Конспект лекций «Элементная база РЭС» (стр. 6 )

1) конденсаторы общего назначения (наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляется особых требований)

2) конденсаторы специального назначения

- высоковольтные

- импульсные

- помехоподавляющие

- дозиметрические

- пусковые (и др.)

По характеру изменения ёмкости:

- постоянной ёмкости

- переменной ёмкости

- подстроечные

Конденсаторы переменной ёмкости применяют для плавного изменения частотных характеристик колебательных контуров.

Кроме ручного управления, управление ёмкости может осуществляться напряжением (вариконды). Кроме того, управление ёмкостью может осуществляться температурой (термоконденсаторы).

Подстроечные используются для одноразовой настройки аппаратуры.

Конденсаторы могут выполняться для печатного и навесного монтажа. Выводы конденсаторов могут быть жёсткие или мягкие, аксиальные или радиальные, из проволоки круглого сечения либо лепестков.

У СВЧ конденсаторов в качестве выводов могут использоваться части их поверхности.

У некоторых типов конденсаторов одна из обкладок соединяется с корпусом.

По характеру защиты от внешних воздействий конденсаторы подразделяются:

1) незащищённые. Допускают эксплуатацию в условиях повышенной влажности только в составе герметизированной аппаратуры.

2) защищённые. Допускают эксплуатацию в составе любого конструктивного исполнения.

3) не изолированные. Не допускают касания своим корпусом токоведущих частей аппаратуры.

4) изолированные. Допускают касания своим корпусом токоведущих частей аппаратуры.

5) герметизированные. Имеют герметичный корпус, который исключает возможность контакта с окружающей средой. Герметизация осуществляется с помощью керамических и металлических корпусов или стеклянных колб.

По виду диэлектрика с:

1) органическим диэлектриком.

2) неорганическим диэлектриком.

3) газообразным диэлектриком.

4) оксидным диэлектриком.

5. Электрические параметры конденсаторов

5.1 Удельная ёмкость конденсатора

Отношение ёмкости к массе или объёму конденсатора.

5.2 Номинальная ёмкость конденсатора

Емкость, которую должен иметь конденсатор в соответствии с ТУ. Номинальная ёмкость устанавливается исходя из рядов Е3-Е192 (см. лекцию про резисторы)

5.3 Допускаемое отклонение ёмкости от номинальной

Устанавливается в % для конденсаторов с ёмкостью >10пФ и варьируется от ±0,001% до ±30%. Есть отклонения и больше 30% (например несимметричные -20..+80%)

5.4 Номинальное напряжение

Это значение напряжения, при котором он может работать в течение срока службы. В первую очередь рабочее напряжение зависит от типа и толщины применяемого диэлектрика.

5.5 Электрическое сопротивление изоляции конденсатора

Это электрическое сопротивление конденсатора постоянному току, которое определяется отношением приложенного напряжения к току утечки.

Для конденсаторов с ёмкостью >0,33мкФ вместо сопротивления изоляции приводят значение постоянной времени, равное произведению сопротивления изоляции на номинальную ёмкость.

5.6 Частотные свойства конденсаторов

Ёмкость конденсатора зависит от частоты приложенного напряжения потому, что при изменении частоты изменяется диэлектрическая проницаемость диэлектрика е. Кроме того, при изменении частоты изменяются паразитные параметры - собственная индуктивность и сопротивление потерь. На ВЧ конденсатор можно рассматривать как последовательный колебательный контур, включающий собственную ёмкость, собственную индуктивность и сопротивление потерь.

Этот контур обладает резонансной частотой, следовательно рабочий диапазон частот конденсатора ограничивается максимальной частотой, которая в 2-3 раза меньше резонансной.

Ориентировочные диапазоны частот для различных групп конденсаторов:

1) керамические конденсаторы – до 1010Гц

2) бумажные конденсаторы – до 106Гц

3) электролитические конденсаторы – 104-105Гц        

5.7 Температурный коэффициент ёмкости

Размерность ТКЁ: град-1. Диапазон: 10-5-10-4 град-1.

Как правило, величина ТКЁ зависит от температуры.

5.8 Стабильность параметров конденсаторов

Зависит от условий эксплуатации: температуры, влажности, вибрации.

Для многих типов конденсаторов при низких температурах характерно снижение ёмкости.

С ростом температуры окружающей среды уменьшается допустимое напряжение на конденсаторе.

Воздействие влаги сказывается на снижении сопротивления изоляции и повышении вероятности пробоя.

6. Система условных обозначений конденсаторов

Включает в себя 3 элемента:

1) буквы все русские: К – постоянной ёмкости, КТ – подстроечный, КП – переменной ёмкости.

2) число, обозначающее группу конденсатора: 1 – керамические конденсаторы, 2 - стеклянные, 3 – стеклокерамические, 4 – слюдяные, 5 – бумажные, 6 – оксидно-электролитические, 7 – воздушные, 8 – вакуумные, 9 – фторопластовые.

7. Характеристики …

7.1 Конденсаторы с неорганическим диэлектриком. В качестве диэлектрика используют: керамика, стекло, стеклокерамика, слюда.

Разделяются на 3 группы:

1) низковольтные

2) высоковольтные. Основной параметр для высоковольтных конденсаторов – удельная энергия, поэтому керамику для них подбирают с большим значением е.

3) помехоподавляющие

Обкладки конденсаторов выполняют в виде тонкого слоя металла, нанесённого на диэлектрик методом металлизации или в виде тонкой фольги.

7.2 Конденсаторы с неорганическим диэлектриком. В качестве диэлектрика используется бумага, фторопласт и другие органические материалы.

Различают:

1) низкочастотные

2) высокочастотные

3) высоковольтные

7.3 Конденсаторы с газообразным диэлектриком

С постоянной и переменной ёмкостью. В качестве диэлектрика используются: воздух, вакуум, азот, фреон. Особенностью газообразных конденсаторов является высокая стабильность параметров во времени, которая определяется стабильностью среды диэлектрика.

Конденсаторы с оксидным диэлектриком (Электролитические)

В качестве диэлектрика в них используется оксидный слой, образуемый электрохимическим путём на аноде. В зависимости от материала анода оксидные конденсаторы подразделяются на:

- алюминиевые

- танталовые

- ниобиевые

Второй обкладкой конденсатора (катодом) служит электролит, пропитывающий бумажную или тканевую прокладку. Они как правило низковольтные с относительно большими потерями, но при этом имеющие очень большую удельную ёмкость. Ёмкость достегает сотен тысяч мкФ (десятые доли Ф). Как правило оксидные конденсаторы имеют неполярную проводимость, вследствие чего их эксплуатация возможна только при положительном потенциале на аноде.

Катушка индуктивности

1. Общие свойства

Катушка индуктивности – это проводник винтовой либо спиральной формы. Провод может быть одножильным либо многожильным, как правило изолированный, намотанный на цилиндрический/прямоугольный/тероидальный каркас из диэлектрика. Бывают:

- бескаркасные катушки, намотка может быть однослойной и многослойной (намотка рядная/в навал). Для увеличения индуктивности применяют сердечники, выполненные из ферритов, электротехнической стали и других ферромагнитных материалов.

Используется как правило медный провод с эмалевой изоляцией, либо тканевой изоляцией. Эмалевая изоляция ограничена температурой 125°С. Тканевая соответственно больше.

Катушки индуктивности хорошо проводят постоянный ток и в то же время оказывают сопротивление переменному току, так как при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению. Катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением, величина которого зависит от произведения индуктивности катушки на угловую частоту протекающего тока.

Чем больше частота, тем больше сопротивление.

Катушка запасает энергию

Катушка запасает энергию как маятник или пружина.

Простейший аналог колебательного контура – пружина, на которой болтается груз. Заряд на конденсаторе – аналог потенциальной энергии груза. Через катушку индуктивности начинается разрядка конденсатора. Постепенно вся энергия переходит в катушку (аналог – кинетическая энергия на пружине).

При изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции:

Индуктивность определяет, какое поле создаёт катушка при протекании через него тока в 1А. Обозначается [Гн]. Типичное значение катушки – от долей мкГн до десятков Гн.

Индуктивность катушки пропорциональна линейным размерам катушки, магнитной проницаемости сердечника и квадрату числа витков намотки.

При последовательном соединении катушек общая индуктивность равна сумме индуктивностей соединяемых катушек, точно так же как сопротивление, и аналогично при параллельном.

В катушках индуктивности помимо основного взаимодействия тока и магнитного поля, наблюдаются паразитные эффекты, вызывающие потери в проводнике:

1) провод катушки индуктивности обладает собственным сопротивлением.

2) сопротивление провода (обмотки) переменному току возрастает с ростом частоты, что обусловлено скин-эффектом. Суть этого эффекта: ток высокой частоты протекает не по всему сечению проводника, а по внешней части поперечного сечения.

3) в проводах обмотки проявляется эффект близости, суть которого состоит в вытеснении тока к периферии провода, прилегающей к каркасу, в результате чего сечение, по которому протекает ток, принимает серповидный характер, что также ведёт к возрастанию сопротивления провода току высокой частоты.

Кроме того, потери катушки индуктивности обусловлены тем, что между соседними витками существует паразитная ёмкость.

Температурный коэффициент индуктивности – параметр, характеризующий зависимость индуктивности от температуры: