Какие типы конденсаторов бывают и как применяются

0
64
Какие типы конденсаторов бывают и как применяются

Конденсаторы классифицируют по разным признакам: по типу использованного диэлектрика, по целям использования, по возможности изменять ёмкость, по способу монтажа. В этой статье мы рассмотрим все эти варианты подробнее.

Оглавление

Конденсаторы по типу диэлектрика

Именно от диэлектрика зависят основные параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность сохранения ёмкости, параметры напряжения и рабочей температуры, их размеры, цена и т.д.

Газонаполненные конденсаторы (диэлектрик — газ, воздух или вакуум). Применяются в мощном высоковольтном оборудовании. Для таких конденсаторов характерны очень малые диэлектрические потери, но при этом большие размеры, низкая ёмкость и высокая цена.

Жидкостные конденсаторы (диэлектрик — углеводороды, нефтяные масла, растительные масла, синтетическая жидкость, дистиллированная вода и т.д.). Ограниченно применяются в радиоаппаратуре, могут использоваться в контурах электротермических устройств. Требуют толстых и прочных обкладок и герметичного корпуса, чтобы удерживать жидкость и не допускать попадания в неё посторонних веществ.

Ёмкость выше, чем у газонаполненных конденсаторов, но она значительно колеблется в зависимости от температуры окружающей среды, из-за чего такие устройства плохо подходят для стабильных контуров радиоустройств.

Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы (диэлектрик — плёнка оксида металла, которая образуется электрохимическим способом на положительной обкладке). Применяются для сглаживания пульсирующего тока, например, в звуковоспроизводящей и звукоусилительной технике, подачи питания, широко используются в компьютерах и миниатюрных устройствах.

Одна из обкладок (положительная/анод) выполнена из металла (алюминия, ниобия, тантала), вторая (отрицательная/катод) — из твёрдого, жидкого или полужидкого (гелевого) электролита. Диэлектрик создаётся уже после изготовления конденсатора — на него подаётся ток, электролит окисляет поверхность металлической обкладки, и возникает тончайшая изолирующая плёнка. Минимальная толщина диэлектрика обеспечивает значительную ёмкость, в сотни раз выше, чем в конденсаторах с пластмассовой плёнкой.

Плюсы — большая ёмкость, невысокая цена (особенно для алюминиевых), малый размер, стабильность (для танталовых). Минусы — полярность (но существуют и неполярные конденсаторы такого типа), вероятность взрыва при превышении допустимых параметров и несоблюдении полярности.

Одна из разновидностей электролитических конденсаторов — конденсаторы твёрдотельные, где вместо жидкого/полужидкого электролита используется органический токопроводящий полимер или полимеризованный органический полупроводник. Имеют больший срок службы, устойчивы к изменениям температуры, не взрываются, но стоят дороже.

Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком (диэлектрик — керамический материал, стекло, слюда и т.д.). Применяются главным образом в высокочастотной аппаратуре. Неорганические диэлектрики инертны, то есть не изменяются со временем, надёжны, стабильны, устойчивы к температуре и радиации.

Из минусов — высокая цена, флуктуации ёмкости в зависимости от напряжения (для керамических конденсаторов), неустойчивость к влажности (для многоуровневых пластинчатых слюдяных конденсаторов), подверженность старению (для некоторых видов керамических конденсаторов).

Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком (диэлектрик — бумага (простая, промасленная, пропитанная, крафт-бумага), пластмассовые плёнки и их комбинации, а также комбинации с фольгой). Применяются в различных сферах, например, масляные конденсаторы переменного тока (с промасленной бумагой) служат для пуска и обеспечения работы электрических моторов переменного тока, стабилизации напряжения, разделения фаз и т.д.

Типовое применение — энергонакопительные конденсаторы (пропитанная крафт-бумага + фольга) используются там, где требуются импульсы большой мощности, например, в импульсных лазерах, для импульсной сварки и т.д.; полистирольные конденсаторы (плёнка из полистирола) — высокочастотные конденсаторы общего применения.

Конденсаторы по возможности изменения ёмкости

Ёмкость конденсатора, в зависимости от его типа, может оставаться неизменной (но уменьшаясь со временем в течение срока службы) — это характерно для постоянных конденсаторов. А может регулярно изменяться в процессе работы прибора (переменные) или изменяться единоразово/периодически при подстройке аппаратуры (подстроечные конденсаторы).

Переменные конденсаторы используют, например, в радиоприёмниках для настройки частот, в антенных устройствах. Подстроечные устроены проще, но принцип тот же — поворот подвижного элемента изменяет активную площадь конденсатора, от чего меняется и ёмкость.

Конденсаторы общего и специального назначения

Конденсаторы общего назначения, к которым не предъявляется особых требований, применяются в большинстве устройств и приборов. Самый типичный пример — низковольтные конденсаторы.

Конденсаторы специального назначения служат для работы в особых условиях или выполнения специфических функций. К ним относят высоковольтные (в системах под высоким напряжением), пусковые (в устройствах для включения/выключения приборов, таких как дистанционный пульт управления; для запуска электродвигателя и т.д.), импульсные (для быстрого накопления большого объёма энергии и быстрой его отдачи), помехоподавляющие (например, в телевизионном или спутниковом оборудовании).

Конденсаторы по форме обкладок

Плоский конденсатор. Простейший тип конденсатора, где обкладки представляют собой плоские параллельные пластины, разделённые плоским же слоем диэлектрика.

Сферический конденсатор. Представляет собой две металлические обкладки в форме концентрических сфер, разделённые сферическим слоем диэлектрика.

Цилиндрический конденсатор. Устройство из двух цилиндрических обкладок с общей осью, разделённые слоем диэлектрика также цилиндрической формы.

Конденсаторы по способу монтажа

По способу монтажа конденсаторы разделяют на конденсаторы для навесного монтажа и печатного монтажа (SDM-конденсаторы). У первых есть выводы различных форм (ленточные, винтовые, радиальные и т.д.) для соединения с другими электрическими компонентами или печатной платой. У вторых выводами служит часть их собственной поверхности.

Конденсаторы с выводами под винт (то есть имеющие резьбу на выводах) применяются главным образом в блоках питания, в условиях тока большой величины, где требуется надёжно подключить выводы к силовым проводам.

Современные конденсаторы с защёлкивающимися выводами позволяют прочно защелкнуть их на плате, чтобы качественно и без сложностей осуществить пайку.

Конденсаторы по способу защиты

Незащищённые. Служат для работы в обычных условиях, когда никакой специальной защиты не требуется.

Защищённые. Имеют защиту от влаги, то есть могут работать в условиях высокой влажности.

Неизолированные. Не имеют изоляции от возможного соприкосновения с другими элементами схемы.

Изолированные. Имеют закрытый корпус для защиты от соприкосновения с другими элементами.

Уплотнённые. Имеют корпус, уплотненный органическими материалами.

Герметизированные. Имеют герметичный корпус для полной изоляции от внешней среды.

Сферы применения конденсаторов

Конденсаторы задействованы практически во всех областях электротехники. Рассмотрим только несколько примеров их использования.

Способность конденсатора быстро накапливать и быстро отдавать заряд применяется там, где нужны достаточно редкие, но мощные импульсы — это фотовспышки, электромагнитные ускорители, импульсная сварка, некоторые типы генераторов.

Та же способность даёт возможность использовать конденсатор для сглаживания пульсаций напряжения в схеме. Так, в момент роста напряжения часть его будет уходить на зарядку конденсатора, не поступая к нагрузке, и, напротив, в момент снижения нагрузка будет получать дополнительное напряжение от заряженного конденсатора. Такой сглаживающий эффект широко применяется в блоках питания, в компьютерах.

Применяются конденсаторы и как фильтры частот. Например, в автомобильном высокочастотном динамике фильтром служит низкочастотный конденсатор, который не пропускает низкие частоты на высокочастотный динамик. Высокие же частоты проходят без помех.

Возможность длительно сохранять заряд позволяет использовать конденсаторы в качестве элемента памяти, например, в модулях DRAM.

Благодаря зависимости ёмкости конденсатора от расстояния между обкладками и  состава диэлектрика, конденсаторы могут служить как измерительный преобразователь малых перемещений, измерительный преобразователь влажности воздуха и древесины, измеритель уровня жидкости.

Конденсаторы находят применение в ускорителях для заряженных частиц и электростатических генераторах, в конденсаторных (асинхронных) двигателях и т.д.

Конденсаторы высокой ёмкости — ионисторы — используются для питания электротранспорта — троллейбусов, капабусов; в бытовой электронике (например, в автомагнитолах, фонарях, автоматических коммунальных счётчиках); в медицинских приборах (например, дефибрилляторах).

Сейчас ведутся разработки, которые бы позволили использовать ионисторы вместо аккумуляторов в электромобилях и гибридах; дополнительным плюсом такой технологии станет возможность рекуперации энергии, в частности, энергии торможения. Предполагается, что это даст возможность возобновлять до 25% использованной энергии.