблюдать осторожность.

Рисунок 17: Схема платы (усиление и фазово-частотные характеристики)

Рисунок 18: Схема фазовой компенсации

Пример замены MLCC: разделительный конденсатор (байпасный конденсатор)

Замена разделительного конденсатора (байпасного конденсатора)

Ранее электролитические конденсаторы и MLCC подключались параллельно для развязки в аналоговой цепи, но с производством MLCC большой емкости происходит замена электролитических конденсаторов на MLCC.

В частности, большая емкость требуется для уменьшения импеданса из-за большого ESR в алюминиевом электролитическом конденсаторе. Однако MLCC не требует такой же емкости, как алюминиевый электролитический конденсатор, потому что низкий ESR является особенностью MLCC. Миниатюризация и низкий профиль MLCC также позволяют сократить пространство на печатной плате, а длительный срок службы и превосходная надежность также являются преимуществами замены.

Рисунок 19: Преобразователь POL (понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный)
Основная цепь

Примечание: развязывающий конденсатор

Когда конденсатор подключен параллельно к линии питания ИС, в линии питания возникает сопротивление, которое не показано на принципиальной схеме, что может изменить напряжение источника питания и вызвать неисправность или интерференцию между цепями. .

Конденсатор подключен параллельно для управления колебаниями напряжения при зарядке и разрядке. Кроме того, поскольку конденсатор пропускает переменный ток, он устраняет или направляет пульсации на землю. Это называется «развязывающим конденсатором» (также называемым «шунтирующим конденсатором»).

Рисунок 20. Роль развязывающего конденсатора

Для использования с развязкой идеальный конденсатор должен иметь низкий импеданс в широком диапазоне частот от низкого до высокого, но в действительности частотно-импедансные характеристики конденсатора имеют V-образную кривую.

Частота на впадине V-образной формы называется «саморезонирующей частотой» (SRF), и она действует как конденсатор в области ниже SRF. По этой причине конденсаторы с разными характеристиками обычно подключаются параллельно, чтобы покрыть широкий диапазон частот в приложениях развязки.

Рисунок 21: Роль разделительного конденсатора

Преимущества замены электролитического конденсатора на MLCC в преобразователе постоянного тока

Вопрос-примечание: Какое антирезонансное явление возникает, когда MLCC используется в качестве разделительного конденсатора?

Низкое ESR — это особенность MLCC, но это может иметь неблагоприятные последствия даже в приложениях с развязкой.Например, несколько MLCC подключены параллельно для развязки в ИС, работающей с большим током и низким напряжением. Конденсатор функционирует как конденсатор ниже полосы частот SRF (саморезонирующая частота) и как индуктор над SRF.

По этой причине, когда SRF двух MLCC близки друг к другу, между SRF индуктором и конденсатором создается параллельный резонансный контур LC, и они легко колеблются. Это явление называется «антирезонансным».Антирезонанс создает интенсивные пики импеданса, которые ослабляют эффект удаления шума на этой частоте. Это может стать причиной нестабильности напряжения источника питания и неисправности цепи.

Рисунок 22: Параллельные соединения MLCC для развязки и антирезонансная проблема

Руководство по замене электролитического конденсатора на MLCC

В этом разделе объясняется, как выбрать оптимальный MLCC для предполагаемого применения при замене электролитического конденсатора на MLCC.Используйте его, чтобы повысить надежность своих продуктов.

Меры предосторожности при выборе конденсаторов на основе характеристик

Внимание! Емкость материалов с высокой диэлектрической проницаемостью будет изменяться в зависимости от приложенного напряжения

MLCC — лучший конденсатор, но у него есть и недостатки. Емкость MLCC изменяется в зависимости от приложенного напряжения. Это называется «характеристикой смещения постоянного тока» при приложении постоянного напряжения. Изменения емкости (зависящие от смещения постоянного тока) редко наблюдаются при MLCC с низкой диэлектрической проницаемостью (тип 1), но появляются при MLCC с высокой диэлектрической проницаемостью (тип 2).

Это вызвано внутренней поляризацией сегнетоэлектрика (BaTiO3 и т. Д.), Используемого в материале с высокой диэлектрической проницаемостью. По этой причине , пожалуйста, учитывайте диэлектрические характеристики, используемое напряжение и выдерживаемое напряжение при выборе, если он будет использоваться при подаче напряжения постоянного тока. Существует также тенденция к значительному уменьшению емкости в конденсаторах миниатюрных размеров. При выборе емкости необходимо также учитывать характеристики смещения постоянного тока.

Рисунок 23: Скорость изменения емкости
— Пример характеристики смещения постоянного тока (высокая диэлектрическая постоянная)

Рисунок 24: Влияние характеристики смещения постоянного тока (сравнение эффективной емкости при подаче напряжения 3,3 В)

Оптимальная линейка MLCC для замены электролитических конденсаторов

Нажав на различные параметры ниже существующего заменяющего конденсатора, вы можете увидеть рекомендованный продукт MLCC.
* Обратите внимание, что представленная здесь информация не гарантирует совместимости продукта.
* Пожалуйста, примите решение после тщательного тестирования совместимости продукта.

Как выбрать оптимальный MLCC для замены электролитического конденсатора (PDF)

Вы можете просмотреть рекомендуемые продукты на замену, просто нажав.

TDK предлагает обширную линейку MLCC для достижения успеха в замене алюминиевых и танталовых электролитических конденсаторов. Пожалуйста, выберите правильный MLCC для вашего приложения, чтобы повысить надежность ваших продуктов.

Краткое руководство по замене электролитического конденсатора на MLCC

• В последние годы производство MLCC с высокой емкостью от нескольких десятков до более 100 мкФ сделало возможным замену танталовых и алюминиевых электролитических конденсаторов.
• Переход на MLCC в широком спектре потребительских и промышленных устройств развивается благодаря их высокому номинальному напряжению, превосходному контролю пульсаций, длительному сроку службы и высокой надежности.

* Слабым местом MLCC с высокой диэлектрической проницаемостью является уменьшение емкости из-за температуры или приложения постоянного напряжения (температурная характеристика, характеристика смещения постоянного тока).Кроме того, функция чрезвычайно низкого ESR может вызвать аномальные колебания и возникновение антирезонанса, поэтому при замене конденсаторов необходимо соблюдать осторожность.

* Пожалуйста, выберите правильный MLCC для вашего приложения, чтобы повысить надежность ваших продуктов.

Поддержка продукта

Инструменты технической поддержки

TDK бесплатно предоставляет следующие инструменты поддержки дизайна на нашем веб-сайте. Используйте их для проектирования схем и мер противодействия ЭМС.

■ TVCL: модели электронных компонентов для имитаторов схем

Это имитационные модели для воспроизведения характеристик электронных компонентов TDK в симуляторах. Предлагаются S-параметр, модель эквивалентной схемы, модель SPICE, а также библиотеки для различных симуляторов. Мы рекомендуем модель смещения постоянного тока, которая учитывает частоту и характеристики смещения постоянного тока, для проектирования схемы источника питания.

.

No related posts.