Конденсаторы их виды, характеристики, способы проверки. Суперконденсатор или гибридный аккумулятор в авто

Конденсаторы или как в народе говорят, кондеры, образуются от латинского "condensatus" , что означает как "уплотненный, сгущенный". Интересное название, не правда ли? Но теперь вопрос ставится ребром: " А что уплотняется или сгущается в кондере?" А сгущается в кондере электрический заряд. Кондер - это своеобразный аккумулятор, но прикол в нем такой, что он готов сразу отдать весь заряд за доли секунды. Главное отличие от аккумулятора в том, что внутри него нету .

В свое время, еще в школе, мы развлекались тем, что брали кондер типа МБГЧ, емкостью побольше, на долю секунды вставляли его в розетку и потом шваркали друг друга этим кондером. Ощущения были очень "приятными" :-) Чем больше емкость, тем ярче ощущения))).

Но, как говорится, времена идут, а кондер остается кондером. И используется он теперь не только, для того, чтобы гонять друг друга, но также широко используется и в радиоэлектронике. Скорее всего, последняя фраза даже более правдивая, чем первая:-). Как же устроен конденсатор?

Любой кондер состоит из двух обкладок и эти обкладки изолированы друг от друга и не прикасаются с друг другом. Представим себе блин:

намажем его сгущенкой

И сверху положим точно такой же блин

Должно выполняться условие: эти два блина не должны прикасаться друг с другом. То есть верхний блин должен лежать на сгущенке и не прикасаться с нижним блином. Тут, думаю, все понятно. Перед Вами типичный "блинный конденсатор" :-). Вот таким образом устроены все конденсаторы, только вместо блинов используются тонкие металлические пластины, а вместо сгущенки разный диэлектрик . К каждой металлической пластине присоединен проводок - это и есть выводы конденсатора. Как я уже сказал, кондер способен накапливать электрический заряд. Эту способность называют емкостью кондера. И чем больше емкость, тем больше кондер сможет накопить электрического заряда. Емкость кондера измеряется в Фарадах (Ф или зарубежный (буржуйский) вариант F ). В радиоэлектронной и электротехнической промышленности используются кондеры абсолютно разных номиналов. Емкость кондера зависит от площади "блинов", толщины "сгущенки" намазанной между ними, а также от состава сгущенки:-). Чем больше площадь "блинов" и тоньше "сгущенка", тем больше емкость кондера.

А вот и кондеры, которые похожи на блинчики, но эти блинчики могут также быть и квадратной формы:

Для того, чтобы уменьшить габариты кондера, можно завернуть его в трубочку, как и наш тортик из двух блинов со сгущенкой:

В результате у нас получатся малые габариты, но большой объемчик. Это не беда! Ведь свернуть в трубочку можно очень большие "блины", если "сгущенка" между ними намазана очень тонким слоем. Этот принцип используется в цилиндрических конденсаторах.

В них как раз намотан вот такой "рулончик". На фото разобранный цилиндрический кондер.

Как видите, здесь две ленты алюминиевой фольги, а между ними тонкая светло-коричневая бумага - диэлектрик. Такие кондеры обладают большой емкостью, так как у них площадь пластин, как вы видите, очень приличная.

Есть также особый класс конденсаторов - ионисторы. Иногда их еще называют суперконденсаторами или золотыми кондерами. Нет, не потому, что там есть золото. Сам принцип работы ионистора ценее, чем золото. Мы теперь знаем как увеличить или уменьшить емкость кондера. Для того, чтобы получить максимальную емкость мы должны намазать "сгущенку" (диэлектрик) тонким слоем или увеличить площадь блинов (металлических пластин). Так как без конца увеличивать слой блинов очень затратно, разработчики решили уменьшить слой диэлектрика. Так как диэлектрический слой между обкладками ионистора, то есть "слой сгущенки", составляет 5-10 нанометров, то и емкость ионистора ого-го! Вы только представьте, какой заряд может накопить такой суперконденсатор! Емкость таких конденсаторов может достигать до десятка фарад. Поверьте, это очень много. Ионисторы выглядят, как обычные таблетки, а также могуть выглядеть как цилиндрические конденсаторы. Для того, чтобы различить их от конденсаторов, достаточно взглянуть на емкость, которая на них указана. Если там единицы Фарад, то это однозначно ионистор!

В настоящее время ионисторы стали очень широко применяться в электронике и электротехнике. Они заменяют маленькие батарейки с малым напряжением, потому что ионистор конструктитвно пока что не могут сделать на напряжение более нескольких Вольт. Но можно соединить их последовательно и набрать нужное напряжение. Но удовольствие это не дешевое:-). Они также очень быстро заряжаются, так как их сопротивление ограничено только их выводами. А исходя из Закона Ома , чем меньше сопротивление проводника, тем большая Сила тока течет по нему и следовательно тем быстрее заряжается ионистор. Заряжать и разряжать ионисторы можно туеву кучу раз).

Имейте также ввиду,что конденсаторы и их виды очень чувствительны к нагреву и могут менят свою емкость под воздействием температуры. Так что, при проектировании старайтесь распределять их на плате подальше от разного рода нагревашек: радиаторов, трасформаторов и мощных резисторов.

Все кондеры на схемах обозначаются буковкой "С" . Простые кондеры делятся на два вида: полярные и неполярные. Неполярные кондеры очень распространены и занимают значительную часть радиоаппаратуры:

Конденсаторы (постоянной и переменной емкости) имеются практически в любом электронном приборе. Основные величины, характеризующие конденсатор, - это его емкость и рабочее напряжение. Третьей важной характеристикой, определяющей область применения конденсаторов, является способность их работать в це­пях с токами высокой частоты. Конструкция конденсато­ров в зависимости от назначения и величины емкости может быть самой разнообразной.

Общепринятой международной единицей измерения емкости является фарада (Ф). Однако фарада как единица емкости очень велика и для практических целей мало пригодна. Поэтому емкость конденсаторов обычно из­меряется в производных величинах - в микрофарадах (мкФ) при относительно большом значении емкости (1 Ф = 10 6 мкФ) и в пикофарадах (пФ) - при малом (1 мкФ=10 6 пФ).

Допускаемое отклонение емкости от номинала обыч­но указывают -в процентах, но на конденсаторах очень малых емкостей допускаемое отклонение от номинала обозначают в пикофарадах. Если на конденсаторе ука­зано «100± 10%», это означает, что емкость его не может быть меньше 90,и больше НО пФ. Если в маркировке допуск не указан, то у такого конденсатора допускаемое отклонение от номинала ±:20%. На конденсаторах, из­готовляемых только с одним, определенным допускае­мым отклонением от номинала, например, оксидных (старое название - электролитические) конденсаторов серии КЭ, сегнетокерамических КДС, допуск также не указы­вается.

При работе конденсатора в цепи, где имеется и пе­ременная и постоянная составляющие, общая сумма напряжения постоянного тока и амплитудного значения на­пряжения, переменного тока не должна превышать номинального напряжения. Если переменная составляю­щая напряжения мала (что имеет место во всех каска­дах усиления высокой и промежуточной частот приемни­ка), то, выбирая конденсатор, достаточно учитывать только постоянное напряжение на нем. Но. в цепях око­нечного каскада и выпрямителя надо учитывать также и переменную составляющую..

Следует, однако, иметь в виду, что запас по напряже­нию не должен слишком завышаться, так как у конден­саторов с большим номинальным напряжением обычно больше габариты, что приводит к увеличению габаритов всего устройства в целом, а также в конечном итоге к повышению стоимости устройства.

Оксидные (или как их ранее называли - электроли­тические) конденсаторы не рекомендуется использовать при напряжениях переменной составляющей, близких к половине рабочего напряжения конденсатора. Это объяс­няется особенностями устройства и режимом их работы.

При нормальной температуре фактическая емкость оксидного конденсатора может быть на 20% меньше и на 80% больше обозначенной на его корпусе. При макси­мальной рабочей температуре, которая для конденсато­ра широкого применения составляет 70 - 80° С, емкость может увеличиваться на 20 - 30% по сравнению с изме­ренной при нормальной температуре. У конденсаторов, предназначенных для бытовой аппаратуры, емкость при температуре - 10° С может уменьшиться в два раза но сравнению с емкостью при нормальной температуре (конденсаторы К50-6, К50-7). В аппаратуре для поле­вых, условий работы используются конденсаторы (К50-3, К50-ЗА, К50-ЗБ), у которых емкость снижается не более чем в два раза при температуре - 40 ... - 60° С.

Оксидные конденсаторы полярны. Они хорошо работают в цепях постоянного и пульсирующего напряжения. Вместе с тем выпускаются и неполярные оксидные конденсаторы с алюминиевыми и танталовыми фольговыми электродами. Такие конденсаторы могут работать в це­пях переменного тока.

Номинальные напряжения выпускаемых промышлен­ностью оксидных конденсаторов находятся в пределах от 3 до 450 В, а номинальные емкости - от долей микро­фарады до нескольких тысяч микрофарад, причем кон­денсаторы с большой емкостью, как правило, имеют меньшие номинальные напряжения.

Так. как максимально допустимое напряжение вклю­чает в себя и амплитуду переменной составляющей, то для полярных оксидных конденсаторов с рабочим напря­жением 100 - 450 В величина переменной составляющей не должна превышать 8% от этих напряжений. Чем больше емкость и номинальное напряжение, тем меньше допустимая амплитуда переменного тока. Если пере­менная составляющая имеет большую величину, оксидный конденсатор перегревается. В таких случаях оксид­ные конденсаторы следует заменять конденсаторами дру­гих типов, например, бумажными большой емкости.

К особенностям оксидных конденсаторов относится и то, что в фильтрах выпрямителей их можно -применять лишь на частотах до 1000 Гц. При повышении частоты (выше 50 Гц) действующая емкость их будет становиться все меньше и меньше по отношению к номинальной, При более высоких частотах допустимая амплитуда пе­ременной составляющей также уменьшается обратно пропорционально частоте. Так, при частоте 100 Гц допус­тимая амплитуда вдвое меньше, чем при частоте 50 Гц.

Оксидные конденсаторы имеют сравнительно низкое сопротивление изоляции. При номинальном для данного типа конденсаторов рабочем напряжении ток утечки мо­жет доходить до 0,1 мА на каждую микрофараду емко­сти. Утечка свыше этой нормы свидетельствует о пло­хом качестве конденсатора. Такой конденсатор необхо­димо заменить.

Оксидные конденсаторы применяют преимущественно в фильтрах блоков питания, в развязывающих фильт­рах, а в транзисторной аппаратуре - в цепях связи меж­ду транзисторными каскадами и для шунтирования ре­зисторов в цепях эмиттеров транзисторов. Используются они также для шунтирования резисторов в цепях катодов электронных ламп.

Как и для других радиодеталей, требования к жест­кости допускаемых отклонений емкости от номинального значения определяются для конденсаторов в зависимости от того, какую функцию они выполняют в том или дру­гом аппарате. Так, для конденсаторов, шунтирующих ре­зисторы в цепях катодов ламп усилителей ВЧ и ПЧ, конденсаторов фильтра и блокирующих в анодных и экранных цепях, емкости могут быть сколь угодно боль­шие, но не меньше номинальной, указанной на схеме; для разделительных конденсаторов, применяемых в уси­лителях низкой частоты, отклонения от номинала могут составлять 20 - 30%. Емкость конденсаторов, применяе­мых в корректирующих цепях, улучшающих частотную характеристику усилителей низкой частоты, не должна отличаться более чем на ±10% от расчетной. Столь же жесткие требования предъявляются и к конденсаторам, используемым в супергетеродинных приемниках для со­пряжения контуров.

Тип диэлектрика, используемого в конденсаторе, игра­ет решающую роль при определении области применения конденсатора. В колебательных контурах диапазона длинных и средних волн можно использовать практиче­ски конденсаторы самых разных типов, в том числе и со слюдяным диэлектриком, хотя такие конденсаторы не всегда обладают достаточно малыми потерями.

Во всех цепях токов высокой частоты можно приме­нять керамические конденсаторы (при емкостях до 1000 - 5000 пФ) или безындукционные бумажные (при емкостях более 1000 - 5000 пФ).

В цепях экранирующих сеток ламп и в анодных филь­трах высокочастотных, каскадов для развязывания це­пей допустимо применять безындукционные бумажные конденсаторы; при этом должна быть заземлена или соединена с проводом общего минуса наружная обклад­ка конденсатора (этот вывод помечается соответствую­щим знаком на корпусе или торце безындукционных конденсаторов). В низкочастотных каскадах все конден­саторы могут быть бумажные.

Конденсаторы переменной емкости для настройки ко­лебательного контура приемников желательно иметь с воздушным диэлектриком. Еще в большей мере это от- носится к колебательным контурам измерительных при­боров. Из подстроечных конденсаторов лучшими являют­ся конденсаторы с воздушными и керамическими ди­электриками.

Основные неисправности конденсаторов: пробой изо­ляции (короткое замыкание между обкладками), боль­шой ток утечки (плохая изоляция между обкладками), обрыв выводов, а у оксидных (электролитических) - и потеря емкости.

Проверка исправности конденсаторов. Неисправности конденсаторов, особенно большой емкости, такие, как по­теря емкости, короткое замыкание и большой ток утеч­ки, могут быть легко обнаружены с помощью мегаомметра, а также омметра или даже простейшего пробника.

Если конденсатор большой емкости исправен, то при подключении к нему пробника стрелка прибора сначала резко отклонится вправо, причем отклонение это будет тем больше, чем больше емкость конденсатора, а затем относительно медленно начнет возвращаться влево и установится над одним из делений в начале шкалы. Если же конденсатор неисправен, то есть потерял емкость или имеет утечку, то в первом случае стрелка прибора вооб­ще не отклонится вправо, а во втором - отклонится почти на всю шкалу, а затем установится на одном из делений в конце ее в зависимости от величины сопротивления утечки. Проверяя конденсатор этим способом, следует всегда обращать внимание на то, не превышает ли напряжение питания прибора допустимого напряжения конденсатора, иначе в конденсаторе может произойти пробой изоляции уже при проверке.

Состояние изоляции у конденсаторов емкостью по­рядка микрофарад, а иногда и десятых долей микрофа­рады может быть оценено и по интенсивности искры, если конденсатор подключить сначала к источнику напряже­ния и зарядить, а затем замкнуть его выводы. Таким спо­собом можно проверять конденсаторы любых типов (кро­ме электролитических).

В ряде случаев вызывает затруднение проверка кон­денсаторов малой емкости (порядка десятков и сотен пикофарад), у которых искра при разряде незначитель­на, а сопротивление утечки настолько велико, что конден­сатор с обрывом вывода может быть легко принят за вполне исправный с высоким сопротивлением утечки.

Рис. 8. К описанию способа измерения емкости электролитического конденсатора

Если имеется несколько однотипных конденсаторов небольшой емкости, то выбрать из них конденсатор с наименьшей утечкой можно с помощью обычного лампо­вого приемника. Антенну в этом случае отсоединяют от приемника, а регулятор громкости устанавливают в по­ложение максимальной громкости. Каждый из конден­саторов, пробивное напряжение которых должно быть больше, чем напряжение на экранной сетке лампы, при­соединяют одним выводом к шасси приемника, а дру­гим - к экранной сетке лампы.

Если утечка конденсатора мала, то щелчок будет слышен только при первом прикосновении к экранной сетке лампы, а все последующие прикосновения не будут сопровождаться щелчками. Если же конденсатор имеет значительную утечку, то щелчком будет сопровождаться каждое прикосновение. Этим способом можно проверять конденсаторы емкостью от 50 пФ до 0,1 мкФ.

Конденсаторы, включенные в цепь высокого напряже­ния, можно проверять другим способом - с помощью вольтметра постоянного тока (на 500 - 600 В), например авометра. Для этого необходимо отпаять вывод конден­сатора, соединенный с шасси приемника или усилителя, и подключить между этим выводом и шасси вольтметр. Затем.приемник или усилитель включают в сеть. Если конденсатор исправен, то стрелка прибора после прогре­ва ламп отклонится на несколько делений, а за­тем вернется на нуль. Ес­ли же стрелка на нуль не возвращается, это указы­вает на наличие утечки в конденсаторе, причем ве­личина тока утечки- в из­вестной мере пропорцио­нальна показаниям вольт­метра.

С помощью омметра или авометра в режиме измерения сопротивлений можно в случае необходимости определить полярность оксидного конденсатора (типа К50-6 и др.). При подключении к конденсатору прибор в. зависимости от того, как подключены щупы, в одном положении покажет большее, а в другом меньшее сопро­тивление. Большее сопротивление соответствует тому случаю, когда плюсовой щуп прибора соединен с поло­жительным полюсом конденсатора.

Рис. 9. Прибор для проверки конденсаторов

Достаточно простым способом - с помощью вольт­метра (авометра) и секундомера можно определить не­известную емкость оксидного конденсатора. Измеритель­ный прибор должен иметь при этом сопротивление не менее 10 кОм/В. Собрав схему рис. 8, конденсатор через размыкающую кнопку Кн1 подключают к источнику постоянного напряжения и заряжают. Если после этого нажать кнопку, то конденсатор начнет разряжаться через вольтметр, причем напряжение на нем будет уменьшаться по экспоненциальному закону. Время, в течение которого напряжение достигнет 0,37 первоначального значения, называется постоянной времени Т. Емкость конденсатора в этом случае рассчитывают по формуле:

C = T/R,

где С - неизвестная емкость конденсатора, мкФ;

Т - постоянная времени, т. е. продолжительность разряда конденсатора до 0,37 первоначального значения, с;

R - сопротивление разрядной цепи, МОм; практиче­ски для схемы рис. 8 R равно сопротивлению добавочного резистора, включенного последова­тельно с рамкой подвижной системы вольтметра. Простой прибор для проверки конденсаторов. Для проверки конденсаторов (емкостью от долей микрофарады до десятков микрофарад) может быть использован также простой прибор, схема которого приведена на рис. 9. Прибор может быть применен для проверки кон­денсаторов разных типов, в том числе и оксидных (элект­ролитических), однако в последнем случае необходимо следить за полярностью их включения. Следует помнить также, что проверять этим способом низковольтные конденсаторы нельзя, так как напряжение, подаваемое на конденсатор, относительно высоко - от 90 до 210 В. Так как в приборе нет разделительного трансформатора, то подключение к нему конденсаторов во избежание по­ражения током следует производить только при пол ном-отключении прибора от сети.

Рис. 10. Способ «подстройки» конденсатора постоянной емко­сти

При проверке подключенных к прибору конденсато­ров переключатель В2 должен быть разомкнут. В слу­чае исправных конденсаторов неоновая лампа вспыхи­вает на короткое время, а затем сразу же погасает. Если конденсатор имеет утечку, лампа погасает медленно. Если конденсатор пробит, лампа светится не погасая.

В случае когда проверяются конденсаторы очень ма­лой емкости, прибор может показать лишь утечку и ко­роткое замыкание.

При проверке конденсаторов большой емкости, на­пример конденсаторов фильтров, переключатель В2 сле­дует замкнуть. Процедура проверки остается прежней. Конденсаторы большой емкости после проверки этим прибором следует разря­жать, так как на них может оставаться заряд.

Подстройка конденсато­ра постоянной емкости. При настройке приемника часто приходится подбирать кон­денсаторы гетеродинных и входных контуров. Если в приемнике используются конденсаторы КТК, то под­бор емкости конденсаторов в этих контурах можно упро­стить. Для этого на корпус конденсатора рядом с выво­дом наматывают плотно несколько витков провода ПЭЛ 0,3 (рис. 10) и один из концов этой спиральки подпаива­ют к выводу конденсаторов. Раздвигая и сдвигая витки спиральки, можно в небольших пределах регулировать емкость конденсатора. Может случиться, что, подключив конец спиральки к одному из выводов конденсатора, до­биться изменения емкости не удается. В этом случае спи­раль следует подпаять к другому выводу.

Замена конденсаторов. При отсутствии конденсатора соответствующей емкости его часто удается заменить двумя (или несколькими) последовательно или парал­лельно соединенными конденсаторами. Общая емкость двух конденсаторов при последовательном соединении может быть рассчитана по формуле:

C Общ =(С1-С2)/(С1 + С2)

где С1 и С2 - емкости каждого из последовательно сое­диненных конденсаторов.

Если конденсаторы соединены параллельно, то общая емкость равна сумме их емкостей.

Оксидные (электролитические) конденсаторы, имеющие полярные выводы, также могут быть включены и параллельно и последовательно. Однако при последовательном их включении всегда следует принимать дополнительные меры для предотвращения пробоя изоляции. Особенно это важно, когда при отсутствии оксидных кон­денсаторов на нужные рабочие напряжения их заменяют конденсаторами меньшего рабочего напряжения. Чтобы выровнять напряжения, параллельно каждому из последовательно соеди­ненных конденсаторов (рис. 11, а) подключают резисто­ры одинакового сопротивле­ния (0,5 - 1,5 МОм). Потери, которые вызываются под­ключением таких резисто­ров, незначительны, и прак­тически не отражаются на работе выпрямителя. Об­щая емкость двух одинако­вых по емкости конденсато­ров, последовательно соеди­ненных по схеме рис. 11, а, равна половине емкости каждого из них.

Оксидные конденсаторы можно включать также встречно-последовательно (рис. 11, б), подсоединяя параллельно каждому из них диоды, рассчитанные на соответствующее напряжение, не меньшее номинальных напряжений каждого из кон­денсаторов. Таким образом соединенные конденсаторы могут работать в цепи переменного тока. При двух оди­наковых по емкости конденсаторах общая емкость их равна емкости одного конденсатора, а общее для всей цепи напряжение - номинальному значению напряжения одного конденсатора.

Рис. 11. Способы включения оксидных конденсаторов:

а - последовательное соединение; б - встречно-последовательное соединение

<< >>

Copyright V.F.Gainutdinov , 2006 - 2016. Все права защищены.
Разрешается републикация материалов сайта в Интернете с обязательным указанием активной ссылки на сайт http://сайт и со ссылкой на автора материала (указание автора, его сайта).

Керамические конденсаторы являются естественным элементом практически любой электронной схемы. Они применяются там, где необходимы способность работать с сигналами меняющейся полярности, хорошие частотные характеристики, малые потери, незначительные токи утечки, небольшие габаритные размеры и низкая стоимость. Там же, где подобные требования пересекаются, керамические конденсаторы практически незаменимы. Но проблемы, связанные с технологией их производства, отводили этому типу конденсаторов, в основном, нишу устройств малой емкости. Действительно, керамический конденсатор на 10 мкФ еще недавно воспринимался как удивительная экзотика, и стоило такое чудо как горсть алюминиевых электролитических тех же емкости и напряжения, либо как несколько аналогичных танталовых.

Однако, развитие технологий позволило сразу нескольким фирмам к настоящему времени сразу нескольким фирмам заявить о достижении их керамическими конденсаторами емкости в 100 мкФ и анонсировать начало производства еще больших значений еще до конца этого года. А сопровождающее этот процесс непрерывное падение цен на все изделия данной группы заставляет внимательнее присмотреться ко вчерашней экзотике, чтоб не отстать от технического прогресса и сохранить конкурентоспособность.

Несколько слов о технологиях. Говоря о керамических конденсаторах, мы будем рассматривать многослойные керамические конденсаторы. На рис.1 представлена структура такого конденсатора, а на рис.2 фотография сильно увеличенного среза изделия одного из мировых лидеров их производства - японской фирмы Murata

Их емкость определяется формулой:
, (1)
где
ε 0 - константа диэлектрической проницаемости вакуума,
ε - константа диэлектрической проницаемости используемой в качестве диэлектрика керамики,
S 0 - активная площадь одного электрода,
n - число слоев диэлектрика,
d - толщина слоя диэлектрика.

Таким образом, увеличения емкости конденсатора можно добиться уменьшением толщины слоев диэлектрика, увеличением числа электродов, их активной площади, увеличением диэлектрической проницаемости диэлектрика.
Уменьшение толщины диэлектрика и связанная с этим возможность увеличения количества электродов - основной способ увеличения емкости керамических конденсаторов. Но снижение толщины диэлектрика приводит с снижению напряжения пробоя. Потому конденсаторы большой емкости трудно найти на высокое рабочее напряжение.
Увеличение числа слоев - процесс технологически связанный с уменьшением толщины единичного слоя. Рис.3 отображает технологические тенденции последних лет в этой области, представленные фирмой Murata.

Увеличение активной площади одного электрода - это увеличение габаритных размеров конденсатора - крайне неприятное явление, приводящее к резкому росту стоимости изделия.
Увеличение диэлектрической проницаемости при заметном увеличении емкости приводит к существенному ухудшению температурной стабильности и сильной зависимости емкости от приложенного напряжения.
Теперь рассмотрим возможности и особенности применения керамических конденсаторов большой емкости. Перед началом обсуждения стоит обратить внимание на уже имеющиеся предложения и ближайшие планы лидеров отрасли фирм Murata и Samsung Electro-Mechanics, представленные ниже.

Естественной областью применения подобного спектра керамических конденсаторов большой емкости может быть замена ими танталовых и алюминиевых конденсаторов для поверхностного монтажа в схемах подавления пульсаций, разделения постоянной и переменной составляющих электрического сигнала, интегрирующих цепочках. Однако, при этом необходимо учитывать принципиальные различия между этими группами деталей, делающие, в большинстве случаев, бессмысленными замены типа: электролитический конденсатор номиналx напряжения на аналогичные номиналx напряжение керамического конденсатора. Рассмотрим коротко основные причины этого.

Частотные свойства конденсаторов определяет зависимость их импеданса и эквивалентного последовательного сопротивления (ESR)от частоты. Типичные зависимости такого рода для керамических, танталовых и алюминиевых конденсаторов приведены на рис.4 и рис.5.

Таким образом, для обеспечения одинакового с танталовым конденсатором в 10 мкФ уровня подавления пульсаций частотой 1 МГц можно использовать керамический конденсатор емкостью 1,0-2,2 мкФ. Экономия места на плате и денег очевидна.

Низкое эквивалентное последовательное сопротивление и связанные с ним малые потери позволяют значительно сильнее нагружать керамические конденсаторы, нежели электролитические, несмотря на их значительно более скромные габаритные размеры, не вызывая при этом критического для детали разогрева. Сравнительные кривые разогрева конденсаторов токами пульсации различной частоты приведены на рис.6.

Еще одним и немалым плюсом керамических конденсаторов является их способность кратковременно держать высокие напряжения перегрузки, многократно превышающие номинальные. Тот, кто выбирал сглаживающие конденсаторы для импульсных источников питания, знает как это важно! Ибо там в моменты запуска и выключения могут генерироваться импульсы до нескольких значений выходного напряжения, заставляя использовать электролитические конденсаторы с большим запасом по напряжению.

Сравнительную характеристику напряжения пробоя для различных типов конденсаторов по результатам тестов, проведенных фирмой Murata, приведены на рис.7

Теперь несколько слов о грустном. При всех своих достоинствах, керамические конденсаторы большой емкости производятся с использованием диэлектриков типа X7R/X5R и Y5V. Их отличительной особенностью является сильная зависимость диэлектрической проницаемости, а с ней, согласно (1), и емкости от температуры и приложенного напряжения. Типичные зависимости такого рода для конденсаторов разных типов показаны на рисунках 8 и 9.

Из них видим, что при достаточно жестких требованиях к стабильности номинала, например во времязадающих цепях, или при развязке постоянной и переменной составляющих, на замену электролитическим конденсаторам можно рекомендовать только керамические с диэлектриками X5R/X7R, последний из которых может оказаться еще более интересным, если принять во внимание его допустимый диапазон рабочих температур: -55°С +125°С, позволяющий ему найти применение как в аппаратуре, рассчитанной на работу на улице в условиях севера, так и в автомобильной технике, с ее жесткими требованиями к сохранению работоспособности при высоких температурах.

Однако, для сглаживающего конденсатора стабильность номинала не является критическим параметром. Потому можно рассчитывать на высокую востребованность и емкостей на основе менее стабильной керамики Y5V, из которой можно получить детали меньшего габарита и стоимости.

Валерий Степуков

Конденсаторы (от лат. condenso - уплотняю, сгущаю) - это радиоэлементы с сосредоточенной электрической емкостью, образуемой двумя или большим числом электродов (обкладок), разделенных диэлектриком (специальной тонкой бумагой, слюдой, керамикой и т. д.). Емкость конденсатора зависит от размеров (площади) обкладок, расстояния между ними и свойств диэлектрика.

Важным свойством конденсатора является то, что для переменного тока он представляет _ собой сопротивление, величина которого уменьшается с ростом частоты.

Как и резисторы, конденсаторы разделяют на конденсаторы постоянной емкости, конденсаторы переменной емкости (КПЕ), подстроечные и саморегулирующиеся. Наиболее распространены конденсаторы постоянной емкости. Их применяют в колебательных контурах, различных фильтрах, а также для разделения цепей постоянного и переменного токов и в качестве блокировочных элементов.

Конденсаторы постоянной емкости. Условное графическое обозначение конденсатора постоянной емкости-две параллельные липни - символизирует его основные части: две обкладки и диэлектрик между ними. Около обозначения конденсатора на схеме обычно указывают его номинальную емкость, а иногда и номинальное напряжение. Основная единица измерения емкости - фарад (Ф) - емкость такого уединенного проводника, потенциал которого возрастает на один вольт при увеличении заряда на один кулон. Это очень большая величина, которая на практике не применяется. В радиотехнике используют конденсаторы емкостью от долей пикофарада (пФ) до десятков тысяч микрофарад (мкФ).

Согласно ГОСТ 2.702-75 номинальную емкость от 0 до 9 999 пФ указывают на схемах в пикофарадах без обозначения единицы измерения, от 10 000 пФ до 9 999 мкФ - в микрофарадах с обозначением единицы измерения буквами мк.

Номинальную емкость и допускаемое отклонение от нее, а в некоторых случаях и номинальное напряжение указывают на корпусах конденсаторов .

В зависимости от их размеров номинальную емкость и допускаемое отклонение указывают в полной или сокращенной (кодированной) форме. Полное обозначение емкости состоит из соответствующего числа и единицы измерения, причем, как и на схемах, емкость от 0 до 9 999 пФ указывают в пикофарадах (22 пФ, 3 300 пФ и т. д.), а от 0,01 до 9 999 мкФ -в микрофарадах (0,047 мкФ, 10 мкФ и т. д.). В сокращенной маркировке единицы измерения емкости обозначают буквами П (пикофарад), М (микрофарад) и Н (нанофарад; 1 нано-фарад=1000 пФ = 0,001 мкФ). При этом емкость от 0 до 100 пФ обозначают в пикофарадах, помещая букву П либо после числа (если оно целое), либо на месте запятой (4,7 пФ - 4П7; 8,2 пФ -8П2; 22 пФ - 22П; 91 пФ - 91П и т. д.). Емкость от 100 пФ (0,1 нФ) до 0,1 мкФ (100 нФ) обозначают в на нофарадах, а от 0,1 мкФ и выше - в микрофарадах. В этом случае, если емкость выражена в долях нанофарада или микрофарада, соответствующую единицу измерения помещают на месте нуля и запятой (180 пФ=0,18 нФ-Н18; 470 пФ=0,47 нФ -Н47; 0,33 мкФ -МЗЗ; 0,5 мкФ -МбО и т. д.), а если число состоит из целой части и дроби - на месте запятой (1500 пФ= 1,5 нФ - 1Н5; 6,8 мкФ - 6М8 и т. д.). Емкости конденсаторов, выраженные целым числом соответствующих единиц измерения, указывают обычным способом (0,01 мкФ -ЮН, 20 мкФ - 20М, 100 мкФ - 100М и т. д.). Для указания допускаемого отклонения емкости от номинального значения используют те же кодированные обозначения, что и для резисторов.

Потери в конденсаторах , определяемые в основном потерями в диэлектрике, возрастают при повышении температуры, влажности и частоты. Наименьшими потерями обладают конденсаторы с диэлектриком из высокочастотной керамики, со слюдяными и пленочными диэлектриками, наибольшими - конденсаторы с бумажным диэлектриком и из сегнетокерамики. Это обстоятельство необходимо учитывать при замене конденсаторов в радиоаппаратуре. Изменение емкости конденсатора под воздействием окружающей среды (в основном, ее температуры) происходит из-за изменения размеров обкладок, зазоров между ними и свойств диэлектрика. В зависимости от конструкции и примененного диэлектрика конденсаторы характеризуются различным температурным коэффициентом емкости (ТКЕ), который показывает относительное изменение емкости при изменении температуры на один градус; ТКЕ может быть положительным и отрицательным. По значению и знаку этого параметра конденсаторы разделяются на группы, которым присвоены соответствующие буквенные обозначения и цвет окраски корпуса.

Для сохранения настройки колебательных контуров при работе в широком интервале температур часто используют последовательное и параллельное соединение конденсаторов , у которых ТКЕ имеют разные знаки. Благодаря этому при изменении температуры частота настройки такого термокомпенсированного контура остается практически неизменной.

Как и любые проводники, конденсаторы обладают некоторой индуктивностью. Она тем больше, чем длиннее и тоньше выводы конденсатора , чем больше размеры его обкладок и внутренних соединительных проводников.

Наибольшей индуктивностью обладают бумажные конденсаторы , у которых обкладки выполнены в виде длинных лент из фольги, свернутых вместе с диэлектриком в рулон круглой или иной формы. Если не принято специальных мер, такие конденсаторы плохо работают на частотах выше нескольких мегагерц. Поэтому на практике для обеспечения работы блокировочного конденсатора в широком диапазоне частот параллельно бумажному подключают керамический или слюдяной конденсатор небольшой емкости.

Однако существуют бумажные конденсаторы и с малой собственной индуктивностью. В них полосы фольги соединены с выводами не в одном, а во многих местах. Достигается это либо полосками фольги, вкладываемыми в рулон при намотке, либо смещением полос (обкладок) к противоположным концам рулона и пропайкой их

Для защиты от помех, которые могут проникнуть в прибор через цепи питания и наоборот, а также для различных блокировок используют так называемые проходные конденсаторы . Такой конденсатор имеет три вывода, два из.которых представляют собой сплошной токонесущий стержень, проходящий через корпус конденсатора. К этому стержню присоединена одна из обкладок конденсатора . Третьим выводом является металлический корпус, с которым соединена вторая обкладка. Корпус проходного конденсатора закрепляют непосредственно на шасси или экране, а токоподводящий провод (цепь питания) припаивают к его среднему выводу. Благодаря такой конструкции токи высокой частоты замыкаются на шасси или экран устройства, в то время как постоянные токи проходят беспрепятственно. На высоких частотах применяют керамические проходные конденсаторы , в которых роль одной из обкладок играет сам центральный проводник, а другой - слой металлизации, нанесенный на керамическую трубку.

С той же целью, что и проходные, применяют опорные конденсаторы , представляющие собой своего рода монтажные стойки, устанавливаемые на металлическом шасси. Обкладку, соединяемую с ним, выделяют в обозначении такого конденсатора тремя наклонными линиями, символизирующими «заземление»

Для работы в диапазоне звуковых частот, а также для фильтрации выпрямленных напряжений питания необходимы конденсаторы , емкость которых измеряется десятками, сотнями и даже тысячами микрофарад. Такую емкость при достаточно малых размерах имеют оксидные конденсаторы (старое название - электролитические). В них роль одной обкладки (анода) играет алюминиевый или танталовый электрод, роль диэлектрика - тонкий оксидный слой, нанесенный на него, а роль другой обкладки (катода) - специальный электролит, выводом которого часто служит металлический корпус конденсатора . В отличие от других большинство типов оксидных конденсаторов полярны, т. е. требуют для нормальной работы поляризующего напряжения. Это значит, что включать их можно только в цепи постоянного или пульсирующего напряжения и только в той полярности (катод - к минусу, анод - к плюсу), которая указана на корпусе. Невыполнение этого условия приводит к выходу конденсатора из строя, что иногда сопровождается мощнейшим взрывом.

Оксидные конденсаторы очень чувствительны к перенапряжениям, поэтому на схемах часто указывают не только их номинальную емкость, но и номинальное напряжение.

С целью уменьшения размеров в один корпус иногда заключают два конденсатора , но выводов делают только три (один - общий).

Конденсаторы переменной емкости (КПЕ). Конденсатор переменной емкости состоит из двух групп металлических пластин, одна из которых может плавно перемещаться по отношению к другой. При этом движении пластины подвижной части (ротора) обычно вводятся в зазоры между пластинами неподвижной части (статора), в результате чего площадь перекрытия одних пластин другими, а следовательно, и емкость изменяются. Диэлектриком в КПЕ чаще всего служит воздух. В малогабаритной аппаратуре, например в транзисторных карманных приемниках, широкое применение нашли КПЕ с твердым диэлектриком, в качестве которого используют пленки из износостойких высокочастотных диэлектриков (фторопласта, полиэтилена и т. п.). Параметры КПЕ с твердым диэлектриком несколько хуже, но зато они значительно дешевле в производстве и размеры их намного меньше, чем КПБ с воздушным диэлектриком.

Основными параметрами КПЕ, позволяющими оценить его возможности при работе в колебательном контуре, являются минимальная и максимальная емкость, которые, как правило, указывают на схеме рядом с символом КПЕ.

В большинстве радиоприемников и радиопередатчиков для одновременной настройки нескольких колебательных контуров применяют блоки КПЕ, состоящие из двух, трех и более секций. Роторы в таких блоках закреплены на одном общем валу, вращая который можно одновременно изменять емкость всех секций. Крайние пластины роторов часто делают разрезными (по радиусу). Это позволяет еще на заводе отрегулировать блок так, чтобы емкости всех секций были одинаковыми в любом положении ротора.

В измерительной аппаратуре, например в плечах емкостных мостов, находят применение так называемые дифференциальные (от лат. differentia - различие) конденсаторы . У них две группы статорных и одна - роторных пластин, расположенные так, что когда роторные пластины выходят из зазоров между пластинами одной группы статора, они в то же время входят между пластинами другой. При этом емкость между пластинами первого статора и пластинами ротора уменьшается, а между пластинами ротора и второго статора увеличивается. Суммарная же емкость между ротором и обоими статорами остается неизменной.

Подстроечные конденсаторы . Для установки начальной емкости колебательного контура, определяющей максимальную частоту его настройки, применяют подстроечные конденсаторы , емкость которых можно изменять от единиц пикофарад до нескольких десятков пикофарад (иногда и более). Основное требование к ним - плавность изменения емкости и надежность фиксации ротора в установленном при настройке положении. Оси подстроечных конденсаторов (обычно короткие) имеют шлиц, поэтому регулирование их емкости возможно только с применением инструмента (отвертки). В радиовещательной аппаратуре наиболее широко применяют конденсаторы с твердым диэлектриком.

Конструкция керамического подстроечного конденсатора (КПК) одного из наиболее распространена. Он состоит из керамического основания (статора) и подвижно закрепленного на нем керамического диска (ротора). Обкладки конденсатора -тонкие слои серебра - нанесены методом вжигания на статор и наружную сторону ротора. Емкость изменяют вращением ротора. В простейшей аппаратуре применяют иногда проволочные подстроечные конденсаторы . Такой элемент состоит из отрезка медной проволоки диаметром 1 ... 2 и длиной 15 ... 20 мм, на который плотно, виток к витку, намотан изолированный провод диаметром-0,2... 0,3 мм. Емкость изменяют отматыванием провода, а чтобы обмотка не сползла, ее пропитывают каким-либо изоляционным составом (лаком, клеем и т. п.).

Саморегулируемые конденсаторы . Используя в качестве диэлектрика специальную керамику, диэлектрическая проницаемость которой сильно зависит от напряженности электрического поля, можно получить конденсатор , емкость которого зависит от напряжения на его обкладках. Такие конденсаторы получили название варикондов (от английских слов vari (able) - переменный и cond(enser) -конденсатор). При изменении напряжения от нескольких вольт до номинального емкость вариконда изменяется в 3-6 раз.

Вариконды можно использовать в различных устройствах автоматики, в генераторах качающейся частоты, модуляторах, для электрической настройки колебательных контуров и т. д.

Условное обозначение вариконда - символ конденсатора со знаком нелинейного саморегулирования и латинской буквой U.

Аналогично построено обозначение термоконденсаторов, применяемых в электронных наручных часах. Фактор, изменяющий емкость такого конденсатора-температуру среды - обозначают символом t°.

Допускаемое отклонение емкости любого конденсатора от номинала обычно указывают в процентах, но на конденсаторах очень малых емкостей допускаемое отклонение от номинала обозначают в пикофарадах. Если на конденсаторе указано «100± 10%», это означает, что емкость его не может быть меньше 90,и больше 11О пФ. Если в маркировке допуск не указан, то у такого конденсатора допускаемое отклонение от номинала ±20%. На конденсаторах , изготовляемых только с одним, определенным допускаемым отклонением от номинала, например, оксидных (старое название - электролитические) конденсаторов серии КЭ, сегнетокерамических КДС, допуск также не указывается.

Следует, однако, иметь в виду, что запас по напряжению не должен слишком завышаться, так как у конденсаторов с большим номинальным напряжением обычно больше габариты, что приводит к увеличению габаритов всего устройства в целом, а также в конечном итоге к повышению стоимости устройства.

Оксидные конденсаторы (или как их ранее называли - электролитические) не рекомендуется использовать при напряжениях переменной составляющей, близких к половине рабочего напряжения конденсатора . Это объясняется особенностями устройства и режимом их работы.

При нормальной температуре фактическая емкость оксидного конденсатора может быть на 20% меньше и на 80% больше обозначенной на его корпусе. При максимальной рабочей температуре, которая для конденсатора широкого применения составляет 70 - 80°С, емкость может увеличиваться на 20 - 30% по сравнению с измеренной при нормальной температуре. У конденсаторов , предназначенных для бытовой аппаратуры, емкость при температуре - 10° С может уменьшиться в два раза но сравнению с емкостью при нормальной температуре (кондсенсаторы К50-6, К50-7). В аппаратуре для полевых, условий работы используются конденсаторы (К50-3, К50-ЗА, К50-ЗБ), у которых емкость снижается не более чем в два раза при температуре - 40 ... - 60° С.

Оксидные конденсаторы полярны. Они хорошо работают в цепях постоянного и пульсирующего напряжения. Вместе с тем выпускаются и неполярные оксидные конденсаторы с алюминиевыми и танталовыми фольговыми электродами. Такие конденсаторы могут работать в цепях переменного тока.

Номинальные напряжения выпускаемых промышленностью оксидных конденсаторов находятся в пределах от 3 до 450 В, а номинальные емкости - от долей микрофарады до нескольких тысяч микрофарад, причем конденсаторы с большой емкостью, как правило, имеют меньшие номинальные напряжения.

Так как максимально допустимое напряжение включает в себя и амплитуду переменной составляющей, то для полярных оксидных конденсаторов с рабочим напряжением 100 - 450 В величина переменной составляющей не должна превышать 8% от этих напряжений. Чем больше емкость и номинальное напряжение, тем меньше допустимая амплитуда переменного тока. Если переменная составляющая имеет большую величину, оксидный конденсатор перегревается. В таких случаях оксидные конденсаторы следует заменять конденсаторами других типов, например, бумажными большой емкости.

К особенностям оксидных конденсаторов относится и то, что в фильтрах выпрямителей их можно применять лишь на частотах до 1000 Гц. При повышении частоты (выше 50 Гц) действующая емкость их будет становиться все меньше и меньше по отношению к номинальной, При более высоких частотах допустимая амплитуда переменной составляющей также уменьшается обратно пропорционально частоте. Так, при частоте 100 Гц допустимая амплитуда вдвое меньше, чем при частоте 50 Гц.

Оксидные конденсаторы имеют сравнительно низкое сопротивление изоляции. При номинальном для данного типа конденсаторов рабочем напряжении ток утечки может доходить до 0,1 мА на каждую микрофараду емкости. Утечка свыше этой нормы свидетельствует о плохом качестве конденсатора . Такой конденсатор необходимо заменить.

Оксидные конденсаторы применяют преимущественно в фильтрах блоков питания, в развязывающих фильтрах, а в транзисторной аппаратуре - в цепях связи между транзисторными каскадами и для шунтирования резисторов в цепях эмиттеров транзисторов.

Как и для других радиодеталей, требования к жесткости допускаемых отклонений емкости от номинального значения определяются для конденсаторов в зависимости от того, какую функцию они выполняют в том или другом аппарате. Так, для конденсаторов , шунтирующих резисторы в цепях катодов ламп усилителей ВЧ и ПЧ, конденсаторов фильтра и блокирующих в анодных и экранных цепях, емкости могут быть сколь угодно большие, но не меньше номинальной, указанной на схеме; для разделительных конденсаторов, применяемых в усилителях низкой частоты, отклонения от номинала могут составлять 20 - 30%. Емкость конденсаторов , применяемых в корректирующих цепях, улучшающих частотную характеристику усилителей низкой частоты, не должна отличаться более чем на ±10% от расчетной.

Тип диэлектрика, используемого в конденсаторе , играет решающую роль при определении области применения конденсатора . В колебательных контурах диапазона длинных и средних волн можно использовать практически конденсаторы самых разных типов, в том числе и со слюдяным диэлектриком, хотя такие конденсаторы не всегда обладают достаточно малыми потерями.

Во всех цепях токов высокой частоты можно применять керамические конденсаторы (при емкостях до 1000 - 5000 пФ) или безындукционные бумажные (при емкостях более 1000 - 5000 пФ).

В цепях экранирующих сеток ламп и в анодных фильтрах высокочастотных, каскадов для развязывания цепей допустимо применять безындукционные бумажные конденсаторы ; при этом должна быть заземлена или соединена с проводом общего минуса наружная обкладка конденсатора (этот вывод помечается соответствующим знаком на корпусе или торце безындукционных конденсаторов ). В низкочастотных каскадах все конденсаторы могут быть бумажные.

Конденсаторы переменной емкости для настройки колебательного контура приемников желательно иметь с воздушным диэлектриком. Еще в большей мере это от- носится к колебательным контурам измерительных приборов. Из подстроечных конденсаторов лучшими являются конденсаторы с воздушными и керамическими диэлектриками.

Основные неисправности конденсаторов : пробой изоляции (короткое замыкание между обкладками), большой ток утечки (плохая изоляция между обкладками), обрыв выводов, а у оксидных (электролитических) - и потеря емкости.

Проверка исправности конденсаторов . Неисправности конденсаторов , особенно большой емкости, такие, как потеря емкости, короткое замыкание и большой ток утечки, могут быть легко обнаружены с помощью мегаомметра, а также омметра или даже простейшего пробника.

Если конденсатор большой емкости исправен, то при подключении к нему пробника стрелка прибора сначала резко отклонится вправо, причем отклонение это будет тем больше, чем больше емкость конденсатора , а затем относительно медленно начнет возвращаться влево и установится над одним из делений в начале шкалы. Если же конденсатор неисправен, то есть потерял емкость или имеет утечку, то в первом случае стрелка прибора вообще не отклонится вправо, а во втором - отклонится почти на всю шкалу, а затем установится на одном из делений в конце ее в зависимости от величины сопротивления утечки. Проверяя конденсатор этим способом, следует всегда обращать внимание на то, не превышает ли напряжение питания прибора допустимого напряжения конденсатора , иначе в конденсаторе может произойти пробой изоляции уже при проверке.

Состояние изоляции у конденсаторов емкостью порядка микрофарад, а иногда и десятых долей микрофарады может быть оценено и по интенсивности искры, если конденсатор подключить сначала к источнику напряжения и зарядить, а затем замкнуть его выводы. Таким способом можно проверять конденсаторы любых типов (кроме электролитических).

В ряде случаев вызывает затруднение проверка конденсаторов малой емкости (порядка десятков и сотен пикофарад), у которых искра при разряде незначительна, а сопротивление утечки настолько велико, что конденсатор с обрывом вывода может быть легко принят за вполне исправный с высоким сопротивлением утечки.

С помощью омметра или авометра в режиме измерения сопротивлений можно в случае необходимости определить полярность оксидного конденсатора (типа К50-6 и др.). При подключении к конденсатору прибор в. зависимости от того, как подключены щупы, в одном положении покажет большее, а в другом меньшее сопротивление. Большее сопротивление соответствует тому случаю, когда плюсовой щуп прибора соединен с положительным полюсом конденсатора .

Оксидные (электролитические) конденсаторы , имеющие полярные выводы, также могут быть включены и параллельно и последователыю. Однако при последовательном их включении всегда следует принимать дополнительные меры для предотвращения пробоя изоляции. Особенно это важно, когда при отсутствии оксидных конденсаторов на нужные рабочие напряжения их заменяют конденсаторами меньше-го рабочего напряжения. Чтобы выровнять напряжения, параллельно каждому из последовательно соединенных конденсаторов подключают резисторы одинакового сопротивления (0,5 - 1,5 МОм). Потери, которые вызываются подключением таких резисторов, незначительны, и практически не отражаются на-работе выпрямителя. Общая емкость двух одинаковых по емкости конденсаторов , последовательно соединенных, равна половине емкости каждого из них.

При конструировании и ремонте электронной техники часто возникает необходимость в проверке радиоэлементов, в том числе и конденсаторов . О том, как с достоверной точностью проверить исправность конденсаторов перед их использованием и пойдёт речь.

Самым доступным и распространённым прибором, с помощью которого можно проверить практически любой конденсатор , является цифровой мультиметр, включенный в режим омметра.

Наиболее важным является проверка конденсатора на пробой.

Пробой конденсатора – это неисправность, связанная с изменением сопротивления диэлектрика между обкладками конденсатора вследствие превышения допустимого рабочего напряжения на обкладках конденсатора.

При значительном превышении рабочего напряжения на конденсаторе , между его обкладками происходит электрический пробой. На корпусе пробитых конденсаторов можно обнаружить потемнения, вздутия, тёмные пятна и другие внешние признаки неисправности элемента.

Поскольку конденсатор не пропускает постоянный ток, то сопротивление между его выводами (обкладками) должно быть очень большим и ограничиваться лишь так называемым сопротивлением утечки. В реальных конденсаторах диэлектрик, несмотря на то, что он является, по сути, изолятором, пропускает незначительный ток. Этот ток для исправного конденсатора очень мал и не учитывается. Он называется током утечки.

Данный способ подходит для проверки неполярных конденсаторов . В неполярных конденсаторах, в которых диэлектриком является слюда, керамика, бумага, стекло, воздух, сопротивление утечки бесконечно большое и если измерить сопротивление между выводами такого конденсатора цифровым мультиметром, то прибор зафиксирует бесконечно большое сопротивление.

Обычно, если у конденсатора присутствует электрический пробой, то сопротивление между его обкладками составляет довольно малую величину – несколько единиц или десятки Ом. Пробитый конденсатор , по сути, является обычным проводником.

На практике проверить на пробой любой неполярный конденсатор можно так:

Переключаем цифровой мультиметр в режим измерения сопротивления и устанавливаем самый большой из возможных пределов измерения сопротивления.
Далее подключаем измерительные щупы к выводам проверяемого конденсатора . При исправном конденсаторе прибор не покажет никакого значения и на дисплее засветиться единичка. Это свидетельствует о том, что сопротивление утечки конденсатора более 2 Мегаом. Этого достаточно, чтобы в большинстве случаев судить об исправности конденсатора . Если цифровой мультиметр чётко зафиксирует какое-либо сопротивление, меньшее 2 Мегаом, то, скорее всего, конденсатор неисправен.

Следует учесть, что держаться обеими руками выводов и щупов мультиметра при измерении нельзя. Так как в таком случае прибор зафиксирует сопротивление Вашего тела, а не сопротивление утечки конденсатора . Поскольку сопротивление тела человека меньше сопротивления утечки, то ток потечёт по пути наименьшего сопротивления, то есть через ваше тело по пути рука – рука. Поэтому не стоит забывать о правилах при проведении измерения сопротивления.

Проверка полярных электролитических конденсаторов с помощью омметра несколько отличается от проверки неполярных.

Сопротивление утечки полярных конденсаторов обычно составляет не менее 100 кОм. Для более качественных полярных конденсаторов это значение не менее 1 Мегаом. При проверке таких конденсаторов омметром следует сначала разрядить конденсатор , замкнув выводы накоротко.

Далее необходимо установить предел измерения сопротивления не ниже 100 килоОм. Для упомянутых выше конденсаторов это будет предел 200k (200.000 Ом). Далее соблюдая полярность подключения щупов, измеряют сопротивление утечки конденсатора . Так как электролитические конденсаторы имеют довольно высокую емкость, то при проверке конденсатор начнёт заряжаться. Этот процесс занимает несколько секунд, в течение которых сопротивление на цифровом дисплее будет расти, и будет расти до тех пор, пока конденсатор не зарядится. Если значение измеряемого сопротивления перевалило за 100 килоОм, то в большинстве случаев можно с достаточной уверенностью судить об исправности конденсатора .

Ранее, когда среди радиолюбителей были распространены стрелочные омметры, проверка конденсаторов проводилась аналогичным образом. При этом конденсатор заряжался от батареи омметра и сопротивление, показываемое стрелочным прибором росло, в конечном итоге достигая значения сопротивления утечки.

По скорости отклонения стрелки измерительного прибора от нуля и до конечного значения оценивали емкость электролитического конденсатора . Чем дольше проходила зарядка (дольше отклонялась стрелка прибора), тем соответственно, была больше ёмкость конденсатора . Для конденсаторов с небольшой ёмкостью (1 – 100 мкф) стрелка измерительного прибора отклонялась достаточно быстро, что свидетельствовало о небольшой ёмкости конденсатора , а вот при проверке конденсаторов с большой ёмкостью (1000 мкф и более), стрелка отклонялась значительно медленнее.
Проверка конденсаторов с помощью омметра является косвенным методом. Более точную и правдивую оценку об исправности конденсатора и его параметрах позволяет получить мультиметр с возможностью измерения ёмкости конденсатора.

При проверке электролитических конденсаторов необходимо перед проведением измерения ёмкости полностью разрядить проверяемый конденсатор . Особенно этого правила стоит придерживаться при проверке полярных конденсаторов , имеющих большую ёмкость и высокое рабочее напряжение. Если этого не сделать, то можно испортить измерительный прибор.

Например, часто приходиться проверять исправность конденсаторов , которые выполняют роль фильтрующих, и применяются в импульсных блоках питания. Их ёмкость и рабочее напряжение достаточно велики и при неполном разряде могут привести к порче измерительного прибора.

Поэтому такие конденсаторы перед проверкой следует разрядить, закоротив выводы накоротко (для низковольтных конденсаторов с малой ёмкостью), либо подсоединив к выводам резистор, сопротивлением 5-10 килоОм (для высоковольтных конденсаторов ). При проведении данной операции не стоит касаться руками выводов конденсатора , иначе можно получить неприятный удар током при разряде обкладок. При закорачивании выводов заряженного электролитического конденсатора проскакивает искра. Чтобы исключить появление искры, выводы высоковольтных конденсаторов и закорачивают через резистор.

Одной из существенных неисправностей электролитических конденсаторов является частичная потеря ёмкости, вызванная повышенной утечкой. В таких случаях ёмкость конденсатора заметно меньше, чем указанная на корпусе. Определить такую неисправность при помощи омметра довольно сложно. Для точного обнаружения такой неисправности, как потеря ёмкости потребуется измеритель ёмкости, который есть не в каждом мультиметре.

Также с помощью омметра трудно обнаружить такую неисправность конденсатора как обрыв. При обрыве конденсатор электрически представляет собой два изолированных проводника не имеющих никакой ёмкости.

Для полярных электролитических конденсатором косвенным признаком обрыва может служить отсутствие изменения показаний на дисплее мультиметра при замере сопротивления. Для неполярных конденсаторов малой ёмкости обнаружить обрыв практически невозможно, поскольку исправный конденсатор также имеет очень высокое сопротивление.

Обнаружить обрыв в конденсаторе возможно лишь с помощью приборов для измерения ёмкости конденсатора.

На практике обрыв в конденсаторах встречается довольно редко, в основном при механических повреждениях. Куда чаще при ремонте аппаратуры приходиться заменять конденсаторы , имеющие электрический пробой либо частичную потерю ёмкости.
Например, люминесцентные компактные лампы частенько выходят из строя по причине электрического пробоя конденсаторов в электронной схеме преобразователя.

Причиной неисправности телевизора может служить потеря ёмкости электролитического конденсатора в схеме источника питания.

Потеря ёмкости электролитическими конденсаторами легко обнаруживается при замере ёмкости таких конденсаторов с помощью мультиметров с функцией измерения ёмкости.
Неисправность конденсатора можно определить при внешнем осмотре, например, корпус электролитических конденсаторов имеет разрыв насечки в верхней части корпуса. Это свидетельствует о том, что на конденсатор действовало завышенное напряжение, вследствие чего и произошёл, так называемый "взрыв” конденсатора. Корпуса неполярных конденсаторов при значительном превышении рабочего напряжения имеют свойство раскалываться, на поверхности образуются расколы и трещины.

Такие дефекты конденсаторов появляются, например, при воздействии мощного электрического разряда на электронный прибор во время грозовых разрядов и сильных скачков напряжения электроосветительной сети.

Электрическая емкость земного шара, как известно из курса физики, составляет примерно 700 мкФ. Обычный конденсатор такой емкости можно сравнить по весу и объему с кирпичом. Но есть и конденсаторы с электроемкостью земного шара, равные по своим размерам песчинке - суперконденсаторты.

Появились такие приборы сравнительно недавно, лет двадцать назад. Их называют по-разному: ионисторами, иониксами или просто суперконденсаторами.

Не думайте, что они доступны лишь каким-то аэрокосмическим фирмам высокого полета. Сегодня можно купить в магазине ионистор размером с монету и емкостью в одну фараду, что в 1500 раз больше емкости земного шара и близко к емкости самой большой планеты Солнечной системы - Юпитера.

Любой конденсатор запасает энергию. Чтобы понять, сколь велика или мала энергия, запасаемая в ионисторе, важно ее с чем-то сравнить. Вот несколько необычный, зато наглядный способ.

Энергии обычного конденсатора достаточно, чтобы он мог подпрыгнуть примерно на метр-полтора. Крохотный ионистор типа 58-9В, имеющий массу 0,5 г, заряженный напряжением 1 В, мог бы подпрыгнуть на высоту 293 м!

Иногда думают, что ионисторы способны заменить любой аккумулятор. Журналисты живописали мир будущего с бесшумными электромобилями на суперконденсаторах. Но пока до этого далеко. Ионистор массой в один кг способен накопить 3000 Дж энергии, а самый плохой свинцовый аккумулятор - 86 400 Дж - в 28 раз больше. Однако при отдаче большой мощности за короткое время аккумулятор быстро портится, да и разряжается только наполовину. Ионистор же многократно и без всякого вреда для себя отдает любые мощности, лишь бы их могли выдержать соединительные провода. Кроме того, ионистор можно зарядить за считаные секунды, а аккумулятору на это обычно нужны часы.

Это и определяет область применения ионистора. Он хорош в качестве источника питания устройств, кратковременно, но достаточно часто потребляющих большую мощность: электронной аппаратуры, карманных фонарей, автомобильных стартеров, электрических отбойных молотков. Ионистор может иметь и военное применение как источник питания электромагнитных орудий. А в сочетании с небольшой электростанцией ионистор позволяет создавать автомобили с электроприводом колес и расходом топлива 1-2 л на 100 км.

Ионисторы на самую разную емкость и рабочее напряжение есть в продаже, но стоят они дороговато. Так что если есть время и интерес, можно попробовать сделать ионистор самостоятельно. Но прежде чем дать конкретные советы, немного теории.

Из электрохимии известно: при погружении металла в воду на его поверхности образуется так называемый двойной электрический слой, состоящий из разноименных электрических зарядов - ионов и электронов. Между ними действуют силы взаимного притяжения, но заряды не могут сблизиться. Этому мешают силы притяжения молекул воды и металла. По сути своей двойной электрический слой не что иное, как конденсатор. Сосредоточенные на его поверхности заряды выполняют роль обкладок. Расстояние между ними очень мало. А, как известно, емкость конденсатора при уменьшении расстояния между его обкладками возрастает. Поэтому, например, емкость обычной стальной спицы, погруженной в воду, достигает нескольких мФ.

По сути своей ионистор состоит из двух погруженных в электролит электродов с очень большой площадью, на поверхности которых под действием приложенного напряжения образуется двойной электрический слой. Правда, применяя обычные плоские пластины, можно было бы получить емкость всего лишь в несколько десятков мФ. Для получения же свойственных ионисторам больших емкостей в них применяют электроды из пористых материалов, имеющих большую поверхность пор при малых внешних размерах.

На эту роль были перепробованы в свое время губчатые металлы от титана до платины. Однако несравненно лучше всех оказался… обычный активированный уголь. Это древесный уголь, который после специальной обработки становится пористым. Площадь поверхности пор 1 см3 такого угля достигает тысячи квадратных метров, а емкость двойного электрического слоя на них - десяти фарад!

Самодельный ионистор На рисунке 1 изображена конструкция ионистора. Он состоит из двух металлических пластин, плотно прижатых к «начинке» из активированного угля. Уголь уложен двумя слоями, между которыми проложен тонкий разделительный слой вещества, не проводящего электроны. Все это пропитано электролитом.

При зарядке ионистора в одной его половине на порах угля образуется двойной электрический слой с электронами на поверхности, в другой - с положительными ионами. После зарядки ионы и электроны начинают перетекать навстречу друг другу. При их встрече образуются нейтральные атомы металла, а накопленный заряд уменьшается и со временем вообще может сойти на нет.

Чтобы этому помешать, между слоями активированного угля и вводится разделительный слой. Он может состоять из различных тонких пластиковых пленок, бумаги и даже ваты.
В любительских ионисторах электролитом служит 25%-ный раствор поваренной соли либо 27%-ный раствор КОН. (При меньших концентрациях не сформируется слой отрицательных ионов на положительном электроде.)

В качестве электродов применяют медные пластины с заранее припаянными к ним проводами. Их рабочие поверхности следует очистить от окислов. При этом желательно воспользоваться крупнозернистой шкуркой, оставляющей царапины. Эти царапины улучшат сцепление угля с медью. Для хорошего сцепления пластины должны быть обезжирены. Обезжиривание пластин производится в два этапа. Вначале их промывают мылом, а затем натирают зубным порошком и смывают его струей воды. После этого прикасаться к ним пальцами не стоит.

Активированный уголь, купленный в аптеке, растирают в ступке и смешивают с электролитом до получения густой пасты, которой намазывают тщательно обезжиренные пластины.

При первом испытании пластины с прокладкой из бумаги кладут одна на другую, после этого попробуем его зарядить. Но здесь есть тонкость. При напряжении более 1 В начинается выделение газов Н2, О2. Они разрушают угольные электроды и не позволяют работать нашему устройству в режиме конденсатора-ионистора.

Поэтому мы должны заряжать его от источника с напряжением не выше 1 В. (Именно такое напряжение на каждую пару пластин рекомендовано для работы промышленных ионисторов.)

Подробности для любознательных

При напряжении более 1,2 В ионистор превращается в газовый аккумулятор. Это интересный прибор, тоже состоящий из активированного угля и двух электродов. Но конструктивно он выполнен иначе (см. рис. 2). Обычно берут два угольных стержня от старого гальванического элемента и обвязывают вокруг них марлевые мешочки с активированным углем. В качестве электролита употребляется раствор КОН. (Раствор поваренной соли применять не следует, поскольку при ее разложении выделяется хлор.)

Энергоемкость газового аккумулятора достигает 36 000 Дж/кг, или 10 Вт-ч/кг. Это в 10 раз больше, чем у ионистора, но в 2,5 раза меньше, чем у обычного свинцового аккумулятора. Однако газовый аккумулятор - это не просто аккумулятор, а очень своеобразный топливный элемент. При его зарядке на электродах выделяются газы - кислород и водород. Они «оседают» на поверхности активированного угля. При появлении же тока нагрузки происходит их соединение с образованием воды и электрического тока. Процесс этот, правда, без катализатора идет очень медленно. А катализатором, как выяснилось, может быть только платина… Поэтому, в отличие от ионистора, газовый аккумулятор большие токи давать не может.

Тем не менее, московский изобретатель А.Г. Пресняков (http://chemfiles.narod .r u/hit/gas_akk.htm) успешно применил для запуска мотора грузовика газовый аккумулятор. Его солидный вес - почти втрое больше обычного - в этом случае оказался терпим. Зато низкая стоимость и отсутствие таких вредных материалов, как кислота и свинец, казалось крайне привлекательным.

Газовый аккумулятор простейшей конструкции оказался склонен к полному саморазряду за 4-6 часов. Это и положило конец опытам. Кому же нужен автомобиль, который после ночной стоянки нельзя завести?

И все же «большая техника» про газовые аккумуляторы не забыла. Мощные, легкие и надежные, они стоят на некоторых спутниках. Процесс в них идет под давлением около 100 атм, а в качестве поглотителя газов применяется губчатый никель, который при таких условиях работает как катализатор. Все устройство размещено в сверхлегком баллоне из углепластика. Получились аккумуляторы с энергоемкостью почти в 4 раза выше, чем у аккумуляторов свинцовых. Электромобиль мог бы на них пройти около 600 км. Но, к сожалению, пока они очень дороги.