Значение емкостей конденсаторов. Номинальная емкость, пФ. Условное обозначение конденсаторов в зависимости от материала диэлектрика

Характеристики конденсаторов

Конденсаторы, как и все электронные компоненты, имеют ряд характеристик, превышать значения которых не рекомендуется (в целях надежности и правильности работы схемы).

Рабочее напряжение: Так как конденсатор представляет собой два проводника, разделенных диэлектриком, вы должны обращать внимание на его максимально допустимое напряжение. Слишком высокое напряжение может вызвать "пробой" диэлектрика и возникновение внутреннего короткого замыкания.

Полярность: Некоторые конденсаторы изготавливаются таким образом, что могут функционировать только при корректной полярности напряжения. Такие ограничения накладываются их конструкцией: микроскопически тонкий слой диэлектрика наносится на одну из пластин под воздействием постоянного напряжения. Эти конденсаторы называются электролитическими, и имеют четкие обозначения полярности.

При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за разрушения сверхтонкого слоя диэлектрика. С другой стороны, тонкий слой диэлектрика позволяет добиться высоких значений емкости в сравнительно небольшом корпусе конденсатора. По той же самой причине электролитические конденсаторы обладают довольно низким рабочим напряжением (по сравнению с другими типами конденсаторов).

Эквивалентная схема: Поскольку пластины конденсатора обладают некоторым сопротивлением, и поскольку ни один диэлектрик не является идеальным изолятором, такого понятия как "идеальный конденсатор" просто не существует. Реальный конденсатор имеет эквивалентное последовательное сопротивление и сопротивление утечки (параллельное сопротивление):

К счастью, конденсаторы с низким последовательным сопротивлением и высоким сопротивлением учетки сравнительно просты в изготовлении.

Физический размер: Минимизация размеров является одной из наиболее важных целей производителей электронных компонентов. Чем меньше размеры компонентов, тем большую схему можно реализовать в ограниченном объеме корпуса устройства. В случае с конденсаторами существует два основных фактора, ограничивающих их минимальный размер: рабочее напряжение и емкость. И эти факторы, как правило, противоположны друг другу. Единственным способом увеличения рабочего напряжения конденсатора является увеличение толщины его диэлектрика. Однако, в этом случае снизится его емкость. В то же время, емкость конденсатора можно увеличить за счет увеличения площади пластин, что неминуемо приведет к увеличению размера. Вот почему нельзя оценивать емкость конденсатора по его размеру. Конденсатор любого заданного размера может иметь большую емкость и низкое рабочее напряжение или наоборот. Давайте в качестве примера рассмотрим следующие две фотографии:

Физический размер этого конденсатора достаточно велик, но он имеет маленькую емкость: всего 2 мкФ. Зато его рабочее напряжение довольно высоко: 2000 Вольт! Если данный конденсатор модернизировать путем уменьшения толщины диэлектрика, то можно добиться многократного увеличения емкости, но тогда его рабочее напряжение существенно упадет. Сравним эту фотографию с приведенной ниже. На ней показан электролитический конденсатор, размеры которого сопоставимы с предыдущим, но их характеристики (емкость и рабочее напряжение) прямо противоположны:

Тонкий слой диэлектрика дает этому конденсатору гораздо большую емкость (20000 мкФ), но существенно уменьшает рабочее напряжение.

Ниже вашему вниманию представлены некоторые образцы различных типов конденсаторов:

Электролитические и танталовые конденсаторы чувствительны к полярности напряжения, на их корпусах имеются соответствующие обозначения.

Конденсаторы - это одни из самых распространенных компонентов в электрических схемах. Обратите пристальное внимание на следующую фотографию печатной платы - на ней каждый компонент, обозначенный буквой "С", является конденсатором:

Некоторые из представленных на плате конденсаторов являются обычными электролитическими: например С30 (вверху в центре) и С36 (слева, немного выше центра). Некоторые представляют собой особый вид электролитических конденсаторов - танталовые: например С14, С19, С24 и С22 (найдите их сами). Танталовые конденсаторы обладают относительно большой емкостью для их физического размера.

Примеры из еще более мелких конденсаторов (для поверхностного монтажа) можно увидеть на этой фотографии :

Здесь конденсаторы обозначены так же буквой "С".

В основу классификации конденсаторов положено деление их на группы по виду применяемого диэлектрика и по конструктивным особенностям, определяющим использование их в конкретных цепях аппаратуры (табл. 14). Вид диэлектрика определяет основные элект­рические параметры конденсаторов: сопротивление изо­ляции, стабильность емкости, потери и др.

Конструк­тивные особенности определяют характер их приме­нения: помехоподавляющие, подстроечные, дозиметри­ческие, импульсные и др.

СИСТЕМА УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ

Условное обозначение конденсаторов может быть со­кращенным и полным.

Сокращенное условное обозначение состоит из букв и цифр. Первый элемент - буква или сочетание букв - обозначают подкласс конденсатора:

• К - постоянной емкости;
• КТ - подстроечные;
• КП - переменной емкости.

Второй элемент обозначает группу конденсаторов в за­висимости от вида диэлектрика (табл. 14). Третий эле­мент пишется через дефис и соответствует порядковому номеру разработки. В состав второго и третьего элемен­тов в отдельных случаях может входить также буквен­ное обозначение.

Условное обозначение конденсаторов в зависимости от материала диэлектрика

Таблица 14.

* комбинированный диэлектрик состоит из определенного сочетания слоев различных материалов.

Для старых типов конденсаторов в основу условных обозначений брались конструктивные, технологические, эксплуатационные и др. признаки (КД — конденсаторы дисковые, ФТ — фторопласовые теплостойкие; КТП - конденсаторы трубчатые про­ходные)

Маркировка на конденсаторах может быть буквенно-цифровая, содержащая сокращенное обозначение кон­денсатора, номинальное напряжение, емкость, допуск, группу ТКЕ, дату изготовления, либо цветовая.

В зависимости от размеров конденсаторов приме­няются полные или сокращенные (кодированные) обо­значения номинальных емкостей и их допускаемых откло­нений. Незащищенные конденсаторы не маркируются, а их характеристики указываются на упаковке.

Полное обозначение номинальных емкостей состоит из цифрового значения номинальной емкости и обозна­чения единицы измерения (пФ - пикофарады, мкФ - микрофарады, Ф - фарады).

Кодированное обозначение номинальных емкостей состоит из трех или четырех знаков, включающих две или три цифры и букву. Буква из русского или латинского алфавита обозначает множитель, состав­ляющий значение емкости, и определяет положение запятой десятичного знака. Буквы П (р), Н (n), М (м), И (m), Ф (F) обозначают множители 10е -12 , 10е -9 , 10е -6 , 10е -3 и 1. Например, 2,2 пФ обозначается 2П2 (2р2), 1500 пФ- 1Н5 (1n5), 0,1 мкФ -M1 (м1), 10 мкФ - 10 М (10м), 1 Ф - 1Ф0 (1F0).

Допускаемые отклонения емкости (в процентах или в пикофарадах) маркируются после номинального значения цифрами или кодом (табл. 15).

Допускаемые отклонения емкости от номинального значения

Таблица 15

(В скобках указаны старые обозначения)

Цветовая кодировка применяется для маркировки номинальной емкости, допускаемого отклонения емко­сти, номинального напряжения до 63 В (табл. 16) и группы ТКЕ (см. табл. 18, 19). Маркировку наносят в виде цветных точек или полосок.

ПАРАМЕТРЫ КОНДЕНСАТОРОВ

Номинальная емкость и допускаемое отклонение емкости.

Номинальная емкость (Сн) - емкость, значе­ние которой обозначено на конденсаторе или указано в сопроводительной документации. Фактическое значе­ние емкости может отличаться от номинальной на вели­чину допускаемого отклонения. Номинальные значения емкости стандартизированы и выбираются из опреде­ленных рядов чисел путем умножения или деления их на 10 n , где n - целое положительное или отрицательное число. Наиболее употребляемые ряды номинальных ем­костей приведены в табл. 17 (значения допускаемых отклонений емкостей см. в табл. 15).

Цветовые коды для маркировки конденсаторов

Таблица 16

Наиболее употребляемые ряды номинальных значений емкостей

Таблица 17

Номинальное напряжение (U H).

Это напряжение, обозначенное на конденсаторе (или указанное в доку­ментации), при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением пара­метров в допустимых пределах. Номинальное напря­жение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряже­ние на конденсаторе не должно превышать номиналь­ного. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры (как правило, более 70…85 °С) допускаемое напряжение (U t) снижается.

Тангенс угла потерь (tg б).

Характеризует активные потери энергии в конденсаторе. Значения тангенса угла потерь у керамических высокочастотных, слюдяных, полистирольных и фторопластовых конденсаторов лежат в пределах (10…15)х10е -4 , поликарбонатных (15…25)х10е -4 , керамических низкочастотных 0,035, оксидных конденсаторов (5…35)%, полиэтилентерефталатных 0,01… 0,012.

Величина, обратная тангенсу угла потерь, называется добротностью конденсатора.

Сопротивление изоляции и ток утечки.

Эти пара­метры характеризуют качество диэлектрика и исполь­зуются при расчетах высокомегомных, времязадающих и слаботочных цепей. Наиболее высокое сопротивление изоляции у фторопластовых, полистирольных и полипропиленовых конденсаторов, несколько ниже у низко­частотных керамических, поликарбонатных и лавсановых конденсаторов. Самое низкое сопротивление изоляции у сегнетокерамических конденсаторов.

Для оксидных конденсаторов задают ток утечки, зна­чения которого пропорциональны емкости и напряжению. Наименьший ток утечки имеют танталовые конденсаторы (от единиц до десятков микроампер), у алюминиевых конденсаторов ток утечки, как правило, на один-два порядка выше.

Температурный коэффициент емкости (ТКЕ).

Это параметр, применяемый для характеристики конденса­торов с линейной зависимостью емкости от темпера­туры. Определяет относительное изменение емкости от температуры при изменении ее на один градус Цель­сия. Значения ТКЕ керамических конденсаторов и их ко­дированные обозначения приведены в табл. 18.

Значения ТКЕ керамических конденсаторов и их условные обозначения

Таблица 18.

* *В случаях, когда для обозначения группы ТКЕ требуется два цвета, второй цвет может быть представлен цветом корпуса.

Слюдяные и полистирольные конденсаторы имеют ТКЕ в пределах (50…200)х10е -6 1/°С, поликарбонатные ±50х10е -6 1/°С. Для конденсаторов с другими видами диэлектрика ТКЕ не нормируется. Допускаемое измене­ние емкости сегнетокерамических конденсаторов с нели­нейной зависимостью ТКЕ приведено в табл. 19.

Изменение емкости керамических конденсаторов с не нормируемым ТКЕ

Таблица 19

* В случаях, когда для обозначения группы требуется два цвета, второй цвет может быть представлен цветом корпуса.

"Справочник" - информация по различным электронным компонентам : транзисторам , микросхемам , трансформаторам , конденсаторам , светодиодам и т.д. Информация содержит все, необходимые для подбора компонентов и проведения инженерных расчетов, параметры, а также цоколевку корпусов, типовые схемы включения и рекомендации по использованию радиоэлементов .

Условные обозначения конденсаторов

Сокращенное условное обозначение конденсаторов состоит из следующих элементов:

первый элемент - буква или сочетание букв, обозначающих конденсатор (К - конденсатор постоянной емкости; КТ - подстроенный конденсатор; КП - конденсатор переменной емкости: КС - конденсаторные сборки);

второй элемент - число, обозначающее используемый вид диэлектрика;

третий элемент - порядковый номер разработки конкретного типа.

Пример сокращенного условного обозначения: К75-10 соответствует комбинированному конденсатору, номер разработки 10.

Полное условное обозначение состоит из следующих элементов:

первый элемент - сокращенное обозначение;

второй элемент - обозначения и значения основных параметров и характеристик, необходимых для заказа и записи в конструкторской документации (вариант конструктивного исполнения, номинальное напряжение, номинальная емкость, допускаемое отклонение емкости, группа и класс по температурной стабильности);

третий элемент - обозначение климатического исполнения, четвертый элемент - обозначение документа на поставку (ТУ, ГОСТ).

Поимер полного условного обозначения: К75-10-250 В=1,0 мкФ±5%=2=ОЖО. 484.465 ТУ соответствует комбинированному конденсатору К75-10 с номинальным напряжением 250 В, номинальной емкостью 1,0 мкФ и допустимым отклонением по емкости ±5%, всеклиматического исполнения В.

Сокращенные условные обозначения и области применения конденсаторов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Сокращенные обозначения, назначение и основные области применения конденсаторов

Приведенная система не распространяется на условные обозначения старых типов конденсаторов, за основу которых брались различные признаки: конструктивные разновидности, технологические особенности, эксплуатационные характеристики, области применения, например: КД - конденсаторы дисковые; КМ - керамические монолитные; КЛС - керамические литые секционные; КПК - конденсаторы подстроенные керамические; КСО - конденсаторы слюдяные спрессованные; СГМ - слюдяные герметизированные малогабаритные; КБГИ - конденсаторы бумажные герметизированные изолированные, МБГЧ - металлобумажные герметизированные частотные; КЭГ - конденсаторы электролитические герметизированные; ЭТО - электролитические танталовые объемно-пористые.

Основные параметры конденсаторов

Номинальная емкость - емкость конденсатора, обозначенная а корпусе или в сопроводительной документации. Номинальные значения емкости стандартизованы.

Международной электротехнической комиссией (МЭК) установлено семь предпочтительных рядов для значений номинальной емкости: ЕЗ; Е6; Е12; Е24; Е48; Е96; Е192.

Цифры после буквы Е указывают на число номинальных значений в каждом десятичном интервале (декаде), которые соответствуют числам 1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8 или числам, полученным путем их умножения и деления на 10 n , где n - целое положительное или отрицательное число.

В производстве конденсаторов чаще всего используются ряды ЕЗ, Е6, Е12, Е24, реже Е48, Е96 и Е192.

В условном обозначении номинальная емкость указывается в виде конкретного значения, выраженного в пикойарадах (пФ) или микрофарадах (мкФ).

Фактическое значение емкости может отличаться от номинального на величину допускаемого отклонения в процентах. Допускаемые отклонения кодируются соответствующими буквами.

Таблица 2. Допускаемые отклонения емкости от номинального значения

Примечание. В скобках указано старое обозначение.

Номинальное напряжение - напряжение, обозначенное на конденсаторе (или указанное в документации), при котором он может рабртать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах. Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинальное. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры (обычно 70...85 °С) допустимое напряжение снижается.

Для конденсаторов с номинальным напряжением до 10 кВ номинальные напряжения устанавливаются из ряда (ГОСТ 9665-77): 1; 1,6; 2,5; 3,2; 4; 6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 350; 400; 450; 500; 630; 800; 1000; 1600, 2000; 2500; 3000; 4000; 5000; 6300; 8000; 10 000 В.

Температурный коэффициент емкости (ТКЕ). Этот параметр применяется для характеристики конденсаторов с линейной зависимостью емкости от температуры. Он определяет относительное изменение емкости (в миллионных долях) от температуры при изменении ее на 1 ºС. Значения ТКЕ керамических конденсаторов и их кодированные обозначения приведены в таблице 3.

Таблица 3. Значения ТКЕ керамических конденсаторов и их условные обозначения

1 Когда для обозначения группы ТКЕ требуются два цвета, второй цвет может быть представлен цветом корпуса.

Слюдяные и полистирольные конденсаторы имеют ТКЕ в пределах (50...200)·10 -6 1/°С, поликарбонатные ±50·10 -6 1/°С. Для конденсаторов с другими видами диэлектрика ТКЕ не нормируется.

Для сегнетокерамических конденсаторов с нелинейным и ненормируемым отклонением емкости от температуры кодированные обозначения допускаемых отклонений приведены в таблице 4.

Таблица 4. Изменение емкости керамических конденсаторов с ненормируемым ТКЕ

1 Когда тля обозначения группы ТКЕ требуются два цвета, второй цвет может быть представлен ветом корпуса.

Тангенс угла потерь (tg δ) характеризует потери энергии в конденсаторе Значения тангенса угла потерь у керамических высокочастотных, слюдяных, полистирольных и фторопластовых конденсаторов находятся в пределах (10...15)·10 -4 , поликарбонатных (15...25)·10 -4 , керамических низкочастотных 0,035, оксидных 5...35 % полиэгалентерефтататных 0 01...0,012.

Величина, обратная тангенсу угла потерь, называется добротностью конденсатора

Сопротивление изоляции и ток утечки. Эти параметры характеризуют качество диэлектрика и используются при оасчетах высокоомных, времязадаюг;их и слаботочных цепей. Наиболее высокое сопротивление изоляции у фторопластовых, полистирольных и полипропиленовых конденсаторов, несколько ниже у высокочастотных керамических, поликарбонатных и лаьсановых конденсаторов. Самое низкое сопротивление изоляции у сегнетокерамических конденсаторов.

Для оксидных конденсаторов нормируют ток утечки, значения которого пропорциональны емкости и напряжению. Наименьший ток утечки имеют танталовые конденсаторы (от единиц до десятков микроампер). У алюминиевых конденсаторов ток утечки, как правило, на один-два порядка выше.

Кодированные обозначения емкости и цветовые коды конденсаторов В зависимости от размеров конденсаторов применяются полные или сокращенные (кодированные) обозначения номинальных емкостей и их допускаемых отклонений Незащищенные конденсаторы не маркируются, а их характеристики указываются на упаковке.

Для маркировки малогабаритных конденсаторов используют кодированные (сокращенные) обозначения.

Кодированное обозначение состоит из цифр, обозначающих номинальное значение емкости, и буквы, обозначающей единицу измерения емкости и указывающей положение запятой десятичной дроби.

Полное обозначение номинальных емкостей состоит из цифрового значения номинальной емкости и обозначения единицы измерения (пФ - пикофарады, мкФ - микрофарады, Ф - фарады).

Колированное обозначение номинальных емкостей состоит из трех или четырех знаков, вкпючающих две или три цифры и букву Буква кода из русского или ла ганского алфавита обозначает множитель, составляющий значение емкости, и определяет положение запятой десятичного знака. Буквы П(р), Н(п). М(м), И(1), Ф(Б) обозначают множители 10 -12 , 10 -9 , 10 -6 , 10 -3 и 1 соответственно для значений емкости, выраженной в фарадах. Например, емкость 2,2 пФ обозначается 2П2 (2р2), 1500 пФ - 1Н5 (1п5), 0,1 мкФ - M1 (м1); 10 мкФ - 10М (10м); 1 фарада - 1Ф0 (1F0).

Допускаемые отклонения емкости (в процентах или пикофарадах) маркируются после номинального значения цифрами или кодом.

Цветшая кодировка применяется для маркировки номинальной емкости, допускаемого отклонения емкости, номинального напряжения до 63 В. Маркировку наносят в виде цветных точек или полосок в соответствии с таблицей 5.

Таблица 5. Цветовые коды для маркировки конденсаторов

Особенности эксплуатации некоторых типов конденсаторов. Попярные конденсаторы с оксидным диэлектриком могут работать только в цепях постоянного или пульсирующего тока, при этом амплитуда напряжения переменной составляющей должна быть меньше напряжения постоянного тока. Недопустимо подавать на полярные конденсаторы постоянное напряжение обратной полярности.

При эксплуатации оксидных конденсаторов при малых напряжениях необходимо учитывать наличие у них собственной электродвижущей силы (ЭДС) до 1 В. У большинства образцов полярность ЭДС совпадает с полярностью конденсаторов, а у отдельных образцов наблюдается несоответствие полярности, а также изменение полярности с течением времени. Собственная ЭДС может возникать также у керамических конденсаторов типа 2 при воздействии ударных и вибрационных нагрузок и при резкой смене температур.

Допускается встречное включение оксидных конденсаторов - соединение одноименными полюсами (плюс с плюсом или минус с минусом) двух однотипных с одинаковыми номинальными емкостью и напряжением полярных конденсаторов. При этом общая емкость уменьшается в 2 раза. Встречно включенные конденсаторы применяются как неполярные.

Особенностью эксплуатации оксидно-электролитических конденсаторов является наличие бросков тока утечки в момент подачи на конденсатор поляризующего напряжения. При этом в первые секунды ток утечки быстро убывает и с течением времени снижается до установившегося значения. Начальное значение тока утечки зависит (при прочих равных условиях) от времени, в течение которого конденсатор бездействовал (либо находился на хранении). С увеличением времени хранения и температуры ток утечки возрастает, одновременно увеличивается время его восстановления (особенно у алюминиевых конденсаторов). Наиболее интенсивно увеличение тока утечки происходит при длительном воздействии повышенных температур без электрической нагрузки.

При работе с высоковольтными конденсаторами необходимо учитывать явление абсорбции электрических зарядов в диэлектрике, обусловливающей неполную отдачу энергии при быстром разряде конденсатора на нагрузку. У различных типов конденсаторов отношение остаточного напряжения на конденсаторе к зарядному напряжению колеблется от 3 до 15 %, вследствие чего остаточное напряжение может быть опасным для жизни обслуживающего персонала.