13.5: Практичні міркування - Конденсатори

Робоча напруга конденсатора

Робоча напруга: Оскільки конденсатори - це не що інше, як два провідники, розділені ізолятором (діелектриком), ви повинні звернути увагу на максимальну напругу, дозволену на ньому. Якщо подається занадто велика напруга, показник «пробою» діелектричного матеріалу може бути перевищений, що призводить до внутрішнього короткого замикання конденсатора.

полярність конденсатора

Полярність: Деякі конденсатори виготовляються, тому вони можуть переносити прикладену напругу лише в одній полярності, але не в іншій. Це обумовлено їх конструкцією: діелектрик являє собою мікроскопічно тонкий шар ізоляції, нанесений на одну з пластин постійною напругою при виготовленні. Вони називаються електролітичними конденсаторами, і їх полярність чітко позначена.

Зворотна полярність напруги до електролітичного конденсатора може призвести до руйнування цього надтонкого діелектричного шару, тим самим зруйнувавши пристрій. Однак тонкість цього діелектрика дозволяє надзвичайно високі значення ємності у відносно невеликому розмірі упаковки. З цієї ж причини електролітичні конденсатори, як правило, мають низьку номінальну напругу порівняно з іншими типами конструкції конденсаторів.

Еквівалентна схема конденсатора

Еквівалентна схема: Оскільки пластини в конденсаторі мають певний опір, і оскільки жоден діелектрик не є ідеальним ізолятором, немає такого поняття, як «ідеальний» конденсатор. У реальному житті конденсатор має як послідовний опір, так і паралельне (витоку) опір, що взаємодіє з його чисто ємнісними характеристиками:

На щастя, порівняно легко виготовити конденсатори з дуже малими серійними опорами та дуже високими опорами витоку!

Фізичний розмір конденсатора

Фізичний розмір: Для більшості застосувань в електроніці мінімальний розмір є метою інженерії компонентів. Чим менші компоненти можуть бути виготовлені, тим більше схем може бути вбудовано в менший пакет, і зазвичай вага також зберігається. З конденсаторами існує два основних обмежуючих чинника мінімального розміру одиниці: робоча напруга і ємність. І ці два фактори, як правило, знаходяться в протистоянні один одному. Для будь-якого даного вибору в діелектричних матеріалах єдиним способом збільшити номінал напруги конденсатора є збільшення товщини діелектрика. Однак, як ми бачили, це має ефект зменшення ємності. Ємність можна повернути вгору, збільшивши площу пластини. але це робить для більшої одиниці. Ось чому ви не можете судити про рейтинг конденсатора у Фарадах просто за розміром. Конденсатор будь-якого заданого розміру може бути відносно високою ємністю і низьким робочим напругою, навпаки, або якимось компромісом між двома крайностями. Візьмемо, наприклад, наступні дві фотографії:

Це досить великий конденсатор за фізичними розмірами, але він має досить низьке значення ємності: всього 2 мкФ. Однак робоча напруга його досить висока: 2000 вольт! Якби цей конденсатор був перероблений таким чином, щоб мати більш тонкий шар діелектрика між його обкладинками, принаймні стократне збільшення ємності може бути досягнуто, але за рахунок значного зниження його робочої напруги. Порівняйте наведену вище фотографію з наведеним нижче. Конденсатор, показаний на нижньому малюнку, являє собою електролітичний блок, схожий за розмірами на той, який наведено вище, але з дуже різними значеннями ємності і робочої напруги:

Більш тонкий шар діелектрика дає йому набагато більшу ємність (20 000 мкФ) і різко знижену робочу напругу (35 вольт безперервно, 45 вольт переривчастий).

Зразки різних типів конденсаторів

Ось кілька зразків різних типів конденсаторів, все менше, ніж одиниці, показані раніше:

Електролітичні та танталові конденсатори поляризовані (чутливі до полярності) і завжди маркуються як такі. Електролітичні одиниці мають свої негативні (-) відведення, що відрізняються стрілочними символами на їх корпусах. Деякі поляризовані конденсатори мають свою полярність, позначену маркуванням позитивної клеми. Великий електролітичний блок 20 000 мкФ, показаний у вертикальному положенні, має позитивний (+) термінал, позначений позначкою «плюс». Керамічні, майларові, поліетиленові плівкові та повітряні конденсатори не мають маркування полярності, оскільки ці типи неполяризовані (вони не чутливі до полярності).

Конденсатори - дуже поширені компоненти в електронних схемах. Уважно подивіться на наступну фотографію - кожен компонент, позначений позначенням «C» на друкованій платі, є конденсатором:

Деякі конденсатори, показані на цій платі, є стандартними електролітичними: C ₃₀ (верхня частина плати, центр) і C ₃₆ (ліва сторона, 1/3 зверху). Деякі інші - це особливий вид електролітичного конденсатора під назвою тантал, оскільки це тип металу, який використовується для виготовлення пластин. Танталові конденсатори мають відносно високу ємність для своїх фізичних розмірів. Наступні конденсатори на друкованій платі, показаної вище, є танталом: C ₁₄ (тільки в нижньому лівому куті C ₃₀), C ₁₉ (безпосередньо під R ₁₀, який знаходиться нижче C ₃₀), C ₂₄ (нижній лівий кут плати) і C ₂₂ (нижній правий).

Приклади ще менших конденсаторів можна побачити на цій фотографії:

Конденсатори на цій друкованій платі є «пристроями поверхневого монтажу», як і всі резистори, з міркувань економії місця. Відповідно до конвенції про маркування компонентів, конденсатори можуть бути ідентифіковані мітками, що починаються з літери «C».