книги / Основы конденсаторной техники

полное условное обозначение: К10-7В-М47-27 пФ ±10 %

ГОСТ 5.621–70.

Кодированные обозначения предназначены для маркировки малогабаритных конденсаторов и для записи на малоформатных многоэлементных электрических схемах. Полное обозначение состоит из значения номинальной емкости (цифра) и обозначения единицы измерения (пФ, мкФ, Ф). Например: 1,5 пФ (1П5 или 1p5), 0,1 мкФ, 10 Ф.

3. Емкость

Основное свойство конденсатора – его емкость, т.е. способность накапливать на обкладках электрический заряд. Емкость конденсатора С(Ф) определяется по формуле

С = UQ ,

где Q – электрический заряд на обкладках конденсатора, Кл; U – напряжение, приложенное к обкладкам, В.

Фарада – крупная единица, поэтому для оценки емкости используют меньшие единицы, между которыми существует следующее соотношение:

1 Ф =106 мкФ =109 нФ =1012 пФ.

Емкость конденсатора зависит от его геометрических размеров (от площади обкладок и расстояния между ними) и типа диэлектрика (от величины диэлектрической проницаемости ε ) (рис. 2).

Емкость плоского конденсатора выражается формулой

С = ε0 hε S =8,85 10−12 εhS ,

где S – площадь обкладки, м2 ; h – толщина диэлектрика, м;

ε0 – диэлектрическая постоянная вакуума, ε0 = 8,85·10–12 Ф/м.

11

б

l

D1 D2

в

Рис. 2. Емкость конденсатора: а – плоского; б – плоского многопластинчатого; в – цилиндрического

Емкость плоского многопластинчатого конденсатора, собранного из N обкладок, соединенных через одну параллельно определяется по формуле

С = 8,85 10−12 ε S (N −1) , h

где h – расстояние между обкладками, м.

Емкость цилиндрического конденсатора, представляющего собой два коаксиальных проводящих цилиндра, разделенных диэлектриком,

12

D2 – диаметр наружного электрода, м.

Для спиральных конденсаторов емкость равна удвоенному значению емкости такого же конденсатора, но развернутого в плоскую длинную ленту:

С =1,768 10−11 ε hb l ,

где b – ширина обкладок, м l – длина обкладок, м

h – толщина диэлектрика между обкладками, м Емкость шарового конденсатора

С = 4π ε0 ε r,

где r – радиус сферического конденсатора, м.

Эти формулы справедливы для однородного поля и не учитывают его искажения у края конденсаторных обкладок. Если учитывать искажения, то вводят поправку на краевую емкость Скр.

Конденсаторы соединяют в группы – параллельно, последовательно и смешанно (рис. 3).

При параллельном соединении конденсаторов общая емкость равна сумме емкостей:

С =С1 +С2 +С3 +...+Сm .

При последовательном соединении величина, обратная общей емкости группы, равна сумме обратных величин отдельных емкостей:

13

Сm

Рис. 3. Соединение конденсаторов: а – параллельное; б – последовательное; в – смешанное

Общая емкость двух последовательно соединенных конденсаторов:

С = С1 С2 . С1 + С2

При смешанном соединении конденсаторов общую емкость находят, применяя эти формулы к отдельным участкам цепи.

Конденсатор большей емкости часто собирают из параллельно соединенных одинаковых секций. Если число секций m и емкость каждой секции Сс, то емкость конденсатора

С = m Cc.

При последовательном соединении секций:

С = Сnс .

14

Если конденсатор собран из n последовательно соединенных групп секций, а каждая группа составлена из m параллельно соединенных секций, то емкость конденсатора

С= mn Cс.

4.Номинальная емкость

идопускаемые отклонения

Номинальная емкость – это емкость, значение которой обозначено на конденсаторе или указано в нормативно-техни- ческой документации и является исходным для отсчета допускаемого отклонения.

Номинальные значения емкостей стандартизованы и выбираются из определенных рядов чисел. Согласно стандарту СЭВ 1076–78 установлены семь рядов емкостей: Е3, Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Цифры после буквы Е указывают число номинальных значений в каждом десятичном интервале (декаде). Например: ряд Е6 содержит шесть значений номинальных емкостей, которые в каждой декаде соответствуют числам: 1.0; 1.5; 2.2; 3.3; 4.7; 6.8; или числам, полученным путем их умно-

жения или деления на 10n. Чаще используют ряды Е3, Е6,

Е12, Е24.

Фактические значения емкостей могут отличаться от номинальных в пределах допускаемых отклонений. По величине допускаемого отклонения емкости от ее номинального значения конденсаторы делятся на следующие основные классы точности [3]:

15

PNRPU

ними при наличии поляризующегося диэлектрика оказывается меньше, а емкость больше.

Различают следующие виды поляризации:

1)электронная – упругое смещение и деформация электронных оболочек атомов и ионов; наблюдается у всех видов диэлектрика, не связана с потерей энергии;

2)ионная – смещение упругосвязанных ионов;

3)дипольная – частичная ориентация диполей под действием поля; связана с тепловым движением частиц, с потерей энергии;

4)структурная или миграционная поляризация; наблюдается в твердых телах неоднородной структуры, а также при наличии примесей (пропитанные бумажные, пленочные конденсаторы);

5)спонтанная; наблюдается у сегнетоэлектриков, характеризуется рассеянием энергии, выделением тепла.

Для конденсаторостроения неполярные вещества не очень удобны вследствие малого значения диэлектрической проницаемости ε, но все же применяются, когда требуются малые

потери (tg δ ≈10−4 ), высокое удельное сопротивление и ста-

бильность диэлектрической проницаемости. К ним относятся нефтяное масло, парафин, церезин, полиэтилен, полистирол, фторопласт-4 и др.

Технические конденсаторные диэлектрики имеют сложную неоднородную структуру, поэтому у них присутствует несколько видов поляризации.

6.Зависимость емкости конденсаторов от времени

иот температуры

Значение емкости конденсаторов при различных температурах определяется температурной зависимостью диэлектрической проницаемости диэлектрика, а также изменением линейных размеров металлических обкладок и диэлектрика. Для

17

рукции конденсатора и изменением его размеров при нагревании.

Для плоского конденсатора с квадратными обкладками, сторона которых равна l, имеем

где h – толщина диэлектрика, м;

ε – диэлектрическая проницаемость.

Дифференцируя выражение (1) по температуре, получаем

где αε – температурный коэффициент диэлектрической проницаемости;

αм – коэффициент линейного расширения металла обкла-

док;

αд – коэффициент линейного расширения диэлектрика.

Если в качестве обкладок использован тонкий слой металла, нанесенный непосредственно на поверхность твердого диэлектрика (металлизированный конденсатор), то расширение обкладок конденсатора будет определяться не расширением металла, а расширением диэлектрика. В этом случае αм = αд

и формула (4) примет вид

αС = αε +αд.

19

В выражении (4) для обычных металлов и сплавов величина αм =15...30 10−6 °C−1, αд равна 5...10 10−6 °C−1 для неорганических и 50...100 10−6 °C−1 для органических диэлектриков. Поэтому значениями αм и αд в формуле (4) можно пренебречь, если αε имеет значения, близкие к пределу

500...1000 10−6 °C−1 и выше.

Современная электроника требует применения конденсаторов с малой зависимостью от температуры, т.е. с малым ТКЕ. Для изготовления таких конденсаторов следует применять материалы с возможно меньшим значением αм, αд и αε.

При конструировании часто применяют параллельное и последовательное соединения конденсаторов. Значение ТКЕ системы конденсаторов будет зависеть от соотношения между ТКЕ и емкостями отдельных конденса-

20