Использование 3-выводных проходных конденсаторов в цепях питания высокочастотных устройств

Увеличение рабочих частот цифровых интегральных схем является сейчас основной устойчивой тенденцией в электронике. Но наряду с увеличением частоты часто происходит и увеличение энергопотребления. Потому актуальна задача стабилизации питания высокочастотных узлов и снижение влияния их работы на остальную часть электронной схемы – так называемая  развязка по питанию.

Обычно для этих целей используются многослойные керамические конденсаторы, монтируемые  непосредственно в цепи питания высокочастотных узлов. Но на частотах свыше 10 МГц эффективность фильтрации пульсаций ими резко падает. Связано это с ростом импеданса конденсатора из-за наличия у него индуктивности и, соответственно, эквивалентного последовательного индуктивного сопротивления. Потому инженеры начали обвешивать высокочастотные микросхемы и узлы множеством соединенных параллельно керамических чип-конденсаторов, подобно гирляндам для новогодних елок.

Об использовании выводных конденсаторов здесь не может идти речи из-за дополнительной индуктивности выводов.

Большинство производителей конденсаторов для решения этой проблемы выпускают специальные серии конденсаторов со сниженной эквивалентной последовательной индуктивностью (ESL). Для этих целей выводы конденсаторов располагают по длинной стороне (рис.1). При подобном исполнении удается снизить конструктивную индуктивность примерно вдвое.

Многослойные керамические чип конденсаторы	Конденсаторы с пониженной индуктивностью	Трехвыводные конденсаторы

Рис.1

Но даже этот уровень индуктивности не является достаточно низким для современных высокочастотных схем, зачастую работающих в диапазоне свыше 100 МГц. Да и емкость подобных конденсаторов у большинства производителей, ограниченная, обычно, номиналом в 0. 2 мкФ, не позволяет добиться высокой эффективности подавления высокочастотных помех при их использовании в силовых цепях высокочастотных устройств.

Интересное решение в этой области предлагает японская фирма Murata. Ею разработана серия трехвыводных проходных конденсаторов высокой емкости и высокой нагрузочной способности, включающая исключительно компактные изделия размером 1.6´0.8 мм и емкостью в 1мкФ на основе диэлектрика X7R. Внешний вид этих изделий представлен на рис.1. Эквивалентная электрическая схема – на рис.2, а в таб.1  даны основные характеристики некоторых изделий данной серии.

Таб.1

Рис.2

Сравнение одного из конденсаторов новой серии NFM18PC105R с обычными многослойными керамическими конденсаторами и с конденсаторами с пониженной индуктивностью аналогичных емкостей, представлено на рис.3. Там показано примерно 10-кратное снижение импеданса у NFM18PC105R на высоких частотах, связанное с его сниженной конструктивной индуктивностью.

Рис.3

Примечание к рисунку: Так как конденсаторы с выводами по длинной стороне корпуса с размерами 1.6х0.8 на 1мкФ серийно не выпускаются, исследователи использовали для данного сравнения такой же конденсатор с размерами 2.0х1.25.

Известно, что при параллельном включении конденсаторов суммарная эффективная индуктивность подобной схемы уменьшается. На рис.4 представлены результаты сравнения одного и десяти параллельно включенных многослойных конденсаторов с одним трехвыводным конденсатором NFM18P. Как видно, один трехвыводной конденсатор заменяет по качеству фильтрации высокочастотных помех 10 обычных многослойных керамических.

Рис.4

Следует отдельно отметить высокую для номиналов 0.1-1.0мкФ стабильность емкости,  благодаря диэлектрику X7R, использованному при производстве большинства представленных в таб.1 конденсаторов.  Малые габариты, высокая нагрузочная способность – до 6А, исключительно низкий импеданс на частотах свыше 10 МГц делает использование этих изделий исключительно привлекательным во множестве высокочастотных схем, и безальтернативными в современных компактных устройствах, таких как переносные ВЧ/СВЧ передатчики, игровые приставки, карманные компьютеры.

Валерий Степуков

CC – высоковольтные конденсаторы связи

Основное назначение измерительных конденсаторов связи марки «CC» (Coupling Capacitor) – регистрация частичных разрядов в высоковольтных цепях. Конденсаторы связи марки «CC» монтируются рядом с контролируемым оборудованием и являются единственным типом датчиков, которые непосредственно и гальванически подключаются к высоковольтным цепям.

Высоковольтный измерительный конденсатор связи представляет собой набор достаточно большого количества последовательно включенных конденсаторов, что необходимо для получения высокого рабочего напряжения. Обычно такой интегральный конденсатор является верхним плечом емкостного делителя напряжения. Нижнее плечо измерительного делителя может быть смонтировано непосредственно внутри конденсатора связи, а чаще всего является внешним дополнительным элементом. Иногда в качестве нижнего плеча делителя напряжения могут быть использованы входные цепи измерительного прибора.

Величина выходного напряжения измерительного конденсатора связи не зависит от частоты регистрируемых импульсов, если и в нижнее плечо высоковольтного делителя также включается конденсатор. Если в качестве нижнего плеча высоковольтного делителя используется активное сопротивление, то выходное напряжение с такого «емкостно – активного» делителя станет частотно зависимым: оно будет возрастать с увеличением частоты регистрируемых импульсов.

Если же в нижнем плече делителя напряжения с измерительным конденсатором связи использовать индуктивность, то выходное напряжение такого делителя будет еще более сильно возрастать с увеличением частоты регистрируемого сигнала, чем при использовании для этих целей активного сопротивления. При использовании в качестве второго плеча делителя R или L существует вероятность повреждения измерительной аппаратуры от воздействия высокочастотных перенапряжений. Это накладывает повышенные требования к системам защиты этих датчиков.

Надежность работы измерительного конденсатора связи во многом зависит от качества и стабильности диэлектрика используемых элементарных конденсаторов, к качеству которого предъявляются жесткие требования по стойкости во всех режимах работы. Критическими, с точки зрения обеспечения надежности работы конденсатора, являются не рабочие режимы, а анормальные режимы, когда на него происходит воздействие высокочастотных импульсных перенапряжений, и испытательные режимы, во время которых к конденсатору прикладываются повышенные переменные или постоянные напряжения.

Вторым параметром, влияющим на надежность работы конденсатора связи, является длина поверхностных путей утечки, величина которого является критическим параметром для работы всех высоковольтных изоляторов.

Требования к установке и подключению измерительного конденсатора связи:

Внутри измерительного конденсатора связи обычно отсутствуют встроенные элементы защиты, что делается для обеспечения универсальности его практического применения. По этой причине при проведении измерений частичных разрядов с использованием таких датчиков, подключенных к высокому напряжению, необходимо обязательно соблюдать ряд условий, предназначенных для обеспечения надежной работы и безопасности персонала:

• «Нижний» вывод конденсатора связи должен быть надежно закреплен на металлическом заземленном основании, или же надежно заземлен проводником необходимого сечения (не менее 2,5 мм2). Вся цепь заземления конденсатора связи должна легко визуально контролироваться.
• Подключение конденсатора связи к высоковольтным цепям должно производиться проводником сечением не менее 20 мм2, что делается для максимального снижения уровня паразитных коронных разрядов. Наличие и тип внешней изоляции этого соединительного проводника определяются условиями его прокладки внутри контролируемого оборудования.
• На входе измерительного прибора, к которому подключается конденсатор связи, обязательно должны быть предусмотрены надежные средства защиты от мощных высокочастотных высоковольтных импульсов, желательно дублированные. Такие опасные импульсы могут возникнуть в контролируемом высоковольтном оборудовании при коммутационных процессах, или же могут быть наведены в оборудование извне.

Измерительные конденсаторы связи различных марок могут быть использованы для регистрации частичных разрядов:

• в электрических генераторах, электродвигателях;
• в высоковольтных выключателях;
• в ячейках КРУ и подходящих к ним кабельных линиях;
• в силовых трансформаторах на стороне НН (6 ÷ 35 кВ).

Наиболее важными параметрами измерительного конденсатора связи являются:

• номинальное рабочее напряжение;
• испытательное напряжение и условия его приложения;
• величина емкости конденсатора;
• тип диэлектрика, определяющий температурный диапазон работы конденсатора.

Наиболее важные сравнительные характеристики конденсаторов связи различного типа, производимых фирмой «DIMRUS», и область их предпочтительного применения приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики конденсаторов связи «CC»

	CC-XX/I	CC-XX/M	CC-XX/U
Емкость, пФ	140, 70, 45	80	800, 400
Номинальное напряжение, кВ	12, 24, 36	10, 20	12, 36
Рабочая температура, °C	-25 ÷ +55	-40 ÷ +80	-40 ÷ +70
Область применения	Приборы марки IDR	Генераторы моторы, КРУ	Генераторы моторы, КРУ

Общие рекомендации для выбора измерительных конденсаторов связи

• Конденсаторы связи марки «CC-XX/I» с малой емкостью предназначены для использования в качестве комплексных датчиков частичных разрядов и наличия высокого напряжения на шинах КРУ в реле контроля изоляции высоковольтного оборудования марки «IDR».
• Конденсаторы связи марки «CC-XX/M» с емкостью 80 пФ изготавливаются с использованием высококачественного слюдяного диэлектрика и применяются, в основном, для регистрации частичных разрядов в изоляции статоров высоковольтных электрических машин различного типа.
• Конденсаторы связи марки «CC-XX/R» изготавливаются с использованием набора современных конденсаторов с ленточным диэлектриком и, благодаря повышенной емкости, имеют более высокую чувствительность к регистрируемым частичным разрядам. Конденсаторы связи этой марки имеют универсальное применение.

Конденсаторы связи марки «CC-XX/I»

Конденсаторы связи марки «CC-XX/I» (Coupling Capacitor, рабочее напряжение XX кВ, Indicator type), предназначены для регистрации частичных разрядов в высоковольтных шинах с рабочим напряжением 6 ÷ 36 кВ и независимого (без использования дополнительного источника питания) контроля наличия высокого напряжения.

При использовании конденсаторов связи марки «CC-XX/I» для регистрации частичных разрядов в изоляции и диагностики дефектов в высоковольтном оборудовании, их подключают к входным цепям реле контроля изоляции марки «IDR», специально разработанного для работы с такими конденсаторами. Это компактное интеллектуальное реле одновременно является и автономным индикатором наличия высокого напряжения на контролируемых шинах и выполняет функции измерительного и диагностического прибора регистрации и анализа частичных разрядов в высоковольтной изоляции.

Основные параметры конденсаторов связи марки «CC-XX/I» приведены в таблице 2. В состав этой серии входят три типоразмера конденсатора, отличающиеся величиной емкости и рабочим напряжением.

Таблица 2. Характеристики конденсаторов связи «CC-XX/I»

	Uр, кВ	C, пФ	Размеры, H * D, мм	Путь утечки, мм
CC-12/I	12	140	130 * 77	180
CC-24/I	24	70	210 * 85	300
CC-36/I	36	45	300 * 95	430

Как видно из таблицы, с ростом рабочего напряжения емкость конденсатора уменьшается. Это сделано для того, чтобы можно было унифицировать параметры входных цепей измерительных индикаторов и приборов, с которыми используются эти конденсаторы связи.

Поскольку конденсаторы связи марки «CC-XX/I» рассчитаны только на внутреннюю установку, диапазон их рабочих температур может оказаться недостаточным для использования в некоторых промышленных применениях, когда необходима наружная установка диагностического оборудования.

Габаритные размеры конденсаторов связи марки «CC-XX/I» соответствуют размерам стандартных опорных изоляторов, они имеют необходимую прочность на изгиб, поэтому монтаж таких конденсаторов не вызывает значительных сложностей. Конденсатор связи легко монтируется на место одного из опорных изоляторов, необходимо только дополнительно выполнить на панели отверстие для измерительного вывода конденсатора.

Подключение конденсаторов связи «CC-XX/I» к приборам регистрации частичных разрядов обязательно должно осуществляться при помощи коаксиального кабеля типа «RG-50». Причиной этого является малая внутренняя емкость конденсатора, поэтому при использовании для соединения конденсатора с прибором не экранированного кабеля может многократно вырасти уровень наведенных в кабеле высокочастотных помех, затрудняющих проведение диагностики состояния изоляции контролируемого высоковольтного оборудования.

Конденсаторы связи марки «CC-XX/M»

Измерительные конденсаторы связи марки «CC-XX/M» (Coupling Capacitor, рабочее напряжение XX кВ, Motor type), предназначены для использования в системах регистрации и анализа частичных разрядов в обмотках статоров мощных высоковольтных электрических моторов и генераторов, а также на шинах КРУ среднего класса напряжений.

Конденсаторы связи марки «CC-XX/M» имеют две отличительные конструктивные особенности:

• Встроенный внутрь конденсатор выполнен в виде моноблока на основе прокладок из высококачественного слюдяного диэлектрика и расширительных металлических прокладок, залитого в общий объем конденсатора с закладной арматурой общим эпоксидным компаундом.
• Емкость конденсатора связи равняется 80 пФ, так как именно это значение достаточно долго принималось как некий стандарт для систем измерения частичных разрядов в обмотках крупных электрических машин.

Достоинствами конденсаторов связи «CC-XX/M» со слюдяным диэлектриком являются высокая стабильность их параметров, повышенная стойкость к возникновению внутренних частичных разрядов в слюдяном диэлектрике. Использование высококачественной слюдяной изоляции позволяет значительно расширить температурный диапазон использования измерительных конденсаторов связи марки «CC-XX/M».

Наряду с наличием очевидных достоинств, измерительные конденсаторы связи марки «CC-XX/M» со слюдяной изоляцией обладают существенными конструктивными и эксплуатационными недостатками, основными из которых являются:

• Невозможность проведения испытаний высоковольтной изоляции контролируемого оборудования (с подключенными конденсаторами связи) повышенным постоянным напряжением. Такие испытания, в силу конструктивных особенностей конденсаторов, могут привести к пробою изоляции конденсатора.
• Сравнительно низкая емкость слюдяных конденсаторов, всего 80 пФ, обусловленная конструктивными особенностями использования слюдяной изоляции. Это существенно ограничивает возможности применения таких конденсаторов в некоторых практических приложениях систем регистрации частичных разрядов.
• Высокая стоимость конденсаторов со слюдяным диэлектриком, так как месторождения качественной слюды располагаются только в Индии.

Несоответствие габаритных размеров конденсаторов связи на основе слюдяного диэлектрика стандартным опорным изоляторам соответствующих классов напряжения, что ограничивает возможности их практического применения.

Основные параметры конденсаторов связи «CC-XX/M» со слюдяным диэлектриком приведены в таблице 3. Как уже указывалось выше, такие конденсаторы связи чаще всего используются для регистрации частичных разрядов в обмотках статоров высоковольтных электрических машин, так как работают в расширенном температурном диапазоне.

Таблица 3. Характеристики конденсаторов связи «CC-XX/M»

	Uр, кВ	C, пФ	Размеры, H * D, мм	Путь утечки, мм
CC-10/M	10	80	150 * 102	180
CC-20/M	20	80	253 * 102	300

Монтаж конденсаторов связи марки «CC-XX/M» внутри высоковольтного оборудования обычно осуществляется с использованием дополнительного переходного основания, в котором располагаются все элементы защиты входных цепей измерительного прибора от импульсных перенапряжений и обычно «второе плечо» емкостного измерительного делителя напряжения.

Конденсаторы связи марки «CC-XX/U»

Конденсаторы связи марки «CC-XX/U» (Coupling Capacitor, рабочее напряжение XX кВ, Universal type), предназначены для регистрации частичных разрядов в высоковольтных шинах КРУ с напряжением 6 ÷ 35 кВ, в обмотках статоров крупных электрических машин, электродвигателей и генераторов, а также для большинства других типов высоковольтного оборудования.

Отличительным параметром конденсаторов связи марки «CC-XX/U» является повышенная внутренняя емкость, значительно превышающая емкость конденсаторов связи марки «CC-XX/M».

Это является достоинством для конденсаторов связи, так как благодаря этому значительно повышается реальная чувствительность систем регистрации и анализа частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования.

Вторым достоинством использования конденсаторов связи повышенной емкости является то, что при проведении регистрации существенно снижается вредное влияние высокочастотных помех, которые наводятся на сигнальные кабели и входные цепи измерительных приборов.

Изготовить высоковольтный конденсатор (моноблок) такой сравнительно большой емкости со слюдяным диэлектриком технически не представляется возможным, поэтому для этих целей используется набор последовательно включенных конденсаторов, каждый из которых рассчитан на меньшее напряжение. Наиболее широкое применение находят конденсаторы, созданные с использованием современной полимерной изоляции, обладающей необходимыми температурными свойствами, стойкостью к мощным высоковольтным высокочастотным импульсам и стабильностью параметров.

Количество последовательно включенных элементарных конденсаторов обычно выбирается с большим запасом. Это делается для того, чтобы обеспечить необходимую стойкость конденсатора связи не только к рабочему напряжению, но и к повышенному испытательному напряжению, и к высокочастотным импульсным перенапряжениям, которые могут возникать в контролируемом оборудовании.

Основные технические параметры измерительных конденсаторов связи повышенной емкости на основе полимерного диэлектрика, поставляемых фирмой «DIMRUS», приведены в таблице 4.

Таблица 4. Характеристики конденсаторов связи «CC-XX/U»

	Uр, кВ	C, пФ	Размеры, H * D, мм	Путь утечки, мм
CC-12/U	12	800	130 * 77	180
CC-24/U	24	400	260 * 95	360
CC-36/U	36	270	400 * 95	540

Из таблицы видно, что конденсаторы связи этого типа по своим основным габаритным параметрам полностью соответствуют опорным изоляторам. Поэтому монтаж конденсаторов связи марки «CC-XX/U» внутри контролируемого высоковольтного оборудования производится на стандартные установочные места, предназначенные для опорных изоляторов.

Скачать документацию по конденсаторам связи «CC»

Похожие материалы:

Конденсаторы / Продукция / Гириконд

 

 

Конденсаторы являются одним из самых «древних» изделий электронной техники и электротехники. Первые конденсаторы, так называемые «лейденские банки», появились еще в середине 18 века, задолго до начала их практического применения.

Несмотря на опережающее развитие микроэлектроники и, соответственно, возможность реализации емкостных элементов в рамках интегральных технологий непосредственно в составе микросхем, потребность в дискретных емкостных элементах не снижается в связи с непрерывным расширением области применения радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).

В результате, в современной радиоэлектронике дискретные конденсаторы являются одними из самых массовых компонентов радиоэлектронной аппаратуры, а мировое конденсаторостроение представляет собой мощную индустрию с ежегодным приростом объема продаж. Одновременно с количественными изменениями в производстве конденсаторов происходят серьезные качественные изменения в их номенклатуре, отражающие требования, которые соответствуют тенденциям и направлениям развития РЭА.

Так, в соответствии с постоянно доминирующим требованием улучшения массогабаритных характеристик РЭА, за последние годы в номенклатуре конденсаторов произошли качественные изменения в части улучшения их удельных массогабаритных характеристик, чему способствовала также тенденция снижения рабочих напряжений функциональных блоков РЭА. В связи с широким применением технологий автоматизированного монтажа РЭА на поверхность печатных плат качественно увеличивается доля заказов на миниатюрные конденсаторы в чип – исполнении. Расширение диапазона рабочих частот РЭА различного назначения объективно диктует необходимость повышения частотной стабильности основных параметров конденсаторов и соответствующего расширения диапазона параметров их допустимых электрических режимов.

Организованный в 1939 году АО «НИИ «Гириконд» является в настоящее время одним из ведущих научно-производственных предприятий России в области конденсаторов для РЭА и осуществляет научно-техническую и производственную деятельность в этом направлении от материаловедческих и технологических НИР до разработки новых типов конденсаторов и организации их серийного производства.

Перечисленные выше и другие существующие перспективные требования к современным конденсаторам являются объективной основой для изыскания новых материалов и конструктивно-технологических решений для новых разработок и производства рассматриваемого вида электронных компонентов.

Ниже приводятся краткие общие сведения о конденсаторах, их видах и месте   в современной РЭА, направлениях и перспективах их развития, а также подробная информация о номенклатуре и параметрах изделий, выпускаемых АО «НИИ «Гириконд» в соответствии с его технологической специализацией.

 Для начала напомним коротко сведения о конденсаторах и их потребительских характеристиках.

Как известно, основным параметром конденсатора является его электрическая емкость или просто емкость, обозначаемая обычно С. Вообще говоря, электрической емкостью обладают не только конденсаторы. Любое находящееся в определенном пространстве тело имеет собственную емкость, которая зависит от размеров и конфигурации тела и количественно определяет его заряд при единичном его потенциале в окружающем пространстве или, иными словами, является размерным коэффициентом пропорциональности между потенциалом тела и его зарядом. Если в определенном пространстве  находятся два тела на расстоянии, при котором их электрические поля могут значимо взаимодействовать, то это взаимодействие характеризуется взаимной емкостью тел, которая количественно определяется как соотношение  абсолютного значения заряда тел (предполагается, что тела имеют заряды противоположного знака при одинаковом абсолютном значении) и разности потенциалов или, иначе, напряжения между ними. Не требует дополнительных пояснений тот факт, что рассматриваемая нами емкость конденсатора и является, по существу, взаимной емкостью между его электродами.

Каким же образом формируется и какими факторами определяется емкость конденсатора?

Представим себе два плоских электрода, один из которых имеет заряд +q,
а другой –q.  При отсутствии взаимного влияния электродов их электрические поля будут соответствовать рис.1 (искажение поля на краю электродов для простоты восприятия не учитываем). При сближении электродов произойдет наложение их электрических полей, в результате чего суммарное электрическое поле сосредоточится между электродами (рис. 2), при этом разность потенциалов или напряжение между ними будет соответствовать выражению:

U = q/C,

где C и является, по определению, емкостью образовавшегося простейшего конденсатора.

 

 

                          Рис. 1                                                                  Рис. 2 

Картина электрического поля одиночных       Картина электрического поля

                    электродов                                            сближенных электродов

                         

Если между электродами этого конденсатора поместить диэлектрик, то при приложении к конденсатору напряжения под воздействием электрического поля электродов произойдет поляризация диэлектрика, в результате чего в нем установится собственное электрическое поле, так называемых, связанных зарядов, вектор напряженности которого направлен против вектора напряженности поля электродов. Это, в свою очередь, при сохранении заряда на электродах приведет к снижению напряжения между электродами, что будет свидетельствовать о соответствующем увеличении емкости конденсатора. Относительное увеличение емкости конденсатора при помещении между его электродами диэлектрического материала называется относительной диэлектрической проницаемостью или просто диэлектрической проницаемостью диэлектрика и обычно обозначается ε.

 

В общем случае емкость конденсатора описывается выражением:

С= ε_о ε S/d,

где:      ε_о – диэлектрическая постоянная,

S – площадь электродов,

d – расстояние между электродами.

Подавляющее большинство используемых в конденсаторах материалов обладают линейными свойствами, что означает практическое отсутствие зависимости их диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля. Типичными представителями нелинейных материалов являются сегнетоэлектрики. У конденсаторов на их основе в определенном интервале температур и напряженности электрического поля наблюдается отсутствие пропорциональности между напряжением и зарядом, поэтому в общем случае справедливыми оказываются выражения:

                                                 С =Δq / ΔU,            или точнее:         

                                                 С = dq / dU.

 

Важнейшим параметром конденсатора является его номинальное напряжение (U_ном).

В нормативной документации на конденсаторы, предназначенные для комплектации РЭА, под номинальным напряжением понимается то предельное напряжение, при котором конденсатор может работать в заданных условиях с обеспечением определенных показателей надежности и долговечности и с сохранением нормируемых параметров в допускаемых пределах. В зависимости от назначения конденсатора номинальное напряжение может быть задано постоянным, переменным, импульсным и т.п.

Для правильного выбора конденсатора необходимыми и важными являются сведения о параметрах, описывающих ряд свойств конденсатора в отличие от идеального конденсатора, «поведение» которого в электрической схеме определяется лишь его емкостью.

В первом приближении свойства реального конденсатора могут быть представлены его схемой замещения, приведенной на рис. 3.

 

 

Рис. 3

Схема замещения реального конденсатора

 

 

Первое отличие реального конденсатора от идеального определяется объемной и поверхностной проводимостью диэлектрика, элементов конструкции и корпуса или оболочки конденсатора. Доля каждой составляющей общей проводимости существенным образом зависит от вида диэлектрика, конструктивного оформления конденсатора, его емкости и номинального напряжения. В зависимости от вида конденсатора его общая проводимость нормируется предельными значениями его общего сопротивления (сопротивление изоляции (R_из) на рис.3) либо тока утечки (I_ут)  через это сопротивление при заданном напряжении. Следует отметить, что с увеличением емкости конденсатора все большая доля проводимости конденсатора приходится на объемную проводимость диэлектрика, что, в свою очередь, определяет практически обратно пропорциональную зависимость сопротивления изоляции от емкости конденсатора. В связи с изложенным для конденсаторов относительно большой емкости в нормативной документации приводят не сопротивление изоляции, а постоянную времени, равную R_изС_ном. Поскольку сопротивление изоляции и ток утечки конденсаторов значимо зависят от температуры и влажности окружающей среды и, в общем случае, от напряжения и времени его приложения, методы и условия их измерения регламентируют в нормативной документации на конденсаторы.

Другим отличием реального конденсатора являются потери энергии в нем, связанные с поляризацией диэлектрика (диэлектрические потери) и прохождением тока по электродам и выводам конденсатора. Доля каждой составляющей общих потерь зависит от вида диэлектрика и конструкции конденсатора и, в общем случае, может изменяться в зависимости от частоты воздействующего на конденсатор напряжения. Суммарные потери энергии в конденсаторе при работе его на переменном напряжении определяются, как известно, таким параметром, как tgδ, который равен отношению активной мощности (мощности потерь) к реактивной мощности конденсатора на заданной частоте, а сам угол δ, является углом, дополняющим на векторной диаграмме угол сдвига фаз тока и напряжения на конденсаторе до 90^о. Однако, параметр tgδ по определению имеет физический смысл только при гармонической форме воздействующего напряжения. Поэтому при более сложных формах напряжения на конденсаторе, а также для характеристики добротности конденсатора при частотах, близких к резонансной (зависит от собственной индуктивности конденсатора (L на рис.3), потери энергии в конденсаторе характеризуют величиной эквивалентного последовательного сопротивления ( R_эпс на рис.3), потери в котором в данном конкретном режиме равны суммарным потерям в конденсаторе. Представляется очевидным, что и tgδ и R_эпс являются частотно-зависимыми параметрами, поэтому их значения нормируют и определяют на конкретной, заданной частоте. В отдельных случаях, например, при необходимости минимизации собственной индуктивности конденсатора, ее предельное значение устанавливают в нормативной документации.

Основная, наиболее массовая часть современной номенклатуры дискретных конденсаторов для РЭА в последние десятилетия формируется на основе следующих традиционных видов конденсаторов:

• керамические конденсаторы,
• конденсаторы с оксидным диэлектриком,
• конденсаторы с органическим диэлектриком.

В соответствии с тенденцией миниатюризации функциональных блоков РЭА практическое применение также находят так называемые тонкопленочные конденсаторы, реализуемые с использованием различных диэлектрических материалов на основе вакуумных микроэлектронных технологий

В последние годы в РЭА стали применяться и конденсаторы с двойным электрическим слоем (ионисторы), у которых электрическое поле сосредоточено не в поляризованном диэлектрике, как у названных выше традиционных видов конденсаторов, а в двойном электрическом слое, образующемся при определенных условиях на границе «электрод-электролит».

 

Остановимся коротко на основных особенностях указанных видов конденсаторов и их месте в общей номенклатуре этих изделий.

 

Наибольшая доля (более 90% в штучном выражении) мирового выпуска конденсаторов приходится на керамические конденсаторы, в качестве диэлектрика которых используются поликристаллические структуры на основе оксидов металлов и их соединений, в основном, в виде твердых растворов. Современные физические представления о связи химического состава и структуры керамических конденсаторных материалов с их диэлектрическими и физико-механическими характеристиками позволяют, варьируя рецептурой и технологическими режимами, получать эти материалы с широкими, не свойственными другим диэлектрическим материалам, диапазоном диэлектрической проницаемости и диапазоном рабочих частот. Диэлектрическая проницаемость материалов для изготовления конденсаторов I типа (высокочастотных), лежит в пределах от единиц до сотен, в то время как у материалов для конденсаторов II типа (низкочастотных) этот параметр лежит в пределах от тысяч до десятков тысяч относительных единиц. Деление керамических материалов на низкочастотные и высокочастотные достаточно условно, поскольку все керамические конденсаторы могут применяться при любой частоте напряжения, в зависимости от предъявляемых к ним технических требований. Основой керамических материалов с высокой диэлектрической проницаемостью являются соединения, относящиеся к классу сегнетоэлектриков, поэтому эти материалы в большей или меньшей степени, в зависимости от состава, характеризуются нелинейными свойствами и специфическими температурными зависимостями диэлектрической проницаемости.

 

В конденсаторах с оксидным диэлектриком в качестве основного диэлектрического материала, определяющего их потребительские свойства и основные характеристики, используются оксидные слои на вентильных металлах: алюминии, тантале, ниобии.  Ориентировочные значения относительной диэлектрической проницаемости оксидных слоев составляют: Al₂О₃ – 10,  Та₂О₅ – 25,  Nb₂O₅ – 40. В общем случае, в зависимости от требований к конденсаторам и технологических возможностей оксидные слои могут формироваться, как непосредственно на поверхности фольги из указанных металлов, так и на развитой поверхности объемно-пористого тела на основе порошков из тех же металлов. Эти конденсаторы, как правило, являются полярными, при этом одним из электродов конденсаторов (анодом) является сам вентильный металл, вторым электродом (катодом) является электролит, либо, что характерно для конденсаторов относительно малой емкости с объемно-пористым анодом, слой полупроводника, например, двуокиси марганца.

В современных конденсаторах с органическим диэлектриком в качестве основного диэлектрического материала широко используются полимерные пленки толщиной порядка единиц – десятков мкм, основными из которых в настоящее время являются полипропиленовая с относительной диэлектрической проницаемостью около 2 и полиэтилентерефталатная с диэлектрической проницаемостью примерно 3,2.

 

Из вышеприведенных зависимостей следует, что диапазоны реализуемых емкостей на том или ином виде диэлектрика определяются не только его диэлектрической проницаемостью, но и технологическими возможностями реализации толщины диэлектрика и площади электродов конденсаторов. Диапазон реализации номинальных напряжений конденсаторов на том или ином виде диэлектрика определяется диапазоном реализуемых толщин диэлектрика и уровнем рабочей напряженности электрического поля в нем, которая, в свою очередь, зависит от электрической прочности используемых материалов и требований к электрическим режимам и долговечности конденсатора.

 

На рис.4 представлены наиболее характерные для рассматриваемых видов диэлектрика сочетания их диэлектрической проницаемости и практически реализуемых толщин.

Рис. 4 Сочетание реализации толщин и диапазонов значений диэлектрической проницаемости различных видов диэлектрика

 

Рассматриваемые нами виды конденсаторных диэлектрических материалов существенно отличаются друг от друга не только значениями диэлектрической проницаемости и технологически реализуемыми диапазонами толщин в конденсаторах, но и значениями электрической прочности. В результате, значения рабочей напряженности электрического поля в керамических конденсаторах не превышают единиц кВ/мм, в конденсаторах с органическим диэлектриком  лежат в пределах порядков десятков – сотен кВ/мм и в конденсаторах с оксидным диэлектриком достигают порядка сотен кВ/мм.

 

Совокупность перечисленных выше характеристик различных видов диэлектрика и технологических особенностей переработки соответствующих материалов определяют диапазоны реализации номинальных емкостей и напряжений конденсаторов на основе этих диэлектриков. Как указывалось выше, в ионисторах, роль поляризованного диэлектрика, если можно так выразится, «играет» двойной электрический слой, образующийся на границе электрода и электролита при напряжениях ниже потенциала начала химической реакции на электроде. В связи с этим номинальное напряжение отдельного ионистора, в зависимости от материала электролита лежит в пределах порядков десятых долей – малых единиц вольт. За счет последовательного соединения рабочие напряжения блоков ионисторов повышают до порядка десятков вольт. Высокая емкость ионисторов достигается за счет использования в электродах специальных углеродных материалов с высокой удельной поверхностью.

 

На рис.5 представлена совокупность наиболее характерных областей сочетаний номинальных емкостей и напряжений различных видов конденсаторов. Рис. 5 даёт лишь самые общие, приблизительные представления о возможностях реализации основных параметров конденсаторов на тех или иных диэлектрических материалах, однако и этих представлений вполне достаточно, чтобы выделить области типономиналов, реализация которых возможна только на определенных видах диэлектриков. Так, область относительно малых емкостей в широком интервале напряжений является прерогативой керамических конденсаторов, в области больших емкостей и относительно малых напряжений «господствуют» конденсаторы с оксидным диэлектриком и, далее, – с двойным электрическим слоем. Область сочетания относительно больших емкостей и напряжений, т.е. область относительно больших единичных зарядов и энергий конденсаторов, оптимально реализуется на органическом диэлектрике. Тем не менее, как видно на рис. 5, существует достаточно обширная область типономиналов, в которой возможен и целесообразен выбор вида конденсатора, наиболее соответствующего комплексу предъявляемых требований.

 

 

Рис. 5 Области реализации номинальных значений емкости и напряжения различных видов конденсаторов

 

Остановимся коротко на особенностях рассматриваемых видов конденсаторов, учет которых необходим для оптимального выбора конденсатора.

 Керамические конденсаторы, отличающиеся наиболее широким диапазоном номинальных напряжений, подразделяются на низковольтные (Uн до 1600 В), имеющие условное обозначение К10-, и высоковольтные (Uн=1600 В и выше), обозначаемые К15- .

В свою очередь, как низковольтные, так и высоковольтные керамические конденсаторы, подразделяются на конденсаторы общего назначения и специального назначения. Конденсаторы общего назначения, как правило, аттестовываются и, соответственно, используются в широком диапазоне электрических режимов с преимущественным воздействием постоянной составляющей напряжения. Эти конденсаторы, как правило, представлены широкими унифицированными сериями, конструкция и технология которых ориентированы на крупносерийное и массовое  производство. Обычно эти серии имеют несколько групп, отличающихся температурной стабильностью емкости. Поскольку диэлектрические проницаемости керамических материалов различных групп стабильности существенно отличаются, конденсаторы с повышенной температурной стабильностью емкости имеют, при прочих равных условиях, заметно большие габариты и, соответственно, массу. Примерами керамических конденсаторов общего назначения являются выпускаемые АО «НИИ «Гириконд» конденсаторы К10-79, К10-82, К10-83, К15-20

Конструкция и технология керамических конденсаторов специального назначения ориентированы на реализацию определенных специальных требований к параметрам или электрическим режимам работы конденсаторов. Примерами таких конденсаторов являются конденсаторы К10-80 и К15-39,  отличающиеся повышенными значениями реактивного тока в УВЧ и ОВЧ диапазонах. Поскольку в этих конденсаторах используются высокочастотные  материалы, диэлектрические потери в которых пренебрежимо малы в широком диапазоне частот, основным фактором, ограничивающим допустимые переменные высокочастотные составляющие напряжения, являются потери в электродах и выводах конденсаторов. Поэтому указанные типы конденсаторов имеют специальную конструкцию, позволяющую заметно снизить их эквивалентное последовательное сопротивление и, соответственно, реализовать в них существенно повышенные допускаемые значения реактивной мощности и реактивных токов по сравнению с конденсаторами общего назначения. Еще одним примером специальных керамических конденсаторов являются помехоподавляющие конденсаторы, для которых нормируется вносимое затухание в определенном диапазоне частот.

Основная часть современной номенклатуры, как низковольтных, так и высоковольтных керамических конденсаторов имеет многослойную конструкцию, пригодную, в том числе, для автоматизированного монтажа на поверхность печатных плат.

 

Применяемые в современной радиоэлектронной аппаратуре конденсаторы с оксидным диэлектриком подразделяются:

• по материалу основы оксидного слоя на  алюминиевые, танталовые, ниобиевые;
• по материалу катода на оксидно-электролитические и оксидно-полупроводниковые;
• по конструкции анода на фольговые и объемно-пористые.

 

Наиболее распространенными в современной аппаратуре являются:

• алюминиевые оксидно-электролитические фольговые конденсаторы (К50- ),
• танталовые оксидно-электролитические (К52- ) и оксидно-полупроводниковые (К53- ) объемно-пористые конденсаторы.

Каждый из указанных видов конденсаторов с оксидным диэлектриком имеет свои области реализации емкостей и напряжений и свои области применения. Так, в соответствии с физической природой оксидного слоя и спецификой технологии изготовления конденсаторов, номинальные напряжения алюминиевых конденсаторов, как правило, не превышают 600 В, танталовых оксидно-электролитических – 125 В, танталовых оксидно-полупроводниковых – 63 В. При прочих равных условиях танталовые конденсаторы по сравнению с алюминиевыми имеют меньшие габариты и меньшее эквивалентное последовательное сопротивление, что особенно важно для обеспечения работоспособности конденсаторов в области низких температур. Следует отметить, что эквивалентное последовательное сопротивление или близкое по значению полное сопротивление конденсатора при частотах, близких к резонансной, являются для конденсаторов с оксидным диэлектриком важнейшими параметрами, определяющими выбор того или иного конденсатора в каждом конкретном случае.

АО «НИИ «Гириконд» в последние десятилетия специализируется на разработках и производстве наиболее перспективных из конденсаторов с оксидным диэлектриком– танталовых конденсаторов.

 

В соответствии с принятой классификацией упомянутые выше наиболее широко применяемые в современной РЭА конденсаторы с органическим диэлектриком по типу диэлектрика подразделяются на:

• полиэтилентерефталатные (К73-…),
• полипропиленовые (К78-…),
• комбинированные (К75-…).

Первые два вида конденсаторов имеют чисто пленочный диэлектрик на основе одного из указанных полимеров, Диэлектрик последнего представляет собой или комбинацию указанных пленок, или их комбинацию в любом сочетании с конденсаторной бумагой, пропиточным составом и т.п. При прочих равных условиях конденсаторы на основе полиэтилентерефталатной пленки имеют лучшие массогабаритные характеристики, что обусловлено большей диэлектрической проницаемостью этой полярной пленки, однако уступают конденсаторам на основе полипропиленовой (неполярной) пленки по величине допустимой переменной составляющей воздействующего напряжения из-за сравнительно повышенных диэлектрических потерь.

Примерами конденсаторов с органическим диэлектриком общего назначения, предназначенных для работы в широком диапазоне электрических режимов являются низковольтные конденсаторы К73-11, К73-17, К73-50, К75-63, К78-2, К78-10.

К специальным конденсаторам с органическим диэлектриком следует отнести:

• конденсаторы переменного напряжения (например, К73-62),
• помехоподавляющие конденсаторы (например, сетевые К73-43, проходные К73-56, опорные К73-57),
• импульсные (например, К75-40, К75-80).

Как отмечалось выше, конденсаторы с двойным электрическим слоем (ионисторы, К58-…) имеют свою, характерную для этого вида конденсаторов, область реализации номинальных емкостей и их сочетаний с номинальными напряжениями. Номенклатура этих изделий для радиоэлектронной аппаратуры находится, по существу, в стадии формирования. Область их применения определяется тем важным обстоятельством, что по уровню удельной энергоемкости и величине внутреннего сопротивления эти изделия занимают промежуточное положение между конденсаторами и электрохимическими источниками. Это обстоятельство предполагает их применение, как в качестве самостоятельных накопителей заряда и энергии, так и в сочетании с другими конденсаторами и аккумуляторами, в том числе, и в качестве источников относительно большой мощности при их разряде.

 Современная номенклатура отечественных ионисторов представлена в настоящее время двумя видами этих изделий:

• ионисторы с жидким электролитом, представляющие интерес для использования в качестве эффективных накопителей энергии в силовой электронике,
• ионисторы с твердым электролитом, отличающиеся от первых заметно меньшей энергоемкостью, но при этом обладающие уникальной стойкостью к ионизирующим излучениям. Последнее обстоятельство и определяет сферу применения этих изделий в качестве накопителей энергии в функциональных блоках малогабаритной РЭА специальных, в том числе, автономных объектах ВВСТ.

АО «НИИ «Гириконд», являясь первым разработчиком отечественных конденсаторов с двойным электрическим слоем («ионистор» — запатентованное НИИ «Гириконд» товарное наименование этих изделий), в силу ряда объективных обстоятельств, специализируется в последние годы именно на ионисторах с твердым электролитом.

 

Каждый из рассмотренных видов конденсаторов имеет свою область применения в современной аппаратуре и свои направления  развития в соответствии с требованиями их сферы применения. Реализация этих требований в разработках новых изделий с постановкой их на производство являются  основными задачами научно-технической и производственной деятельности АО «НИИ «Гириконд».

 

За последние годы АО «НИИ «Гириконд» выполнен комплекс НИОКР на договорной и инициативной основе, в результате чего номенклатура выпускаемых предприятием конденсаторов пополнилась целым рядом перспективных конкурентоспособных изделий, отвечающих современным и перспективным требованиям разработчиков и изготовителей РЭА, в том числе, и для решения проблемы импортозамещения.

Так, в результате расширения серии ранее разработанных низковольтных керамических конденсаторов К10-83, их номенклатура пополнилась миниатюрными чип — конденсаторами с размерами в плане 1,0 х 0,5 мм (0402) и группой стабильности емкости Н20, являющейся аналогом широко применяемой в мире группы X7R. Кроме того, в рамках этого мероприятия впервые в России освоены в производстве керамические многослойные конденсаторы с толщиной диэлектрика менее 10 мкм, что позволило существенно повысить удельную емкость конденсаторов и для конденсаторов с номинальным напряжением 6,3 В повысит максимальное значение емкости до 15,0 мкФ.

Номенклатура высоковольтных керамических конденсаторов с повышенными реактивными токами  в диапазонах УВЧ и ОВЧ пополнилась широкой унифицированной серией конкурентоспособных конденсаторов К15-39, что позволяет успешно решать проблему импортозамещения аналогичной серии изделий фирмы АТС в мощной передающей РЭА .Для решения всё более актуальной проблемы ЭМС РЭА весьма полезной является разработанная и освоенная в производстве серия помехоподавляющих опорных керамических конденсаторов К10-85.

АО НИИ «Гириконд» является первым отечественным разработчиком и изготовителем нового поколения танталовых оксидно-электролитических конденсаторов К52-23, необходимых, прежде всего, для использования в качестве накопителей энергии в импульсных модуляторах приёмно-передающих модулей РЛС на АФАР. В результате проведенной работы шкала этих ранее разработанных конденсаторов пополнилась новыми типономиналами и новым типоразмером. Указанные конденсаторы имеют конкурентоспособные значения ЭПС, в том числе, и в области отрицательных температур, а их расширенная унифицированная серия позволяет успешно решать задачу импортозамещения в разрабатываемой и выпускаемой РЭА.

В последнее десятилетие развитие конденсаторов с органическим диэлектриком характеризуется качественным переходом на новое базовое конструктивно-технологическое решение, основой которого является новая технология металлизации полимерных пленок. Указанная технология позволяет заметно повысить уровень рабочей напряженности электрического поля в диэлектрике конденсаторов и, в результате, качественно (в несколько раз!) улучшить массогабаритные характеристики конденсаторов и  поднять уровень номинальных напряжений конденсаторов с чисто пленочным диэлектриком до порядка десятков киловольт.  В результате реализации указанного конструктивно-технологического решения номенклатура конденсаторов с органическим диэлектриком пополнилась:    

• полиэтилетерефталатными конденсаторами общего назначения с  качественно  улучшенными массогабаритными характеристиками  типа К73-76,  К73-84 и К78-54,
• помехоподавляющими конденсаторами К78-53 с повышенными требованиями по электрической прочности,
• снабберными конденсаторами К78-50,
• первыми отечественными пленочными высоковольтными конденсаторами К78-51 с номинальным напряжением до 40 кВ и повышенной в 2,5 раза удельной энергией по сравнению с традиционно выпускаемыми высоковольтными конденсаторами с комбинированы бумажно-пленочным пропитанным диэлектриком.

В целях решения проблемы импортозамещения в области дискретных конденсаторов СВЧ – диапазона разработаны и освоены в производстве миниатюрные тонкопленочные конденсаторы К26-8 с диэлектриком на основе диоксида кремния в чип – исполнении для автоматизированного монтажа.

 

      Подробная информация о выпускаемых предприятием конденсаторах приведена в соответствующих разделах каталога.

 

Подстроечные конденсаторы | «ЛЭПКОС», ИЦ «Северо-Западная Лаборатория»

Конденсаторы переменной емкости являются одним из наиболее важных элементов современной радиоэлектроники. Они широко применяются в измерительной аппаратуре и в различных устройствах электронной техники. К данному типу конденсаторов относятся подстроечные конденсаторы (конденсаторы полупеременной емкости), емкость которых устанавливают только в ходе настройки аппаратуры при выпуске ее с производства. Таким образом, в процессе эксплуатации их емкость уже не изменяется. Перенастройка конденсатора возможна только при ремонте данной аппаратуры. Возможность установки емкости компонента только в процессе настройки приводит к упрощению конструкции и снижению количества циклов регулировки в сравнении с переменными конденсаторами. Подстроечные конденсаторы часто именуются триммерами. Такие компоненты могут быть использованы в схемах с плавным изменением частоты для компенсации разброса начальной емкости схемы, для установки требуемой величины емкостной связи, для настройки контуров на требуемые фиксированные частоты, для компенсации отклонений параметров элементов схемы и в др. областях. Основными техническими параметрами триммеров являются: C min, max — границы диапазона регулировки — минимальная, максимальная емкости (Ф) U — допустимое напряжение (В). Величина допустимого и рабочего напряжения определяется свойствами и толщиной диэлектрика, а также расстоянием между выводами ТКЕ — температурный коэффициент емкости (ppm/°С), является характеристикой температурной стабильности емкости Q — добротность в заданном диапазоне частот при максимальной емкости Конструкция подстроечных конденсаторов определяется функцией устройств. Применяемые способы монтажа и крепления конденсаторов должны обеспечивать необходимую механическую прочность, надежный электрический контакт и исключение резонансных явлений во время воздействия вибрационных нагрузок. По особенностям конструкции условно такие конденсаторы можно разделить на пластинчатые, цилиндрические и дисковые. Особое внимание при выборе триммеров также уделяется выбору типа диэлектрика, используемого в пассивном компоненте. Так, например,выделяют подстроечные конденсаторы: с газообразным или жидким диэлектриком (воздушные, газонаполненные, маслонаполненные) с твердым неорганическим диэлектриком (керамические, стеклянные, слюдяные) с твердым органическим диэлектриком (воздушнопленочные, тефлоновые и др.) Компания Temex-Ceramics является одним из ведущих мировых производителей ВЧ и СВЧ пассивных компонентов, применяемых в телекоммуникациях, медицинском и промышленном оборудовании, военной и аэрокосмической аппаратуре и др.. В настоящее время, усовершенствование технологий и развитие потенциала компании ведется в одном из важнейших направлений — производстве многослойных керамических (высоковольтных, высокотемпературных, высокочастотных) и подстроечных конденсаторов с воздушным, керамическим или сапфировым диэлектриком, а также регулирующих элементов для резонаторных фильтров. Компанией Temex-Ceramics представлен широкий ассортимент триммеров с различными техническими параметрами, выпускаемые как для поверхностного монтажа (SMD), так и в выводном исполнении, характеризующиеся высокой добротностью. Подстроечные конденсаторы с керамическим диэлектриком Подстроечные керамические конденсаторы могут использоваться в космическом приборостроении, радиоприемных и передающих устройствах, телевизионных и видеосистемах и др. Такие компоненты отличаются прежде всего улучшенными удельными характеристиками. В частности, триммеры (серии AT2320G, AT 9401G, AT 9402G, AT 9410G, AT 0300/AT1300) , предназначенные для поверхностного монтажа (SMD), представляют собой компоненты, применяемые в электрических схемах, где размер и техническое исполнение являются особенно важными параметрами. Например, герметизированная серия подстроечных SMD конденсаторов с алюминиевым корпусом характеризуется устойчивостью к жестким воздействиям окружающей среды, а также механической и электрической прочностью. Кроме того, конструкция корпуса конденсатора защищает его от проникновения внутрь изделия флюса или обезжиривающего раствора при пайке. Рабочий диапазон частот таких компонентов не превышает 2 ГГц. Миниатюрные триммеры характеризуются высокой добротностью, стабильностью электрических характеристик в течение всего срока службы изделия. Отмеченные компоненты доступны в немагнитном исполнении. Среди SMD компонентов, выпускаемых компанией, можно выделить серии триммеров: SMD герметизированные керамические триммеры Миниатюрные SMD керамические триммеры Сверхкомпактные керамические триммеры для SMD монтажа Подстроечные конденсаторы с сапфировым диэлектриком При выборе диэлектрика для высокоточных подстроечных конденсаторов для многих разработчиков особый интерес представляет сапфир. Триммеры с сапфировым диэлектриком (серия AT272 *,AT SM260X, AT SM270X, AT SM280X, AT SM290X) характеризуются высокой добротностью, достаточно низким значением температурного коэффициента, большим сроком службы и обеспечивают отсутствие шумов при настройке оборудования. Кроме того, такие конденсаторы обладают достаточно большой емкостью при небольших размерах корпуса, что позволяет их активно использовать в беспроводных средствах связи, в электрических схемах СВЧ-устройств различного назначения. Благодаря изоляционным свойствам диэлектрического материала и достаточно прочной конструкции корпуса в триммерах достигаются высокие значения напряжения электрического пробоя. Триммеры с сапфировым диэлектриком * — значение приводится для стандартных серий Подстроечные конденсаторы с воздушным диэлектриком Серия воздушных подстроечных конденсаторов (AT 5200, AT 5400, AT 5500 , AT 5600, AT 5700, AT 5800 и др.) была специально разработана компанией Temex-Ceramics для применения в СВЧ устройствах различного функционального назначения. Воздух в сравнении с твердыми диэлектриками обладает целым рядом положительных свойств: малой проводимостью, отсутствием зависимости диэлектрической проницаемости (ε) от частоты, малой зависимостью ε от температуры, давления и влажности. Кроме того, при использовании такого диэлектрика наиболее просто осуществляется изменение емкости за счет взаимного перемещения пластин. Использование воздуха в качестве диэлектрика позволяет создать наиболее простые конструкции с улучшенными электрическими свойствами (малый тангенс угла потерь, невысокие значения ТКЕ, стабильность емкости), что позволяет их использовать в кварцевых генераторах и фильтрах, мобильных радиоустройствах, авиационных средствах связи, радиолокаторах, в кабельном телевидении и др. Триммеры Temex-Ceramics с воздушным диэлектриком Высоковольтные подстроечные конденсаторы Temex-Ceramics Компания Temex-Ceramics разработала специальную серию немагнитных высоковольтных подстроечных конденсаторов (AT 52H, AT 55H) на основе тефлонового и сапфирового диэлектрика, которые находят широкое применение в медицине, приборах, работающих на основе магнитно-ядерного резонанса и др.. Поскольку к немагнитным свойствам материалов предъявляются жесткие требования, все выпускаемые изделия соответствуют директиве RоHS. Среди производимых Temex-Ceramics немагнитных триммеров можно выделить: Высоковольтные триммеры Temex-Ceramics с тефлоновым диэлектриком Серия триммера Диапазон емкостей (пФ) Номинальное напряжение (VDC) Допустимое напряжение (VDC) Диапазон рабочих температур, °С ТКЕ, ppm/°C Q, при Cmax Подробнее AT52H AT 52H01 AT 52H02 1.5 — 10.0 1250 2500 -55÷+125 50+/-40 >1400 при 195 МГц AT55H AT 55H01 AT 55H02 1.5 — 19.0 1000 2000 -55÷+125 0+/-50 >1000 при 175 МГц Высоковольтные триммеры Temex-Ceramics с сапфировым диэлектриком SMT керамические чип конденсаторы LaserTrim Керамические чип компоненты LaserTrim характеризуются достаточно низкой себестоимостью (в сравнении с триммерами других серий) и подходят для использования в устройствах, чувствительным к вибрации и шумам, где механическая подстройка запрещена. Конденсаторы LaserTrim характеризуются высокой добротностью, компактностью, низким дрейфом емкости, высоким сопротивлением изоляции и др. Основные области применения: сотовая связь, радиомодемы, блоки дистанционного управления. Кроме того, конденсаторы этой серии широко используют в узлах электрических схем в: осцилляторах, фильтрах, антеннах и др. Конденсаторы LaserTrim Серия Емкость, (пФ) Отклонение от емкости Номинальное напряжение (VDC) Диапазон рабочих температур, °С ТКЕ, ppm/°C Подробнее L14 L15 L18 L41 1-21 -0%/+25% 50 -55÷+125 0+/-30 Тюнеры Temex-Ceramics Тюнеры используют для точной настройки таких СВЧ компонентов как, фильтры, резонаторы, осциллографы, волноводы, диэлектрические резонаторы и др.. Высокая надежность конструкции, стабильность параметров после настройки, наличие блокирующих пазов и регулировка шума обеспечивает использование тюнеров в заданном диапазоне частот. Основные области применения таких компонентов — космическое приборостроении, волноводы, преобразователи сопротивления и др. СВЧ тюнеры

ФЕРРИТ-ХОЛДИНГ: Новости   10.06 21  Уважаемые коллеги! Поздравляем Вас с наступающим Днем России! Сообщаем наш режим работы: 11 июня – отгрузка продукции производится до 15-00; офис работает до 15.30 12-14 июня — ВЫХОДНЫЕ ДНИ. 10.06 21  Уважаемые коллеги! Поздравляем Вас с наступающим Днем России! Сообщаем наш режим работы: 11 июня – отгрузка продукции производится до 15-00; офис работает до 15.30 12 июня — ВЫХОДНОЙ ДЕНЬ. 29.04 21  Уважаемые коллеги! Поздравляем Вас с наступающими 1 Мая – праздником весны и труда и с великим праздником – Днем Победы 9 Мая! Сообщаем режим работы компании ЛЭПКОС в майские праздники: 30 апреля – предпраздничный день, отгрузка продукции производится до 15-00; 1 — 10 мая — ВЫХОДНЫЕ ДНИ. 30.12 20  Уважаемые коллеги, обращаем Ваше внимание, что 31.12.2020 склад и офис компании Лэпкос будут работать до 13.00. 01.01.2021-10.01.2021 — выходные дни. С 11 января интернет-магазин, офис и склад продолжат работу в обычном режиме. 30.12 20  Уважаемые коллеги! Коллектив компании Лэпкос поздравляет Вас с наступающими праздниками Новым годом и Рождеством! Желаем Вам крепкого здоровья и благополучия! Пусть Новый год принесет множество новых достижений, интересных проектов, радостных событий и счастливых моментов!

Основные типы конденсаторов | Электрик

Электрический конденсатор — один из самых распространених радио элементов, служит он для накопления электроэнергии (заряда). Самый простой конденсатор можно представить в виде двух металлических пластин (обкладок) и диэлектрика который находится между ними.

Когда к конденсатору подключают источник напряжения, то на его обкладках (пластинах) появляются противоположные заряды и возникнет электрическое поле притягивающие их друг к другу, и даже после отключения источника питания, такой заряд остается некоторое время и энергия сохраняется в электрическом поле между обкладками.

В электронных схемах роль конденсатора также может состоять не только в накоплении заряда но и в разделения постоянной и переменной составляющей тока, фильтрации пульсирующего тока и разных других задачах.
В зависимости от задач и факторов работы, конденсаторы используются очень разных типов и конструкций. Здесь мы рассмотрим наиболее популярные типы конденсаторов.

Конденсаторы алюминиевые электролитические

Это может быть, например, конденсатор К50-35 или К50-2 или же другие более новые типы.
Они состоят из двух тонких полосок алюминия свернутых в рулон, между которыми в том же рулоне находится пропитанная электролитом бумага в роли диэлектрика.
Рулон находится в герметичном алюминиевом цилиндре, чтобы предотвратить высыхание электролита.
На одном из торцов конденсатора (радиальный тип корпуса) или на двух торцах которого (аксиальный тип корпуса) располагаются контактные выводы. Выводы могут быть под пайку либо под винт.
В электролитических конденсаторах емкость исчисляется в микрофарадах и может быть от 0.1 мкф до 100 000 мкф. Как правило большая емкость и характеризует этот тип конденсаторов.
Еще одним из важных параметров есть максимальное рабочее напряжение, которое всегда указывается на корпусе и в конденсаторах этого типа может быть до 500 вольт!
 Среди недостатков данного типа можно рассмотреть 3 причины:
1. Полярность. Полярные конденсаторы недопустимы с работой в переменном токе. На корпусе обозначаются соответствующими значками выводы конденсатора, как правило конденсаторы с одним выводом минусовой контакт имеют на корпусе, а плюсовой на выводе.
2. Большой ток утечки. Естественно такие конденсаторы не годятся для длительного хранения энергии заряда, но они хорошо себя зарекомендовали в качестве промежуточных элементов, в фильтрах активных схем и пусковых установках двигателей.
3.Снижение емкости с увеличением частоты. Такой недостаток легко устраняется с помощью параллельно подключенного керамического конденсатора с очень маленькой ёмкостью.

Керамические однослойные конденсаторы

Такие типы, например как К10-7В, К10-19, КД-2. Максимальное напряжения такого типа конденсаторов лежит в пределах 15 — 50 вольт, а ёмкость от 1 пФ до 0.47 мкф при сравнительно небольших размерах довольно не плохой результат технологии.
У данного типа характерны малые токи утечки и низкая индуктивность что позволяет им легко работать на высоких частотах, при постоянном, переменном и пульсирующих токах.
Тангенс угла потерь tgδ не превышает обычно 0,05, а максимальный ток утечки – не более 3 мкА.
Конденсаторы данного типа спокойно переносят внешние факторы, такие как вибрация с частотой до 5000 Гц с ускорением до 40 g, многократные механические удары и линейные нагрузки.
Маркировка на корпусе конденсатора обозначает его номинал. Три цифры расшифровываются следующим образом. Если две первые цифры умножать на 10 в степени третьей цифры, то получится значение емкости данного конденсатора в пф. Так, конденсатор с маркировкой 101 имеет емкость 100 пф, а конденсатор с маркировкой 472 — 4,7 нф. Для удобства составлены таблицы наиболее «ходовых» ёмкостей конденсаторов и их маркировочные коды.
Наиболее часто применяются в фильтрах блоков питания и как фильтр поглощающий высокочастотные импульсы и помехи.

Керамические многослойные конденсаторы

Например К10-17А или К10-17Б.
В отличии от вышеописанных, состоят уже из нескольких слоев металлических пластин и диэлектрика в виде керамики, что позволяет иметь им большую ёмкость чем у однослойных и может быть порядка нескольких микрофарад, но максимальное напряжение у данного типа все также ограничено 50 вольтами.
Применяются в основном как фильтрующие элементы и могут исправно работать как с постоянным так и с переменным и пульсирующим током.

Керамические высоковольтные конденсаторы

Например К15У, КВИ и К15-4
Максимальное рабочее напряжение данного типа может достигать 15 000 вольт! Но ёмкость у них небольшая, порядка 68 — 100 нФ.
Работают они как с переменным так и с постоянным током. Керамика в качестве диэлектрика создает нужное диэлектрическое свойство выдерживать большое напряжение, а особая форма защищает конструкцию от пробоя пластин.
Применение у них самое разнообразное, например в схемах вторичных источников питания в качестве фильтра для поглощения высокочастотных помех и шумов, или в конструирование катушек Тесла, мощной и ламповой радиоаппаратуре.

Танталовые конденсаторы

Например К52-1 или smd А. Основным веществом служит — пентоксид тантала, а в качестве электролита — диоксид марганца. Твердотельный танталовый конденсатор состоит из четырех основных частей: анода, диэлектрика, электролита (твердого или жидкого) и катода.
По рабочим свойствам танталовые конденсаторы схожи с электролитическими, но рабочее максимальное напряжение ограничено 100 вольтами, а ёмкость как правило не превышает 1000 мкФ.
Но в отличии от электролитических, у данного типа собственная индуктивность намного меньше что дает возможность их использования на высоких частотах, до несколько сотен килогерц.
Основной причиной выхода из строя бывает превышение максимального напряжения.
Применение у них в большинстве наблюдается в современных платах электронных устройств, что возможно из за конструктивной особенности smd-монтажа.

Полиэстеровые конденсаторы

Например K73-17 или CL21, на основе металлизированной пленки…
Весьма популярные из за небольшой стоимости конденсаторы встречающиеся в почти всех электронных устройствах, например в балластах энергосберегающих ламп. Их корпус состоит из эпоксидного компаунда что придает конденсатору устойчивость к внешним неблагоприятным факторам, химическим растворам и перегревам.
Ёмкость таких конденсаторов идет порядка 1 нф — 15мкф и максимальное рабочее напряжение у них от 50 до 1500 вольт.
Большой диапазон максимального напряжения и ёмкости дает возможность использования полиэстеровых конденсаторов в цепях постоянного, переменного и импульсных токов.

Полипропиленовые конденсаторы

Например К78-2 и CBB-60.
В данного типа конденсаторов в качестве диэлектрика выступает полипропиленовая пленка. Корпус изготовлен из негорючих материалов, а сам конденсатор призначен для работы в тяжелых условиях.
Ёмкость, как правило в пределах 100пф — 10мкф, но в последнее время выпускают и больше, а по поводу напряжение то большой запас может достигать и 3000 вольт! Преимущество этих конденсаторов заключается не только в высоком напряжении, но и в чрезвычайно низком тангенсе угла потерь, поскольку tg? может не превышать 0,001, что позволяет использовать конденсаторы на больших частотах в несколько сотен килогерц и применять их в индукционных обогревателях и пусковых установках асинхронных электродвигателей.

Пусковые конденсаторы (CBB-60) могут иметь ёмкость и до 1000мкф что стает возможным из за особенностей конструкции такого типа конденсаторов. На пластиковый сердечник наматывается металлизированная полипропиленовая пленка, а сверху весь этот рулон покрывается компаундом.

Максимальное напряжение у них сравнительно не большое, до 300 — 600 вольт что вполне достаточно для пуска и работы электродвигателей.
Выводы конденсатора могут быть как в виде проводов, так и под клеммы или под болт.

Цифровая маркировка конденсаторов

Цифро-буквенная маркировка конденсаторов

Виды конденсаторов. Устройство и особенности. Параметры и работа

Все виды конденсаторов имеют одинаковое основное устройство, оно состоит из двух токопроводящих пластин (обкладок), на которых концентрируются электрические заряды противоположных полюсов, и слоя изоляционного материала между ними.

Применяемые материалы и величина обкладок с разными параметрами слоя диэлектрика влияют на свойства конденсатора.

Виды конденсаторов

Конденсаторы делятся на виды по следующим факторам.

Назначению:

• Общего назначения. Это популярный вид конденсаторов, которые используют в электронике. К ним не предъявляются особые требования.
• Специальные. Такие конденсаторы обладают повышенной надежностью при заданном напряжении и других параметров при запуске электродвигателей и специального оборудования.

Изменению емкости:

• Постоянной емкости. Не имеют возможности изменения емкости.
• Переменной емкости. Они могут изменять значение емкости при воздействии на них температуры, напряжения, регулировки положения обкладок. К конденсаторам переменной емкости относятся:
  — Подстроечные конденсаторы не предназначены для постоянной работы, связанной с быстрой настройкой емкости. Они служат только для одноразовой наладки оборудования и периодической подстройки емкости.
  — Нелинейные конденсаторы изменяют свою емкость от воздействия температуры и напряжения по нелинейному графику. Конденсаторы, емкость которых зависит от напряжения, называются варикондами, от температуры – термоконденсаторами.

Способу защиты:

• Незащищенные работают в обычных условиях, не имеют никакой защиты.
• Защищенные конденсаторы выполнены в защищенном корпусе, поэтому могут работать при высокой влажности.
• Неизолированные имеют открытый корпус и не имеют изоляции от возможного соприкосновения с различными элементами схемы.
• Изолированные конденсаторы выполнены в закрытом корпусе.
• Уплотненные имеют корпус, заполненный специальными материалами.
• Герметизированные имеют герметичный корпус, полностью изолированы от внешней среды.

Виду монтажа:

• Навесные делятся на несколько видов с;
  — ленточными выводами;
  — опорным винтом;
  — круглыми электродами;
  — радиальными или аксиальными выводами.
• Конденсаторы с винтовыми выводами оснащены резьбой для соединения со схемой, применяются в силовых цепях. Подобные выводы проще фиксировать на охлаждающих радиаторах для снижения тепловых нагрузок.
• Конденсаторы с защелкивающимися выводами являются новой разработкой, при монтаже на плату они защелкиваются. Это очень удобно, так как нет необходимости использовать пайку.
• Конденсаторы, предназначенные для поверхностной установки, имеют особенность конструкции: части корпуса являются выводами.
• Емкости для печатной установки изготавливают с круглыми выводами для расположения на плате.

По материалу диэлектрика:

Сопротивление изоляции между пластинами зависит от параметров изоляционного материала. Также от этого зависят допустимые потери и другие параметры.

• Конденсаторы с неорганическим изолятором из стеклокерамики, стеклоэмали, слюды. На диэлектрический материал нанесено металлическое напыление или фольга.
• Низкочастотные конденсаторы включают в себя изоляционный материал в виде слабополярных органических пленок, у которых диэлектрические потери зависят от частоты тока.
• Высокочастотные содержат пленки из фторопласта и полистирола.
• Импульсные высокого напряжения имеют изолятор из комбинированных материалов.
• В конденсаторах постоянного напряжения в качестве диэлектрика используется политетрафторэлитен, бумага, либо комбинированный материал.
• Низковольтные работают при напряжении до 1,6 кВ.
• Высоковольтные функционируют при напряжении свыше 1,6 кВ.
• Дозиметрические конденсаторы служат для работы с малым током, имеют незначительный саморазряд и большое сопротивление изоляции.
• Помехоподавляющие емкости уменьшают помехи, возникающие от электромагнитного поля, имеют низкую индуктивность.
• Емкости с органическим изолятором выполнены с применением конденсаторной бумаги и различных пленок.
• Вакуумные, воздушные, газонаполненные конденсаторы обладают малыми диэлектрическими потерями, поэтому их применяют в аппаратуре с высокой частотой тока и напряжения.

Форме пластин:

• Сферические.
• Плоские.
• Цилиндрические.

Полярности:

• Электролитические конденсаторы называют оксидными. При их подключении обязательным является соблюдение полярности выводов. Электролитические конденсаторы содержат диэлектрик, состоящий из оксидного слоя, образованный электрохимическим способом на аноде из тантала или алюминия. Катодом является электролит в жидком или гелеобразном виде.
• Неполярные конденсаторы могут включаться в схему без соблюдения полярности.

Конструктивные особенности

Воздушные виды конденсаторов

В качестве диэлектрика используется воздух. Такие виды конденсаторов хорошо зарекомендовали себя при работе на высокой частоте, в качестве настроечных конденсаторов с изменяемой емкостью. Подвижная пластина конденсатора является ротором, а неподвижную называют статором. При смещении пластин друг относительно друга, изменяется общая площадь пересечения этих пластин и емкость конденсатора. Раньше такие конденсаторы были очень популярны в радиоприемниках для настраивания радиостанций.

Керамические

Такие конденсаторы изготавливают в виде одной или нескольких пластин, выполненных из специальной керамики. Металлические обкладки изготавливают путем напыления слоя металла на керамическую пластину, затем соединяют с выводами. Материал керамики может применяться с различными свойствами.

Их разнообразие обуславливается широким интервалом диэлектрической проницаемости. Она может достигать нескольких десятков тысяч фарад на метр, и имеется только у такого вида емкостей. Такая особенность керамических емкостей позволяет создавать большие значения емкостей, которые сопоставимы с электролитическими конденсаторами, но для них не важна полярность подключения.

Керамика имеет нелинейную сложную зависимость свойств от напряжения, частоты и температуры. Из-за небольшого размера корпуса эти виды конденсаторов применяются в компактных устройствах.

Пленочные

В таких конденсаторах в качестве диэлектрика выступает пластиковая пленка: поликарбонат, полипропилен или полиэстер.

Обкладки конденсатора напыляют или выполняют в виде фольги. Новым материалом служит полифениленсульфид.

Параметры пленочных конденсаторов:

• Применяются для резонансных цепей.
• Наименьший ток утечки.
• Малая емкость.
• Высокая прочность.
• Выдерживают большой ток.
• Устойчивы к электрическому пробою (выдерживают большое напряжение).
• Наибольшая эксплуатационная температура до 125 градусов.

Полимерные

Имеют отличие от электролитических емкостей наличием полимерного материала, вместо оксидной пленки между обкладками. Они не подвергаются утечке заряда и раздуванию.

Параметры полимера обеспечивают значительный импульсный ток, постоянный температурный коэффициент, малое сопротивление. Полимерные модели способны заменить электролитические модели в фильтрах импульсных источников и других устройствах.

Электролитические

От бумажных электролитические конденсаторы отличаются материалом диэлектрика, которым является оксид металла, созданный электрохимическим методом на плюсовой обкладке.

Вторая пластина выполнена из сухого или жидкого электролита. Электроды обычно выполнены из тантала или алюминия. Все электролитические емкости считаются поляризованными, и способны нормально работать только на постоянном напряжении при определенной полярности.

Если не соблюдать полярность, то может произойти необратимый химический процесс внутри емкости, которая приведет к выходу его из строя, или даже взрыву, так как будет выделяться газ.

К электролитическим можно отнести суперконденсаторы, которые называют ионисторами. Они обладают очень большой емкостью, достигающей тысячи Фарад.

Танталовые электролитические

Устройство танталовых электролитов имеет особенность в электроде из тантала. Диэлектрик состоит из пентаоксида тантала.

Параметры:

• Незначительный ток утечки, в отличие от алюминиевых видов.
• Малые размеры.
• Невосприимчивость к внешним воздействиям.
• Малое активное сопротивление.
• Высокая чувствительность при ошибочном подключении полюсов.

Алюминиевые электролитические

Положительным выводом является электрод из алюминия. В качестве диэлектрика использован триоксид алюминия. Они применяются в импульсных блоках и являются выходным фильтром.

Параметры:

• Большая емкость.
• Корректная работа только на низких частотах.
• Повышенное соотношение емкости и размера: конденсаторы других видов при одной емкости имели бы большие размеры.
• Большая утечка тока.
• Низкая индуктивность.

Бумажные

Диэлектриком между фольгированными пластинами служит особая конденсаторная бумага. В электронных устройствах бумажные виды конденсаторов обычно работают в цепях высокой и низкой частоты.

Металлобумажные конденсаторы обладают герметичностью, высокой удельной емкостью, качественной электрической изоляцией. В их конструкции применяется вакуумное металлическое напыление на бумажный диэлектрик, вместо фольги.

Бумажные конденсаторы не обладают высокой механической прочностью. В связи с этим его внутренности располагают в металлическом корпусе, который защищает его устройство.

Похожие темы:

Высоковольтные конденсаторы пленочные. Силовые конденсаторы APIcapacitors

APIcapacitors — стабильно развивающаяся компания, производящая современные высоковольтные конденсаторы для всевозможных сфер применения в силовой электронике, которая приобрела всемирную репутацию с точки зрения превосходного качества продукции и инноваций. Компания находится в центре развития технологий изготовления силовых конденсаторов, занимая лидирующее положение на рынке.

	API проектируют и производят широкий ряд силовых конденсаторов постоянного тока, при этом имеется возможность их изготовления с параметрами, отличными от представленных в каталоге. Параметры силовых конденсаторов постоянного тока, а именно, напряжение, вес, размеры, выводы и т.д., определяются потребностями заказчиков. Большой срок службы и высокая надежность пленочных конденсаторов постоянного тока достигается за счет использования металлизированной полипропиленовой диэлектрической пленки, отличающейся очень низкой плотностью дефектов, расширенным диапазоном рабочей температуры и способность самовосстановления. Медь с высокой проводимостью используется для низкого сопротивления внутренних соединений. На последнем этапе высоковольтные конденсаторы постоянного тока помещаются в металлические с порошковым антикоррозийным покрытием или изолированные корпуса и заполняются экологически чистым маслом или сухой свободной от протечек резиной.
	Силовые конденсаторы переменного тока для релейных и питающих концов рельсовых цепей и высокочастотные пленочные конденсаторы постоянной емкости постоянного тока, используемые на путевом оборудовании для сигнализации. Низкочастотные высоковольтные конденсаторы, применяемые на релейных и питающих рельсовых концах переменного тока, производятся в виде секций, которые управляются металлическими переключателями. Для ограничения максимальных переходных токов. Конденсаторные элементы загерметизированы с помощью полиуретановой резины и помещены в изолированный корпус IP67 класса изоляции. Высокочастотные силовые конденсаторы постоянного тока постоянной емкости для безстыковх рельсовых цепей производят с погрешностью менее 1 % и применяется диэлектрическая система, гарантирующая стабильность емкости на всем температурном диапазоне. Емкостные элементы герметизированы при помощи полиуретановой резины и помещены в алюминиевые корпуса.
	Пленочные конденсаторы переменного тока, при этом имеется возможность изготовления их с параметрами, отличными от представленных в каталоге. Параметры, а именно, напряжение, вес, размеры, выводы и т.д., определяются потребностями заказчиков. Большой срок службы и высокая надежность достигается за счет использования металлизированной полипропиленовой диэлектрической пленки, отличающейся очень низкой плотностью дефектов, расширенным диапазоном рабочей температуры и способность самовосстановления. Медь с высокой проводимостью используется для низкого сопротивления внутренних соединений. На последнем этапе высоковольтные конденсаторы помещаются в металлические с порошковым антикоррозийным покрытием или изолированные. Корпуса и заполняются экологически чистым маслом или сухой свободной от протечек резиной.
	Снабберные пленочные конденсаторы для GTO, IGCT и других тиристорных устройств. Параметры, а именно, напряжение, вес, размеры, выводы и т.д., определяются потребностями заказчиков. Большой срок службы и высокая надежность достигается за счет использования металлизированной полипропиленовой диэлектрической пленки, отличающейся очень низкой плотностью дефектов, расширенным диапазоном рабочей температуры и способность самовосстановления. Снабберные высоковольтные конденсаторы проводят высокие токи благодаря низкому сопротивлению фольгированных электродов. На последнем этапе конденсаторы пропитываются экологически чистым маслом и помещают в изоляционный полимерный корпус или инкупсулирются в резине.
	API проектируют и производят широкий ряд накопительных конденсаторов, при этом имеется возможность изготовления их с параметрами, отличными от представленных в каталоге. Параметры конденсаторов, а именно, напряжение, вес, размеры, выводы и т.д., определяются потребностями заказчиков. Большой срок службы и высокая надежность достигается за счет использования металлизированной полипропиленовой диэлектрической пленки, отличающейся очень низкой плотностью дефектов, расширенным диапазоном рабочей температуры и способность самовосстановления. Медь с высокой проводимостью используется для низкого сопротивления внутренних соединений. На последнем этапе силовые конденсаторы помещаются в металлические с порошковым антикоррозийным покрытием или изолированные корпуса и заполняются экологически чистым маслом или сухой свободной от протечек резиной.
Скачать: Каталог продукции ApiCapacitors

Технология производства

Производя высоковольтные конденсаторы APIcapacitors использует широкий спектр диэлектрических и пропиточных материалов, каждый из которых тщательным образом подобран для обеспечения оптимальных эксплуатационных характеристик силовых конденсаторов в соответствии с требованиями заказчика. Для производства в большинстве случаев используется металлизированные диэлектрики, однако иногда, исключительно для больших токов, в качестве электрода используется алюминиевая фольга.

Новые технологии на основе внедренной металлизированной пленки дают ряд преимуществ с точки зрения веса и объема по сравнению с традиционными конструкциями. Для производства высоковольтных конденсаторов API используется специальная технология металлизации, позволяющая уменьшить потенциальные проблемы, вызванные самовосстановлением, которое может происходить время от времени. Для небольших пленочных конденсаторов, используемых на печатных платах, нет тех проблем, которые характерны для больших силовых конденсаторов, где неуправляемая энергия в режимах самовосстановления может привести к последовательным повреждениям и дальнейшему разрушению прибора. APIcapacitors имеет разработанные технологии, устраняющие эти проблемы, обеспечивая тем самым гарантированную надежность и эксплуатацию без технических проблем.

Применение высоковольтных конденсаторов

• Транспорт: Метро, троллейбусы, трамваи, железнодорожный транспорт, легкое метро.
• Статические приводы: Силовые инверторы для контроля скорости привода в нефтегазовом оборудовании, горнодобывающая промышленность, энергетика, космический и судоходный сегмент рынка.
• Передача и распределение энергии: FACTS, статические компенсаторы, статический компенсатор реактивной мощности, HVDC системы.
• Импульсная энергия: Лазеры, космонавтика, медицина.
• Научные исследования: Ускорители, сверхпроводники, лазеры.
• Автоматика: Электромобили, гибридные автомобили, спортивные моторы.
• Другое: Сварка, металлургическая промышленность.

Основные характеристики конденсаторов:

• Емкость: 10нФ – 30мФ
• Напряжение: 100В – 100кВ
• Величина тока: 10A – 1000A
• Частота: DC – 100кГц
• Температура: -50°C – 150°C

Миф о трех номиналах конденсаторов | 2020-03-03

Сегодня многие конструкции включают в себя три развязывающих конденсатора разной емкости или, при использовании только одного конденсатора, небольшую емкость, например 0,1 мкФ. Эти рекомендации основаны на предположениях 50-летней давности, которые сегодня не применимы. Пришло время пересмотреть эти устаревшие, унаследованные рекомендации по дизайну.

Мифы как унаследованный код

С самого начала электронную промышленность тянули в будущее четыре силы: быстрее, меньше и дешевле сейчас.Это стимулировало постоянное продвижение революционных и эволюционных разработок в области технологий, материалов, производства и дизайна. Иногда принципы проектирования, принятые нами в предыдущем поколении, становятся «устаревшим кодом» в следующем поколении и больше не применяются. То, что сработало для одной комбинации технологий межсоединений, может не применяться к новой комбинации. Устаревшее руководство по дизайну становится мифом, и его следует пересмотреть.

Единственная константа — это изменение

В нашей отрасли произошли революционные достижения от ламп до транзисторов, интегральных схем и систем в корпусах.Мы испытали революционный прогресс от дискретной проводки до однослойных и двухслойных печатных плат, многослойных плат и технологий HDI. Мы стали свидетелями революционных достижений от ранних устройств со сквозными отверстиями, таких как простые металлические корпуса для корпусов DIP, до больших массивов штыревых решеток, корпусов для поверхностного монтажа с выводными рамками, небольших органических подложек для печатных схем, массивов шариковых решеток и корпусов для масштабирования микросхем и многокристальные модули. Снимок во времени с четырьмя типичными технологическими поколениями плат и корпусов показан на рис. , рис. 1 .

Рисунок. 1 Четыре снимка во времени. Слева направо: лампы и дискретные провода, лампы и печатные платы, дискретные транзисторы и печатные платы, а также корпуса BGA для поверхностного монтажа с многослойными печатными платами.

Влияние поколений технологий на дизайн

Фундаментальные принципы взаимодействия сигналов с межсоединениями не изменились. Они по-прежнему основаны на уравнениях Максвелла 150-летней давности. Однако то, как мы реализуем принципы проектирования и превращаем их в руководящие принципы проектирования, менялось с каждым поколением технологий упаковки и межсоединений.

В первые дни использования ламп с дискретной проводкой межсоединения часто были прозрачными. Когда межкомпонентные соединения имели значение, первой проблемой, которая ломалась, обычно были перекрестные помехи из-за большой индуктивности контура. Принципы проектирования «короче — лучше» и соединенные вместе провода питания и заземления были популярны.

Когда были представлены многослойные платы, часть этого устаревшего кода продолжила маршрутизацию питания и заземления как дискретных проводов, а не с использованием заземляющих плоскостей. Наследие, когда питание и земля были соединены близко друг к другу, сдерживало реализацию наземных плоскостей в некоторых ранних проектах.

Когда тактовая частота превысила 20 МГц, стали преобладать эффекты линии передачи, а контролируемый импеданс, топологии маршрутизации и стратегии завершения стали важными движущими силами при проектировании межсоединений. Унаследованный код «короче — лучше» привел к некоторому нежеланию использовать топологии последовательной маршрутизации, что могло привести к увеличению длины пути, но меньшему шуму отражения.

Когда мы вошли в режим 1 Гбит / с, потери стали важными, и мы начали выбирать другие материалы, помимо обычных материалов на основе эпоксидного стекла, чтобы снизить потери.При использовании этих ламинатов с более низкими потерями мы обнаружили, что при скорости передачи данных выше 5 Гбит / с потери в меди были выше, чем ожидалось, и мы обнаружили, что более гладкая медь была лучше. Мы обнаружили, что при скорости более 10 Гбит / с применяемый 50 лет назад подход к созданию печатных плат, армированных стекловолокном, способствует возникновению новой проблемы перекоса стекловолокна или переплетения волокон.

С новыми технологиями нам нужны новые правила проектирования. Старые правила изготовления печатных плат из эпоксидного стекла с высокой прочностью на отслаивание не обязательно являются лучшими рекомендациями по проектированию в эпоху мультигигабитных межкомпонентных соединений.

Ведущие отраслевые эксперты

Руководящие принципы проектирования, которые мы ежедневно применяем в наших электронных продуктах, были разработаны лидерами отрасли. Это компании с преданными своему делу экспертами в области целостности сигналов, целостности питания, электромагнитной совместимости, материалов, производства, надежности и интеграции, которые представляют продукты на переднем крае. Эти эксперты применяют фундаментальные принципы для разработки руководящих принципов проектирования новых материалов, технологий ИС и технологий межсоединений, которые они вводят.

Но иногда то, что работало в одном поколении технологий, становится мифом в следующем поколении. Поскольку эти правила проектирования были установлены экспертами, остальная часть отрасли иногда неохотно отказывается от старых руководящих принципов проектирования и продолжает использовать их в технологиях нового поколения, где они могут не применяться. Они становятся мифами, укоренившимися в нашем арсенале инструментов.

Если последний дизайн работал в соответствии с этими старыми руководящими принципами дизайна, часто считается, что это произошло из-за руководящих принципов дизайна, даже если это могло быть вопреки им.Иногда унаследованный код нейтрален, иногда у него есть обратная сторона. Даже если он нейтральный, если он препятствует установлению лучшего руководства по дизайну, он становится отрицательным. Это становится мифом, который можно вытеснить.

Миф о руководящих принципах проектирования, например об использовании трех разных конденсаторов на каждый вывод питания для развязки, который снижает производительность в конструкции следующего поколения, всегда следует пересматривать.

Высокочастотные конденсаторы

Идеальная модель эквивалентной электрической цепи реального конденсатора хорошо описывается простой последовательной RLC-цепью, когда монтажная индуктивность превышает примерно 1 нГн.Когда оно ниже 1 нГн, появляются новые эффекты, и лучше подходит модель линии передачи для реального конденсатора.

Простая модель RLC применима к большинству поколений конденсаторов. Пример измеренного импеданса реального SMT, конденсатора MLCC и смоделированного импеданса идеальной последовательной цепи RLC показан на Рис. 2 .

Рисунок. 2 Пример измеренного импеданса (синим цветом) и фазы реального конденсатора SMT и смоделированного импеданса (красным цветом) простой модели цепи RLC.Разница в измеренной и смоделированной фазах является показателем поведения ESR в реальном конденсаторе, не включенном в простую модель RLC.

Эта серия RLC-схем является простейшей моделью, которая обычно применяется в технологическом диапазоне электролитических, танталовых, керамических конденсаторов MLCC, как для сквозного монтажа, так и для поверхностного монтажа. Это только модель первого порядка, и многие реальные конденсаторы могут быть намного лучше согласованы с моделями второго порядка. Но эта первая модель предлагает понимание роли этих трех важных терминов.

Идеальный C соответствует поведению импеданса на низкой частоте. R часто называют эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR). Это происходит из-за реальных выводов конденсатора, металлизации пластин и, в меньшей степени, других механизмов потерь в конденсаторе. L называется эквивалентной последовательной индуктивностью (ESL). Это в первую очередь связано с внутренней структурой конденсатора и путями питания и заземления на его печатной плате к контактам IC, к которым он подключается.

Во времена сквозных конденсаторов, начавшиеся более 50 лет назад, обычно использовались две конденсаторные технологии: электролитический и керамический диск. Примеры показаны на Рисунок 3 .

Рисунок. 3 Примеры электролитических и керамических дисковых конденсаторов. Конденсаторы меньшего физического размера имеют меньшую емкость, меньшее ESL и большее ESR.

В технологии как электролитических конденсаторов, так и керамических дисковых конденсаторов существует прямая связь между величиной емкости, которая может быть спроектирована в конденсаторе, его физическим размером и длиной вывода.Большая емкость означает больший физический размер конденсатора.

Поскольку ESL также зависит от физического размера конденсатора и длины его выводов, конденсаторы большего номинала также имеют больший ESL. Например, электролитический конденсатор емкостью 47 мкФ может иметь ЭСЛ до 30 нГн, а небольшой дисковый конденсатор 0,1 мкФ может иметь ЭСЛ всего 7 нГн.

Даже ESR зависит от конструкции и размера конденсатора. Электролитический конденсатор может иметь ESR порядка от 0,1 до 5 Ом.Конденсаторы меньшего размера обычно имеют более высокое ESR. Керамический дисковый конденсатор может иметь ESR порядка от 0,1 до 1 Ом.

Эта связь между значением емкости и ESL существенно влияет на профиль импеданса конденсатора большой и малой емкости. На низкой частоте полное сопротивление реального конденсатора примерно равно его емкости. На высокой частоте полное сопротивление реального конденсатора примерно равно индуктивности его вывода. На рисунке 4 показан пример трех разных конденсаторов с тремя разными профилями импеданса.Значения компонентов их модели первого порядка могут быть:

Рис. 4 Смоделированный профиль импеданса этих трех конденсаторов. Наименьшее значение обеспечивает низкий импеданс на высоких частотах.

Для сквозных конденсаторов с выводами обычно правильно, что конденсаторы меньшего номинала имеют меньший размер и могут быть установлены с более низкой индуктивностью контура. Это означает, что они будут иметь более низкий импеданс на более высокой частоте. При поиске сквозного конденсатора с низким импедансом на высокой частоте выбирайте конденсатор небольшого размера и небольшого размера.

Вот почему малогабаритные конденсаторы часто называют «высокочастотными». Из-за их более коротких выводов, если они установлены на печатной плате с низкой индуктивностью контура, они обеспечивают самый низкий импеданс на высокой частоте.

Если нам нужен самый низкий импеданс на низкой частоте, а также самый низкий импеданс на высокой частоте, обычной практикой является добавление двух или трех конденсаторов параллельно. Конденсатор большой емкости обеспечивает низкое сопротивление на низкой частоте, а конденсатор небольшой емкости с ее более низким ESL обеспечивает низкое сопротивление на высокой частоте.Параллельная комбинация использует лучшее из обеих конфигураций.

Конденсаторы MLCC и миф о высокочастотных конденсаторах

Когда мы переходим на конденсаторы, основанные на технологии поверхностного монтажа MLCC, свойства конденсаторов сильно отличаются от свинцовых конденсаторов. Рисунок 5 показывает примеры конденсаторов MLCC типа 1206 со значениями емкости, соответствующими такой же емкости в соответствующих керамических дисковых конденсаторах.

Рисунок.5 конденсаторов MLCC в 1206 корпусах (вверху) и керамические дисковые конденсаторы соответствующего номинала.

Часто можно получить широкий диапазон значений емкости при одном и том же размере корпуса. 10 мкФ в 0402 так же просто, как и 0,01 мкФ. Это означает, что ESL конденсатора MLCC, если он оптимально интегрирован в плату, не будет зависеть от значения его емкости.

Фактически, используя конструкцию с малой индуктивностью контура, ESL MLCC может быть спроектирован так, чтобы быть меньше 1 нГн, даже на двухслойной печатной плате.Пример измеренного профиля импеданса конденсатора MLCC емкостью 1 мкФ на двухслойной плате толщиной 063 мил с ESL 0,620 нГн показан на , рис. 6, .

Рисунок. 6 Пример измеренного профиля импеданса конденсатора MLCC 1 мкФ на печатной плате с 0,620 нГн ESL. Это также показывает необходимость модели 2-го порядка, когда монтажная индуктивность меньше 1 нГн. Измерения любезно предоставлены Picotest.

А 10 и 0.Конденсатор MLCC емкостью 1 мкФ будет иметь точно такой же высокочастотный импеданс. Конденсатор с меньшим значением емкости больше не является «высокочастотным» конденсатором. Фактически, конденсатор MLCC 10 мкФ также будет «высокочастотным» конденсатором.

Если низкий ESL имеет значение в конструкции, всегда следует использовать конденсаторы MLCC. Даже конденсатор MLCC на 10 мкФ может иметь менее 10 процентов ESL и импеданса «высокочастотного» керамического дискового конденсатора.

В более старых продуктах, когда использовались сквозные конденсаторы, меньшее значение емкости имело более низкий ESL и более низкий импеданс на более высокой частоте.Когда на плате было место только для одного конденсатора на выводе питания и переходный ток с этого вывода был небольшим, был выбран один «высокочастотный» конденсатор с низкой индуктивностью. Это малая емкость, обычно 0,1 мкФ.

Когда на выводе было место для трех конденсаторов, обычно указывается диапазон из трех номиналов конденсаторов. Это обеспечивало более низкий импеданс на высокой частоте и более низкий импеданс на низкой частоте, чем просто конденсатор номинальной емкости. Рисунок 7 — это пример типичной схемы, показывающей эти общие спецификации.

Рисунок. 7 Пример типичной схемы, показывающей развязывающую сеть с тремя конденсаторами разной емкости и одним конденсатором малой емкости.

Однако этот схематический пример был взят не из старой конструкции, в которой использовались детали со сквозными отверстиями и сквозные конденсаторы, а вместо этого была взята плата микроконтроллера Cortex M4 с частотой 120 МГц, спроектированная и собранная все с конденсаторами MLCC. Миф о высокочастотном конденсаторе перенесен в эту конструкцию, как и во многих других, которые по-прежнему определяют конденсатор малой емкости, используемый в качестве единственного конденсатора, и три различных номинала для более высоких токовых контактов.

Миф о высокочастотном конденсаторе и использовании трех разных емкостей конденсаторов — это устаревший кодекс, который все еще присутствует во многих современных конструкциях.

Что лучше?

Итак, что лучше: три конденсатора с разницей в десятилетие или три конденсатора одинакового номинала?

К сожалению, только анализ на системном уровне с точными моделями всех элементов может дать ответ на этот вопрос.

Если в спецификации рекомендовано использовать три конденсатора разной емкости, велики шансы, что инженер, написавший спецификацию, никогда не проводил никакого анализа и использует рекомендации 50-летней давности, основанные на мифе о высокочастотном конденсаторе. .Обоснование этой рекомендации исчезло с появлением конденсатора MLCC 20 лет назад. Будьте подозрительны в дизайне PDN.

В этом случае, вероятно, не имеет значения, что вы используете. Ваш продукт может работать, несмотря на номиналы конденсаторов, но, вероятно, не из-за них.

Когда три конденсатора разной емкости с одним и тем же ESL объединяются параллельно, между их собственными резонансными частотами генерируются два параллельных резонансных пика. Пиковые значения импеданса связаны с емкостью и индуктивностью соседних конденсаторов, а также с ESR конденсаторов.

На рисунке 8 показан смоделированный профиль импеданса трех различных комбинаций по три конденсатора в каждой. Одна комбинация — это рекомендация для 10, 1 и 0,1 мкФ, реализованная в технологии сквозных отверстий. Вторая — такая же комбинация, реализованная в конденсаторной технологии MLCC. Третья комбинация — это все те же конденсаторы MLCC 10 мкФ. ESL конденсаторов MLCC составляет 1 нГн.

Рисунок. 8 Смоделированные профили импеданса трех разных и трех идентичных конденсаторов MLCC.

Три конденсатора одинаковой большой емкости могут обеспечить более низкий импеданс по всему спектру, чем три конденсатора разных номиналов (и без параллельных резонансных пиков на промежуточных частотах), но это не означает, что это более надежное решение.

Последний продукт мог сработать, но вы, возможно, не представляете, насколько надежна его конструкция и могли ли некоторые из неотслеживаемых, невоспроизводимых отказов быть вызваны чрезмерным шумом переключения с правильной конвергенцией шаблонов данных, которые незначительно высокий импеданс при параллельном резонансе.

Не убаюкивайтесь, думая, что три конденсатора разных номиналов — это надежная стратегия или что три конденсатора с одинаковым номиналом более надежны. Без анализа на системном уровне они оба могут быть одинаково приемлемыми, одинаково маргинальными или отказываться от одних и тех же ошибок.

Качество «Test-In»

Если вы не собираетесь проводить собственный анализ на уровне системы, запланируйте реализацию тщательного плана тестирования, чтобы вы могли найти слабые звенья в вашей PDN и «проверить качество».”

Составной частью тщательного плана тестирования является разработка для тестирования в PDN. Чем точнее вы сможете охарактеризовать шум (не только на уровне платы, но и на контактных площадках кристалла), например, с помощью линий считывания с высокой пропускной способностью, тем лучше вы сможете сравнить одну стратегию развязки с другой. Рисунок 9 — это пример измеренного шума напряжения на шине питания кристалла и на уровне платы при переключении ввода / вывода. Шум напряжения на кристалле составляет 600 мВ от пика до пика на шине 5 В.Шум напряжения на уровне платы составляет всего 75 мВ от пика до пика.

Рисунок. 9 Измеренный шум напряжения на той же шине питания на кристалле, измеренный через измерительную линию, и на плате, оба имеют одинаковые значения 200 мВ / дел.

Независимо от области применения, индуктивность нижнего монтажного контура всегда имеет значение. Вот почему развязывающие конденсаторы MLCC всегда должны быть вторыми компонентами, размещаемыми на плате, чтобы их можно было проложить с минимальной установочной индуктивностью.

Если на выводе указан только один конденсатор, что является обычной практикой для многих слаботочных приложений, то всегда используйте самую высокую емкость, разрешенную для минимально возможного размера корпуса, при приемлемом номинальном напряжении. Без анализа на уровне системы это еще не гарантия надежности продукта, и необходим тщательный план тестирования.

Качество проектирования: правильная стратегия развязывающих конденсаторов

Использование развязывающих конденсаторов трех различных номиналов основано на устаревшем предположении, что конденсаторы малой стоимости являются «высокочастотными» конденсаторами.В нашу эпоху конденсаторов MLCC, когда это предположение не применимо, какая рекомендация лучше? К сожалению, ответ — «это зависит от обстоятельств».

Однако есть некоторые общие рекомендации по проектированию, которые применимы к большинству систем.

Цель любой PDN — обеспечить напряжение постоянного тока тем компонентам, которые в нем нуждаются, с приемлемым уровнем шума для приложения. Конденсаторы MLCC, используемые для развязки, являются лишь частью хорошей стратегии PDN.

Один из основополагающих принципов при проектировании PDN состоит в том, чтобы сохранить профиль импеданса, видимый контактными площадками ИС, плоским импедансом и приемлемо низким значением.Это означает уменьшение пиков параллельного резонанса, как правило, путем добавления большей емкости, уменьшения индуктивности контура и моделирования профиля импеданса либо с использованием различных значений конденсаторов, либо с помощью контролируемого ESR (что снизит добротность пиков).

Иногда это приводит к достаточной объемной емкости, так что пиковый объем конденсатора VRM уменьшается. На высокочастотной стороне плоский профиль импеданса на уровне платы поможет ослабить пик Бандини, связанный с емкостью на кристалле и индуктивностью выводов корпуса при параллельном резонансе.

Выбор номиналов конденсаторов требует анализа на уровне системы, включая VRM на одном конце и потребляющие элементы на другом. Несмотря на то, что вы разрабатываете все монтажные элементы для уменьшения индуктивности контура конденсаторов, насколько это возможно, всегда полезно использовать 3D-симуляторы и инструменты моделирования на основе измерений для разработки точных моделей элементов PDN для моделирования всей системы. Точная модель VRM и емкость на кристалле каждой шины и индуктивности выводов корпуса являются частью общего анализа для разработки надежной конструкции.

При значительной развязке внутри корпуса низкочастотные свойства конденсаторов большой емкости и конденсаторов MLCC более важны. Когда емкость на кристалле и индуктивность выводов корпуса доминируют, создавая большую гору Бандини из их параллельного резонанса, важно демпфирование за счет плоского профиля импеданса, создаваемого конденсаторами MLCC на уровне платы.

К сожалению, никакая комбинация всего трех емкостей конденсаторов, кроме использования конденсаторов с контролируемым ESR, не обеспечит какого-либо демпфирования на уровне платы для Bandini Mountain.

Это лишь краткий обзор некоторых движущих сил дизайна, которые действительно используются в оптимизированной и рентабельной стратегии развязки. Первый шаг — выявить проблему. Второй шаг — определить основную причину проблемы, а третий шаг — определить общую стратегию проектирования PDN, которая обеспечивает приемлемый шум, из которых оптимизированная стратегия развязки является лишь частью.

Когда разница в целевом импедансе систем составляет более шести порядков, от более 10 Ом во многих приложениях Интернета вещей до менее 10 мкОм в продуктах на базе больших сетевых процессоров, не существует единой экономически эффективной стратегии. , но многие.

Но это история для другой главы.

Сводка

Использование конденсаторов трех различных номиналов основано на использовании сквозных выводных конденсаторов. Конденсаторы с меньшим значением емкости обычно имеют более низкий ESL и более низкий импеданс на высоких частотах. В конденсаторах со сквозным отверстием использование конденсаторов трех различных номиналов дает преимущество в производительности.

Но с конденсаторами MLCC, которые используются более 20 лет, эти устаревшие руководящие принципы проектирования больше не применяются.

Когда для развязки указывается только один или три конденсатора, это, вероятно, связано с тем, что анализ конструкции не проводился. Вместо этого то, что сработало в последнем дизайне, рекомендовано в следующем. Дизайн работает, несмотря на использование трех разных значений, и есть вероятность, что он будет работать одинаково, используя все три одинаковых значения. В этом случае надежность вашей конструкции будет «проверена», а не «спроектирована».

Наилучший подход — всегда проводить собственный анализ, включая остальную часть системы распределения питания и, если возможно, точные модели всех ваших компонентов по мере их установки в вашу систему.

Если в вашей конструкции указаны конденсаторы трех различных номиналов, возможно, вы следуете устаревшим рекомендациям по проектированию, которые применялись более 20 лет назад. Вероятно, пора пересмотреть это руководство для вашего следующего проекта и провести собственный анализ.n

Дополнительная литература

Е. Богатин, «Упрощенная целостность сигналов и электропитания», Прентис Холл, 2018.

И. Новак, «Сравнение методов проектирования сети распределения электроэнергии: выбор байпасного конденсатора на основе характеристик во временной и частотной областях», DesignCon, 2006.

С.М. Сандлер, «Power Integrity», McGraw Hill, 2014.

Л. Смит и Э. Богатин, «Принципы целостности электроснабжения и проектирование PDN», Prentice Hall, 2018.

Статья была опубликована в SIJ Печатный выпуск за январь 2020 г., Техническая обложка: Страница 10.

Использование конденсаторов и их применение »Примечания к электронике

Особенно важно выбрать правильный конденсатор или любое конкретное приложение — понимание ключевых требований для любого конкретного применения конденсатора или использования конденсатора обеспечит правильную работу схемы.

---

Capacitor Tutorial:
Использование конденсатора Типы конденсаторов Электролитический конденсатор Керамический конденсатор Танталовый конденсатор Пленочные конденсаторы Серебряный слюдяной конденсатор Супер конденсатор Конденсатор SMD Технические характеристики и параметры Как купить конденсаторы — подсказки и подсказки Коды и маркировка конденсаторов Таблица преобразования

---

Конденсаторы используются практически во всех областях электроники и выполняют множество различных задач.Несмотря на то, что конденсаторы работают одинаково, независимо от их применения или использования, конденсаторы могут использоваться в схемах по-разному.

Для того, чтобы выбрать правильный тип конденсатора, необходимо иметь представление о конкретном применении конденсатора, чтобы его свойства можно было сопоставить с конкретным применением, для которого он будет использоваться.

У каждой формы конденсатора есть свои собственные атрибуты, и это означает, что он будет хорошо работать при использовании или применении конденсатора с твердыми частицами.

Выбор подходящего конденсатора для конкретного применения является частью процесса проектирования схемы. Использование неправильного конденсатора может легко означать, что схема не будет работать.

Применение конденсатора и схема

Конденсаторы

могут использоваться в электронных схемах по-разному. Хотя их режим работы остается точно таким же, различные формы конденсаторов могут использоваться для обеспечения множества различных функций схемы.

Для различных схем потребуются конденсаторы с определенными номиналами, а также с другими атрибутами, такими как допустимый ток, диапазон значений, точность значений, температурная стабильность и многие другие аспекты.

Некоторые типы конденсаторов будут доступны в разных номиналах, некоторые конденсаторы могут иметь большие диапазоны значений, другие — меньшие. Другие конденсаторы могут иметь высокие токи, другие — высокий уровень стабильности, а другие по-прежнему доступны с очень низкими значениями температурного коэффициента.

Понимание различных способов использования конденсаторов помогает выбрать лучший тип конденсатора для конкретного применения.

Выбрав правильный конденсатор для конкретного использования или применения, можно добиться максимальной производительности схемы.

Использование конденсатора связи

В этом конденсаторе компонент позволяет только сигналам переменного тока проходить от одной секции схемы к другой, блокируя любое статическое напряжение постоянного тока. Такая форма применения конденсатора часто требуется при соединении двух каскадов усилителя вместе.

Возможно, что постоянное напряжение постоянного тока будет присутствовать, скажем, на выходе одного каскада, и будет присутствовать только переменный сигнал, звуковая частота, радиочастота или что-то еще, что требуется.Если бы составляющие постоянного тока сигнала на выходе первого каскада присутствовали на входе второго, то смещение и другие рабочие условия второго каскада изменились бы.

Транзисторная схема с входными и выходными разделительными конденсаторами

Даже при использовании операционных усилителей, схема которых была разработана для обеспечения малых напряжений смещения, часто бывает разумно использовать разделительные конденсаторы из-за наличия высоких уровней усиления постоянного тока. Без разделительного конденсатора высокие уровни усиления по постоянному току могут означать, что операционный усилитель перейдет в режим насыщения.

Для конденсаторов такого типа необходимо обеспечить достаточно низкое полное сопротивление конденсатора. Обычно выходной импеданс предыдущей цепи выше, чем тот, который она управляет, за исключением ВЧ-цепи, но об этом позже. Это означает, что значение конденсатора выбирается таким же, как полное сопротивление цепи, обычно входное сопротивление второй цепи. Это дает падение отклика на 3 дБ на этой частоте.

Важные параметры для конденсатора связи
Параметр	Указания по использованию конденсатора
Номинальное напряжение конденсатора	Должно быть больше пикового напряжения на конденсаторе.Обычно конденсатор может выдерживать напряжение на шине питания с запасом для обеспечения надежности.
Значение емкости	Достаточно высокий, чтобы передавать самые низкие частоты с небольшим затуханием или без него.
Допуск	Часто можно использовать конденсаторы с широким допуском, потому что точное значение не имеет значения.
Диэлектрик	Некоторые конденсаторы, например электролитические, имеют ограниченную частотную характеристику, часто только до частот около 100 кГц максимум.Это следует учитывать. Также для приложений с высоким импедансом не следует использовать электролитические конденсаторы, поскольку они имеют относительно высокий уровень утечки, который может нарушить работу второй ступени.

Использование развязывающего конденсатора

В этом приложении конденсатор используется для удаления любых сигналов переменного тока, которые могут быть в точке смещения постоянного тока, шине питания или другом узле, который должен быть свободен от конкретного изменяющегося сигнала.

Как указывает название этого конденсатора, он использовался для развязки узла от изменяющегося на нем сигнала.

Схема транзистора с развязывающими конденсаторами линии и коллектора

В этой схеме есть два способа использования конденсатора для развязки. C3 используется для развязки любого сигнала, который может быть на шине напряжения. Конденсатор этого типа должен выдерживать напряжение питания, а также обеспечивать и поглощать уровни тока, возникающие из-за шума на шине. Также во время выключения, когда питание отключено, этот конденсатор может потреблять большой ток в зависимости от его значения.Танталовые конденсаторы для этой позиции не подходят.

Развязка также обеспечивается комбинацией конденсатора и резистора C4, R5. Это гарантирует, что коллекторный сигнал не просочится на сигнальную шину. Постоянная времени C4 и R5 обычно является доминирующим фактором, и постоянная времени должна быть выбрана больше, чем ожидаемая самая низкая частота.

Тип развязки, используемый с C5, служит для хорошей изоляции этого конкретного каскада от любого шума на шине, а также предотвращения передачи шума от цепи на шину питания.Во время отключения ток конденсатора ограничивается резистором R5.

Важные параметры для развязывающего конденсатора
Параметр	Указания по использованию конденсатора
Номинальное напряжение конденсатора	Должно быть больше пикового напряжения на конденсаторе. Обычно конденсатор может выдерживать напряжение узла с некоторым запасом для обеспечения надежности.
Значение емкости	Достаточно высокий, чтобы передавать самые низкие частоты с небольшим затуханием или без него.Иногда это может привести к тому, что требуются относительно большие значения. Однако необходимо учитывать используемые частоты. Для низких частот обычно требуются большие уровни емкости, и часто используются электролитические конденсаторы. Если это слаботочная цепь, как в случае C4, R5, танталовый конденсатор также может быть подходящим, но обычно он изолирован от шины основного напряжения через последовательный резистор, чтобы предотвратить потребление слишком большого тока, как в случае C4. Для более высоких частот также могут быть уместны керамические конденсаторы.
Допуск	Часто можно использовать конденсаторы с широким допуском, потому что точное значение не имеет значения.
Диэлектрик	Некоторые конденсаторы, такие как электролитические конденсаторы, имеют относительно низкий верхний предел частоты. Часто, чтобы преодолеть это, конденсатор, такой как керамический конденсатор с меньшим номиналом, может использоваться для обеспечения высокочастотной характеристики, в то время как электролитический конденсатор большего номинала используется для пропускания более низкочастотных компонентов.Керамический или другой конденсатор более низкого номинала по-прежнему имеет низкий импеданс на более высоких частотах, потому что реактивное сопротивление обратно пропорционально частоте.

Приложения RF-связи и развязки

ВЧ связь и развязка следуют тем же основным правилам, что и для обычных конденсаторов связи и развязки. Часто используются схемы, подобные показанным для стандартной связи и развязки, и они работают в основном одинаково.

Однако при использовании конденсаторов для ВЧ приложений необходимо учитывать их ВЧ характеристики. Это может отличаться от производительности на более низких частотах.

Обычно электролитические конденсаторы не используются — их характеристики падают с увеличением частоты, и они редко используются для приложений с частотой выше примерно 100 кГц. Керамические конденсаторы особенно популярны, поскольку они обладают хорошими ВЧ-характеристиками, особенно конденсаторы MLCC для поверхностного монтажа.

Последовательная индуктивность, присутствующая во всех конденсаторах, в большей или меньшей степени проявляется на некоторых частотах, образуя резонансный контур с емкостью.

Обычно керамические конденсаторы имеют высокую собственную резонансную частоту, особенно конденсаторы для поверхностного монтажа, которые очень малы и не имеют выводов, создающих индуктивность.

Могут быть использованы некоторые другие типы конденсаторов, но керамические конденсаторы наиболее широко используются в этом приложении.

Применения сглаживающего конденсатора

Фактически это то же самое, что и разделительный конденсатор, но этот термин обычно используется в связи с источником питания.

Когда входящий линейный сигнал проходит через трансформатор и выпрямитель, результирующая форма волны не является гладкой.Оно варьируется от нуля до пикового напряжения. При применении к цепи маловероятно, что это сработает, поскольку обычно требуется постоянное напряжение. Чтобы преодолеть это, используется конденсатор для развязки или сглаживания выходного напряжения.

Схема выпрямителя со сглаживающим конденсатором

При таком использовании конденсатор заряжается, когда пиковое напряжение превышает выходное напряжение, и обеспечивает заряд, когда напряжение выпрямителя падает ниже напряжения конденсатора.

В этом конденсаторе компонент развязывает шину и подает заряд там, где это необходимо.

Обычно требуются относительно большие значения емкости, чтобы обеспечить необходимый уровень тока. В результате наиболее широко используемой формой конденсатора для этого приложения является электролитический конденсатор.

Важные параметры для сглаживающего конденсатора
Параметр	Указания по использованию конденсатора
Номинальное напряжение конденсатора	Должно быть больше пикового напряжения на конденсаторе.Конденсатор должен выдерживать максимальное пиковое напряжение шины с некоторым запасом для обеспечения надежности.
Значение емкости	Зависит от требуемого тока, но обычно может составлять несколько тысяч микрофарад.
Допуск	Часто можно использовать конденсаторы с широким допуском, потому что точное значение не имеет значения.
Диэлектрик	Электролитические конденсаторы обычно используются из-за их высокой стоимости.Танталовые конденсаторы, хотя они могут иметь достаточно высокие значения, не подходят из-за низкого уровня тока пульсаций, которые они могут выдерживать. Керамические конденсаторы не доступны с требуемым уровнем емкости.
Пульсации тока	В дополнение к конденсатору, имеющему достаточную емкость, чтобы удерживать необходимое количество заряда, он также должен быть сконструирован таким образом, чтобы обеспечивать необходимый ток. Если конденсатор становится слишком горячим при подаче тока, он может выйти из строя.Номинальные значения пульсирующего тока особенно важны для конденсаторов, используемых для сглаживания. Обычно используются электролитические конденсаторы, но даже для них необходимо проверить соответствие номинального тока пульсации.

Использование конденсатора в качестве элемента синхронизации

В этом приложении конденсатор может использоваться с резистором или катушкой индуктивности в резонансной или зависимой от времени цепи. В этой функции конденсатор может присутствовать в фильтре, цепи настройки генератора или в элементе синхронизации для такой цепи, как a-stable, время, необходимое для зарядки и разрядки, определяющее работу схемы

. Генераторы и фильтры

LC или RC широко используются во множестве схем, и, очевидно, одним из основных элементов является конденсатор.

В данном конкретном случае использования конденсатора одним из основных требований является точность, и поэтому начальный допуск важен для обеспечения того, чтобы схема работала на требуемой частоте. Температурная стабильность также важна для обеспечения того, чтобы рабочие характеристики контура оставались неизменными в требуемом диапазоне температур.

Важные параметры времени использования конденсатора
Параметр	Указания по использованию конденсатора
Номинальное напряжение конденсатора	Фактическое пиковое напряжение на конденсаторе будет варьироваться в зависимости от конкретной цепи и напряжения шины.Необходимо оценивать каждый случай по существу, отмечая, что в некоторых случаях оно может быть выше ожидаемого. В большинстве случаев превышение напряжения на шине маловероятно.
Значение емкости	Зависит от используемых частот и от катушки индуктивности или резистора, необходимых для получения требуемой рабочей частоты.
Допуск	Обычно требуется строгий допуск для обеспечения требуемой рабочей частоты.В этом приложении конденсаторы с хорошим выбором значений в пределах каждой декады могут быть преимуществом.
Диэлектрик	Во многих приложениях для синхронизации важны потери в конденсаторе. Высокие потери равны низкому Q, и значения Q обычно должны быть как можно более высокими. Есть много диэлектриков, обеспечивающих подходящий уровень производительности. Многие керамические диэлектрики конденсаторов в наши дни способны обеспечить высокий уровень стабильности. Конденсаторы с пластиковой пленкой также обладают высокими характеристиками.Серебряные слюдяные конденсаторы также используются, особенно в ВЧ-цепях. Хотя эти серебряные слюдяные конденсаторы довольно дороги, они обладают высокими характеристиками: высокая добротность; высокая стабильность; низкие потери; и жесткая толерантность.
Температурная стабильность	Температурная стабильность конденсатора должна быть высокой для этих конденсаторных применений, потому что схема должна будет сохранять свою частоту в диапазоне рабочих температур. Если значение изменяется в зависимости от температуры, даже на небольшую величину, это может заметно повлиять на работу контура.

Применения удерживающего конденсатора

В этом конкретном применении конденсатора заряд, удерживаемый конденсатором, используется для обеспечения питания цепи на короткое время.

В прошлом могли использоваться небольшие перезаряжаемые батареи, но они часто страдали от проблем с памятью и ограничением срока службы, поэтому конденсаторы могут стать жизнеспособной альтернативой.

В настоящее время суперконденсаторы обладают огромными уровнями емкости, и теперь они достаточно велики, чтобы позволить многим схемам оставаться под напряжением в периоды отсутствия сетевого питания.Они относительно дешевы и предлагают отличный уровень производительности.

Суперконденсаторы

Важные параметры для удерживающего конденсатора
Параметр	Указания по использованию конденсатора
Номинальное напряжение конденсатора	Должен выдерживать максимальное рабочее напряжение с хорошим запасом надежности.
Значение емкости	Может быть до нескольких фарадов.
Допуск	, широко используемые в конденсаторах, имеют большой допуск.К счастью, это не проблема, поскольку это в первую очередь влияет на время, в течение которого может поддерживаться задержка.

Суперконденсаторы часто используются для аккумуляторов

Варианты применения конденсаторов

Выбор конденсатора часто важен для работы схемы. Знание того, как будет использоваться конденсатор и как его характеристики и параметры связаны с работой схемы, означает, что некоторые конденсаторы работают лучше, чем другие, в различных приложениях.Выбор подходящего конденсатора для любого конкретного применения является важной и очень важной частью схемы.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Viesky 5pc 450V 47uF Емкость Электролитический радиальный конденсатор Высокочастотные конденсаторы с низким ESR Бизнес, промышленность и наука Powderhousebend.com

Viesky 5pc 450V 47uF Емкостной электролитический радиальный конденсатор, высокочастотный, с низким ESR: бизнес, промышленность и наука. Viesky 5pc 450V 47uF Емкостной электролитический радиальный конденсатор, высокочастотный, низкий ESR: бизнес, промышленность и наука. Номинальное напряжение: 450 В Емкость: 47 мкФ (± 20%)。 Длительный срок службы: 1200000 раз заряда и разряда Быстрая зарядка с низким ESR всего за несколько секунд.Большой ток разряда。 Экологичность без загрязнения окружающей среды. Более широкая возможность запуска автомобиля, солнечного ветра и т. Д. Безопасный и простой в использовании。 В комплект входит: 5 электролитических конденсаторов (без розничной упаковки)。 。Особенности: 。Долгие жизненные циклы: 1200000 раз зарядка и разрядка 。Быстрая зарядка с низким ESR всего за несколько секунд 。Большой ток разряда Более широкая возможность запуска автомобиля, солнечного ветра и т. Д. 。Безопасный и простой в использовании 。Не требует обслуживания в течение 1200000 циклов 。Лучший блок питания。 。Технические характеристики: Емкость: 47 мкФ 。Номинальное напряжение: 450 В постоянного тока 。Цвет: зеленый + золотые буквы 。Размер: 2.6×1,7 см / 1,02×0,67 дюйма 。Количество: 5 шт.。 。Примечание: 。Пожалуйста, позвольте ошибке 1-3 мм из-за ручного измерения. Пожалуйста, убедитесь, что вы не возражаете, прежде чем делать ставки Из-за разницы между различными мониторами изображение может не отражать реальный цвет изделия. Спасибо!。 。Нет розничной упаковки 。В комплект входит: 。5 шт. x электролитический конденсатор (без розничной упаковки)。。。

Viesky 5pc 450V 47uF Емкость электролитический радиальный конденсатор высокочастотный низкий ESR

Цифровой штангенциркуль

с внутренними губками 1000 мм 40.Savlot Мини Настенные Доски для Объявлений Шестиугольные Квадратные Круглые Клейкие Мягкие Деревянные Доски Доска объявлений Пробковая Доска Фото Стены Украшения Дома 1 ШТ. Набор крючков для Pegboard MUTOCAR Крючки для хранения 50 шт. Система Pegboard Набор крючков для инструментов для пергамента 1/8 1/4, с некоторыми резиновыми колпачками, черный 18 В, большой литий-ионный жилет Makita DCV200ZL LXT с подогревом. Grit 40 PU 50 MioTools Шлифовальные диски с крючками и петлями для орбитальных шлифовальных машин 150 мм, 17 отверстий, бамбуковая стойка для вина. Деревянная предварительно собранная винная полка M&W. Настенный шкаф с 5 держателями для бутылок. Стенд Модульная конструкция, 3 шт. GY-BMP280-3.3 Модуль высокоточного датчика атмосферного давления для Arduino ILS. 5 уровней натурального коричневого цвета, штабелируемые бамбуковые стойки Relaxdays, размер 53 x 14 x 12 см. Современный держатель для бутылок с вином для горизонтальной фиксации. Дерево 12 x 14 x 53 см, белый OBLLER 400 Вт, 12 В, фонарь, ветряная турбина, с контроллером. Красный контроллер заряда. SLA Battery S 12V-2.3Ah 12V 2.3Ah TU Unit NX, комплект наконечников Antex XS12PPK Gascat 120P. Aibecy 10 шт. Пластиковая большая модель пассивного круглого шкива колеса с подшипником шестерни для 3D-принтера CNC i3.Гидравлический манометр Diamond Industrial 50 мм, 10 бар, 1/4 дюйма. 72 MISA Klassic 2-х слойные кухонные полотенца в рулонах 50 листов на рулон. Крестообразные отвертки Feicuan Phillips Палочки Джойстик L1 L2 R1 R2 Триггерные кнопки Пружины Запасная часть Пластиковый лом Снесите Наборы инструментов для ремонта для PS4 Контроллер Sony Playstation 4. Двухслойные бумажные салфетки Juvale для коктейлей Tropical Colours 200-Pack — зубчатый край 5 x 5 дюймов, сложенный, PFTE Запорный кран 10 мл Ajax Scientific GL002-0010 Бюретка из боросиликатного стекла с тефлоном.

Розничная торговля

Powder House предлагает самый большой выбор лыж, досок, ботинок и креплений в Центральном Орегоне от ведущих производителей отрасли.

Прочитайте больше

Аренда

Наш новый прокат горнолыжных лыж включает более 100 демонстрационных лыж. Мы также сдаем в аренду сноуборды, беговые лыжи и снегоступы взрослых и молодежных размеров.

Прочитайте больше

Услуги

Центр настройки и ремонта мирового класса от лыжника до гонщика.Возможна ночная настройка и восковая эпиляция.

Прочитайте больше

Лента Facebook

Откуда взялось значение 0,1 мкФ для байпасных конденсаторов?

Объяснение Энди красивое и подробное. Если вам трудно понять, это может помочь вам наглядно представить, как работает развязка. Мысленно представьте трехмерный вид вашей платы, на ней есть нагрузка (микросхемы и т. Д.) И источник питания. Нагрузка может внезапно «запросить» больше тока от источника питания, однако требуется время, чтобы ток от источника достиг нагрузки через расстояние трассы и сопротивление трассы.Также важным фактором является встроенное сопротивление самого источника питания или время переключения источника питания для обнаружения нового текущего спроса и корректировки (ширина полосы пропускания). Короче говоря, блок питания не подает ток мгновенно, это требует времени. Итак, представьте, что нагрузка отправляет сообщение источнику питания, которому требуется больше мощности, а затем источник питания наращивает ток и отправляет этот ток по маршруту доставки (трасса или плоскость питания).

Поскольку нагрузка ожидает прихода тока, у нее нет другого выбора, кроме как снизить напряжение, чтобы компенсировать «недостающий» ток.Он должен подчиняться закону V = IR, нагрузка уменьшила свое сопротивление (R), чтобы «указать», что ей требуется больше энергии, сразу же не было тока, поэтому I остается прежним, поэтому V должен уменьшиться для компенсации.

Так как же это решить? К нагрузке ставим маленькие конденсаторы. Эти конденсаторы представляют собой небольшие «аккумуляторы заряда», из которых нагрузка может быстро отключиться во время избыточного спроса, быстрее, чем ждать выхода тока из источника питания. Почему быстрее? Потому что расстояние между конденсатором и нагрузкой короче, а встроенное сопротивление конденсатора намного меньше, чем у источника питания.Если «Я» доступно сразу, то «В» не нужно компенсировать — все довольны.

Хотя конденсаторы намного быстрее источников питания, им также требуется время, чтобы «разрядиться» и обеспечить питание нагрузки пропорционально их внутреннему сопротивлению, которое увеличивается с увеличением емкости (фарады). Короче говоря, конденсаторам большего размера требуется больше времени для обеспечения необходимого тока. Итак, вы хотите выбрать байпасный конденсатор, который достаточно быстр, чтобы реагировать на нагрузку, но также имеет достаточно заряда, чтобы удовлетворить потребность, пока ток от источника питания проходит к нагрузке.

  Так откуда взялось значение 0,1 мкФ для байпасных конденсаторов?
  

Как упоминалось ранее, для общей логики это был хороший компромисс между временем отклика и требованиями пропускной способности байпасных колпачков к требованиям нагрузки. Вы можете достать калькулятор и точно определить, какая из них самая выгодная, но есть также расходы на Спецификацию материалов, которые следует учитывать. Если вы настроите каждый байпасный конденсатор на свою нагрузку, вы получите намного больше позиций в вашей спецификации, и это очень быстро станет дорогостоящим! 0.1 мкФ для большинства логических схем или для высокоскоростных схем 0,01 мкФ (100 нФ) обычно является хорошим выбором. Экономьте деньги в своей спецификации, где вы можете в рамках приложения.

Для нагрузок, которые часто изменяют потребность в токе (высокочастотные нагрузки), существуют другие способы решения проблемы зависимости времени отклика от емкости байпасных конденсаторов. Вы можете:

1. Используйте лучший регулятор мощности с более широкой полосой пропускания, чтобы не потребовалось много времени для передачи питания от источника к нагрузке.
2. Подключите два конденсатора параллельно. Два параллельных резистора уменьшают общее сопротивление, и это не отличается от внутреннего сопротивления конденсаторов. Благодаря этому у комбинированных конденсаторов увеличена емкость, а у увеличено время отклика!
3. Вы можете использовать параллельные заглушки разной емкости, большого и маленького напарников. Таким образом, один может быть 0,01 мкФ, а другой 0,1 мкФ. Первый имеет быстрый отклик, а второй немного запаздывает, но обеспечивает более длительный ток.
4. Вы также можете распределить емкость в своей цепи, но не обязательно в точке нагрузки. Эта реакция резервуара заряда быстрее, чем у источника питания, поэтому вы можете использовать меньшие байпасные конденсаторы на нагрузке, зная, что ваши распределенные резервуары заряда будут компенсировать провисание в питании.

Это упрощенный взгляд на все. Факторов больше, особенно в высокоскоростных цепях. Но если вы можете представить основные электрические принципы, задействованные в вашей схеме, как динамическую систему спроса и предложения, многие «лучшие практики», о которых мы читаем, станут здравым смыслом.Более простой аналогией может служить цепочка поставок Amazon. Их цель: как можно быстрее доставлять товары в любую точку США. Их решение, склады рядом с каждым городом, меньшее время отклика при доставке товаров со склада и в грузовик. Далее идет доставка дроном. Это логистическая битва спроса и предложения, а также компромисс между временем отклика и пропускной способностью в зависимости от размера каждого распределительного узла и стоимости!

Действительно хорошее видео от EEVBlog о факторах для параллельных конденсаторов: https: // www.youtube.com/watch?v=wwANKw36Mjw

Чему вас не учат о конденсаторах | Блоги / Проекты / Истории успеха клиентов

Дэвид Бортолами

| & nbsp Создано: 8 февраля 2021 г. & nbsp | & nbsp Обновлено: 16 июня 2021 г.

В инженерии мы часто применяем сотни умственных сокращений, чтобы поддерживать сложность обсуждаемых нами тем на управляемом уровне.

Если бы мы запускали квантово-физическое моделирование каждый раз, когда мы мигаем светодиодом, мы бы никогда ничего не добились. Тем не менее, многие из этих ярлыков и практических правил были созданы в прошлом, когда электронная промышленность радикально отличалась от нынешней.

Сегодня мы собираемся разобраться, что такое конденсатор. Кроме того, мы обсудим, как использовать конденсаторы с учетом современной электроники.

Чем не является конденсатор (больше)

Одно из распространенных предположений состоит в том, что основная роль конденсатора заключается в хранении заряда, подобно тому, как ведро с водой наполняется одной чашкой и опорожняется другой одновременно.

Если вы когда-либо вступали в дискуссию о том, «протекает ли ток через конденсатор» и уходили больше в политику, чем в физику, вы знаете, что типичные аналогии не имеют особого смысла, когда речь идет о переменном токе. Конденсатор — это всего лишь два проводника, разделенных диэлектриком, и нигде в основных физических объяснениях его свойств вы не найдете объяснения того, что с ним делать.

Накопление энергии — это лишь одно из многих применений конденсатора, такое как фильтрация, формирование или изменение электрических сигналов и импедансов.Мы склонны думать об этом как о его основном использовании, потому что это было первое его использование на заре электричества постоянного тока и электроскопа Уильяма Гилберта, изобретенного в 15 веке.

Роль конденсатора

Такие термины, как развязывающий конденсатор и байпасный конденсатор, часто используются как синонимы — я сам совершал эту ошибку бесчисленное количество раз.

Это приводит к большой путанице, поскольку для разных целей часто требуются конденсаторы с разными электрическими и физическими параметрами, такими как упаковка, номинальное напряжение, ESR (эквивалентное последовательное сопротивление), ESL (эквивалентное последовательное сопротивление) и профиль собственного резонанса.

Конденсаторы

имеют разные названия, основанные не только на технологиях, на которых они построены (керамические, электролитические), но и на их функциях.

В следующих разделах описаны некоторые из наиболее распространенных ролей, которые выполняют конденсаторы.

Рисунок 1. Конденсаторы на современной электронной плате. Если вы присмотритесь, то заметите, что разные типы конденсаторов используются в разных подсхемах для разных ролей. Изображение Майкла Дзедзича

Байпасный конденсатор

Роль шунтирующего конденсатора заключается в передаче ВЧ энергии (достаточно высокочастотного переменного тока) от одной части вашей платы к другой.Как вы только что прочитали, о хранении речи не идет вообще. Никто! Шунтирующий конденсатор предназначен для проведения, а не для хранения.

Чтобы это произошло, необходимо тщательно выбрать конденсатор с минимально возможным импедансом на интересующих частотах. Это может быть достигнуто путем максимально возможного согласования его собственной резонансной частоты с радиочастотным сигналом.

Собственная резонансная частота — это частота, на которой резонируют емкость и паразитная индуктивность конденсатора, и конденсатор имеет наименьшее возможное сопротивление.Математически это похоже на то, как если бы емкость и индуктивность исчезли, осталось только эквивалентное последовательное сопротивление.

Для частот выше собственной резонансной частоты конденсатор начинает вести себя все меньше и меньше как конденсатор и больше как катушка индуктивности.

Рис. 2. Частотное сопротивление различных конденсаторов, любезно предоставлено Elcap, Jens Both

На что обращать внимание

Одна из наиболее распространенных ошибок, которые допускаются при использовании байпасных конденсаторов для контроля электромагнитного излучения (особенно при попытке обхода на плоскости заземления), заключается в ограничении их размещения только у источника шума, который мы хотим устранить.

Для постоянного тока это имело бы смысл: закоротить сигнал как можно ближе к источнику, чтобы получить как можно более низкие значения, минимизируя сопротивление (импеданс) между коротким замыканием (конденсатор) и источником.

В переменном токе, и особенно в области RF, из-за волновой природы электрических сигналов быстрое увеличение импеданса между областью рядом с источником шума и остальной частью заземляющего слоя может быть источником отражений. Это также может произойти на дорожках, поскольку более высокие импедансы переходных отверстий могут отражать радиочастотную энергию.

Вот что такое отражения: энергия, отраженная из-за несоответствия импеданса. Опять же, это противоречит традиционному описанию «энергии, отраженной за счет незавершенных линий», которое верно лишь отчасти.

При использовании байпасных конденсаторов вы должны попытаться снизить импеданс силовых и заземляющих поверхностей, распределив конденсаторы по платам. В зависимости от частоты, которую вы хотите адресовать, наложения слоев и диэлектрического материала печатной платы, вы можете рассмотреть конденсаторы в диапазоне от пикофарад до нанофарад.

Конденсатор развязки

Линейные регуляторы

, такие как широко распространенный 7805, имеют внутренний контур обратной связи, который сравнивает выходное напряжение с опорным напряжением и соответственно регулирует ток для поддержания стабильного выходного сигнала.

Теоретически линейные регуляторы можно использовать без внешнего конденсатора — по крайней мере, если мы игнорируем любые проблемы, связанные с автоколебаниями. Чтобы получить стабильный выход, требуемый ток должен изменяться с достаточно медленной скоростью нарастания, чтобы линейный регулятор мог следовать за ним.Учитывая, что большинство из них построено на технологии BJT начала 80-х, эти скорости нарастания совсем не высокие.

Рис. 3. Пример внутренней схемы типичного линейного регулятора типа 7805

Точно так же импульсные преобразователи постоянного тока в постоянный имеют основную частоту переключения и не могут регулировать выходную мощность быстрее этой частоты.

Многие современные цифровые устройства генерируют переходные процессы тока с частотными составляющими в сотни мегагерц, намного больше, чем может учесть любой регулятор (если мы не говорим об экзотических драйверах лазерных диодов).

Разделительные конденсаторы работают на границе между стабильным напряжением, регулируемым цепью питания постоянного тока, и прерывистым потреблением тока современных цифровых устройств.

Даже небольшой импеданс между источником питания и устройством при возникновении пика тока быстро приведет к выходу напряжения питания за пределы допустимых диапазонов.

Разделительные конденсаторы действуют как временные локализованные накопители энергии, эффективно уменьшая полное сопротивление источника для значений от нескольких мегагерц до нескольких сотен мегагерц.

Для частот выше сотен МГц большинство конденсаторов SMD имеют высокий импеданс и неэффективны, вместо этого необходимо использовать такие методы, как скрытая емкость в стеке слоев.

На что обращать внимание

Разделительные конденсаторы используются только в относительно узком частотном диапазоне, в основном из-за ограничений, обусловленных их паразитными свойствами.

Еще раз, главный параметр, на который следует обратить внимание, — это частота собственного резонанса.Разделительные конденсаторы эффективны только на частотах ниже их собственной резонансной частоты.

Следующие правила большого пальца часто полезны при выборе конденсатора:

• От постоянного тока до ~ кГц: конденсатор не требуется, блок питания может работать сам по себе.
От
• ~ кГц до ~ МГц: высокие значения электролитических конденсаторов полезны для более низкого диапазона частот, но их высокое последовательное сопротивление ограничивает их производительность, вызывая низкую частоту собственного резонанса.В диапазоне МГц многие электролитические конденсаторы уже являются сильно индуктивными.
От
• до 200 МГц: керамический конденсатор, в зависимости от диэлектрика, размера корпуса и технологии изготовления, обычно покрывает этот диапазон.
• Выше 200 МГц: керамические конденсаторы перестают работать. В этом случае было бы лучше, если бы вы использовали методы скрытой емкости.

Объемный конденсатор

Объемные конденсаторы используются для поддержания стабильного напряжения во время пропущенных циклов линии питания и поддержки пикового потребления тока и обычно являются электролитическими из-за высокой емкости, необходимой для этой роли.

Думайте о них как о крошечных очаровательных цилиндрических ИБП (источниках бесперебойного питания).

Чему вас не учат о керамических конденсаторах

Керамические конденсаторы

, несомненно, являются наиболее существенным пассивным компонентом в современной электронной промышленности, и их объемная емкость улучшается со скоростью, сравнимой с плотностью транзисторов в кремнии, что позволяет использовать многие современные конструкции с высокой плотностью.

Это действительно чудо техники, но у них также есть несколько причуд, о которых следует знать.

Чем меньше, тем лучше

Керамика — замечательный материал, но он также хрупкий. Керамические конденсаторы могут треснуть из-за изгиба печатной платы, например, во время сборки больших панелей (или панелей), неправильного разъединения плат с V-образным вырезом или неправильного обращения с продуктами во время транспортировки.

Растрескивание при изгибе — опасное явление: если конденсатор используется в линиях электропередач, способных к высоким токам, он часто может выйти из строя, короткое замыкание и вызвать пожар.

Вопреки распространенному мнению, конденсатор меньшего размера имеет превосходные электрические и механические характеристики.Они менее склонны к растрескиванию и имеют более высокую частоту собственного резонанса.

Если вашему продукту требуется высокая надежность при механических нагрузках, есть несколько методов, которые вы можете использовать для уменьшения такого рода отказов.

• Не размещайте конденсаторы длинной стороной в одном направлении с изгибом платы.
• Используйте конденсатор меньшего размера, например 0402
• Используйте конденсаторы с мягкой заделкой, которые не замыкаются под нагрузкой, и / или керамические конденсаторы с номиналом X2 / Y2, замыкающие накоротко
• Обведите конденсаторы, чтобы снять механическое напряжение
• Предполагая, что вы выбрали конденсаторы, которые размыкаются, всегда используйте по крайней мере два из них параллельно, чтобы ваша цепь могла иметь достаточную емкость для нормальной работы при выходе из строя одного из них

Диэлектрических отсчетов, лот

C0G, X7R… диэлектрики имеют странные названия и смешанные свойства.Вот их характеристики и когда они сияют.

• C0G / NP0: Это самые модные керамические конденсаторы на рынке. Обычно они доступны от 1 пФ до 100 нФ и имеют допуск 5%. NPO означает положительный-отрицательный-ноль, форма графика коэффициента конденсатора, которая выглядит плоской во всем диапазоне температур. Это то, что вам следует использовать, когда требуются точные значения и стабильность.
• X7R: Современная рабочая лошадка. Они имеют отличные температурные и температурные коэффициенты и популярны в диапазоне от 100 пФ до 22 мкФ.Они наиболее широко используются для развязки и имеют широкий диапазон температур от -55 ° C до 125 ° C.
• X5R: аналогичен X7R, но рассчитан на 85 ° C вместо 125 ° C.
• Y5V: Может достигать чрезвычайно высокого значения емкости, но при низких номинальных значениях напряжения и температуры (до потери 82% допустимой емкости).
• Z5U: Как и Y5V, конденсаторы Z5U имеют плохие характеристики по напряжению и температуре и очень дешевы. Допускается только до -10 ° C. Используется только в недорогом бытовом оборудовании для развязки.

На что обращать внимание

Подбор конденсаторов с разными диэлектриками может привести к неожиданным результатам.

Например, конденсаторы Z5U очень доступны по цене и используют диэлектрик из титаната бария. Этот материал имеет высокую диэлектрическую постоянную, что обеспечивает отличное отношение емкости к объему, а также частоту собственного резонанса, обычно между 1 МГц и 20 МГц.

NPO лучше работает на частотах выше 10 МГц, так почему бы не смешать и не сопоставить их, чтобы получить широкополосные характеристики?

К сожалению, когда конденсаторы Z5U и NP0 соединены параллельно, материал с более высокой диэлектрической проницаемостью снижает резонансную частоту NPO, и это сочетание приводит к худшим общим характеристикам, чем просто качественный Z5U.

Однако вопрос «почему» определенно выходит за рамки моей зарплаты. Если вы понимаете это явление, напишите мне, пожалуйста.

Диэлектрическая абсорбция

Если вы закоротите выход заряженного конденсатора, вы обнаружите, что полностью разряженный конденсатор сидит на вашей скамейке и смотрит на вас опечаленными глазами. Однако это не всегда так. Почти все конденсаторы, за единственным заметным исключением вакуумных конденсаторов, сохраняют часть своего заряда после разряда.

Это явление происходит из-за того, что случайно ориентированные молекулярные диполи со временем выравниваются электрическим полем, и их вновь обнаруженная ориентация сохраняется даже в его отсутствии.

Керамические конденсаторы могут удерживать до 0,6% заряженного напряжения для NP0 и 2,5% для X7R.

Емкость, зависящая от напряжения

Конденсаторы

Y5V могут потерять до 82% своей емкости при номинальном напряжении, в то время как конденсаторы NP0 имеют почти ровный отклик.
Если у вас есть приложения, в которых вы должны изменять выходное напряжение, например, с помощью настраиваемого источника напряжения, требуемого стандартом USB-PD, который Марк Харрис обсуждал в своей недавней статье, вы можете столкнуться с явно непредсказуемой производительностью схемы.

Инструменты проектирования в Altium Designer® содержат все необходимое, чтобы идти в ногу с новыми технологиями. Свяжитесь с нами сегодня и узнайте, как мы можем улучшить вашу следующую конструкцию печатной платы.

Общие сведения о поведении резисторов на высоких частотах

Основные выводы

• При постоянном токе и низкой частоте поведение резистора зависит от физических параметров и удельного сопротивления.

• Резисторы

  действуют как комбинация сопротивления, индуктивности и емкости на высокой частоте.

Инженеры могут бесконечно изучать поведение электроники и при этом иногда удивляться их непредсказуемому поведению. В электронике изменения поведения, такие как наблюдаемые в сосредоточенных элементах, таких как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и активные элементы, являются обычным явлением. Например, поведение резистора на высоких частотах отличается от того, как он ведет себя на низких частотах.

Чтобы избежать сюрпризов, важно проанализировать поведение пассивных и активных элементов на высоких частотах при проектировании ВЧ- и СВЧ-схем.В этой статье мы сосредоточим обсуждение на поведении резистора на высокой частоте.

Поведение резистора при высоких частотах

Наиболее распространенными элементами в электронных схемах являются резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Свойство сопротивления резисторов ограничивает свободное протекание тока через цепь. Сопротивление можно математически выразить с помощью следующего уравнения, где — удельное сопротивление материала, l — длина материала, а — площадь поперечного сечения материала.

При постоянном токе и низкой частоте поведение резистора зависит от физических параметров и удельного сопротивления, которое является свойством материала и не зависит от частоты.

На высокой частоте резисторы — это частотно-зависимые элементы, которые демонстрируют разное поведение на разных частотах. Вышеприведенное уравнение устаревает, поскольку паразитная емкость и индуктивность резистора активны на высокой частоте. Фактически, каждый резистор связан с индуктивностью и емкостью из-за неидеальности материалов, формы и размера резистора.

Следующие качества отвечают за изменение поведения резисторов на высокой частоте:

Паразитные элементы и резисторы

Резисторы действуют как комбинация сопротивления, индуктивности и емкости на высокой частоте. Паразитная индуктивность связана с длиной резистора. Паразитная емкость возникает из-за концевых соединительных клемм, которые действуют как пластины. Резонансная частота связана с паразитной емкостью и индуктивностью.

Это паразитная индуктивность (L) и емкость (C), которые делают резистор зависимым от частоты.Если L и C — паразитная индуктивность и емкость резистора, то уравнение 2 дает резонансную частоту, а уравнение 3 дает эффективное сопротивление резистора на частоте f.

Паразитная индуктивность и емкость

Резисторы показывают паразитную индуктивность, обусловленную проводимостью материала, из которого они сделаны. Влияние индуктивного сопротивления будет меньше при постоянном и низкочастотном переменном токе. Эффект паразитной емкости также наблюдается на высоких частотах.Паразитные эффекты становятся активными в приложениях переменного тока высокой частоты. На резонансной частоте паразитные эффекты отсутствуют. Когда рабочая частота меньше резонансной, паразитная емкость является доминирующей. Когда рабочая частота пересекает резонансную частоту, паразитный эффект становится более индуктивным.

На высокой частоте паразитная индуктивность и емкость резисторов вызывают нежелательные соединения между различными блоками схемы и задержку откликов схемы.Паразитная индуктивность может быть самоиндуктивностью или взаимной индуктивностью, в зависимости от компонентов, находящихся рядом с резистором. Самоиндуктивность способна искажать сигналы, тогда как взаимная индуктивность вносит шумы в цепь. В зависимости от паразитов, присутствующих в резисторе, постоянные времени L / R и RC определяют время отклика.

Скин-эффект

Скин-эффект проявляется резисторами на высокой частоте. На низкой частоте ток по резистору распределяется равномерно.По мере увеличения частоты распределение тока становится неравномерным. На высокой частоте ток в резисторах концентрируется на поверхности резистора. Ток ограничен только поверхностью на частоте RF.

При проектировании ВЧ-схем инженеры всегда должны учитывать поведение резистора на высоких частотах. Программное обеспечение Cadence может помочь смоделировать радиочастотные схемы с паразитными эффектами и скин-эффектами в резисторах и других сосредоточенных пассивных элементах.

Подпишитесь на нашу рассылку для получения последних обновлений.Если вы хотите узнать больше о том, как Cadence предлагает вам решение, поговорите с нами и нашей командой экспертов.

Конденсаторы

, Часть 3 «Керамические конденсаторы [2]» ｜ Электроника ABC ｜ Журнал TDK Techno

Основные характеристики многослойных керамических конденсаторов микросхемы

Для правильного использования конденсаторов важно понимать их особые характеристики.В этом разделе объясняются некоторые основные характеристики многослойных керамических конденсаторов для микросхем.

● Номинальное напряжение

Каждый конденсатор имеет определенный предел приложенного к нему напряжения. Номинальное напряжение относится к максимальному напряжению, которое может быть приложено во время постоянной работы, не вызывая проблем. Обычно номинальное напряжение указывается как постоянное напряжение, но для некоторых продуктов переменное напряжение также может быть указано как гарантированное значение.

● Ток утечки / сопротивление изоляции / пробой изоляции

Хотя конденсатор в принципе блокирует постоянный ток, на самом деле происходит небольшая утечка напряжения.Сопротивление изоляции — это величина, которая получается делением тока, протекающего в конденсаторе, на приложенное напряжение. Поскольку многослойные керамические конденсаторы микросхемы имеют высокое сопротивление изоляции, ток утечки не представляет проблемы в обычных приложениях. Однако при превышении номинального напряжения и дальнейшем увеличении приложенного напряжения конденсатор в какой-то момент будет подвержен пробою изоляции.

● Tan δ (касательная дельта) ・ Q

В идеале конденсатор, используемый в цепи, не должен потреблять энергию, но в действительности такие факторы, как диэлектрические потери конденсатора и удельное сопротивление электродов и выводных проводов (известное как ESR: эквивалентное последовательное сопротивление), вызывают потерю энергии.Это проявляется в фазовом сдвиге тока, протекающего в конденсаторе. В идеале разность фаз между напряжением, приложенным к конденсатору, и током составляет 90 градусов, но вышеупомянутые потери вызывают задержку, превышающую 90 градусов. Угол δ (угол потерь) этой задержки, выраженный тригонометрической функцией тангенса (положительное число), называется тангенсом δ (тангенс-дельта) или тангенсом диэлектрической проницаемости. Величина, обратная tan δ, известна как Q (коэффициент качества), который является показателем производительности конденсатора в высокочастотном диапазоне.

● Тепловые характеристики емкости

Многослойные керамические чип-конденсаторы, широко используемые в электронных устройствах, можно разделить на две основные категории в зависимости от их типа диэлектрика, а именно (1) тип с низкой диэлектрической проницаемостью и (2) тип с высокой диэлектрической проницаемостью. Они могут быть далее подразделены по тепловым характеристикам, спецификации, которая регулируется стандартами JIS (Японские промышленные стандарты) и EIA (Ассоциация электронной промышленности Америки).

● Характеристики смещения постоянного тока (характеристики напряжения постоянного тока)

Емкость керамического конденсатора также изменяется в зависимости от приложенного напряжения. При постоянном напряжении это свойство называется характеристиками смещения постоянного тока. У конденсаторов с низкой диэлектрической проницаемостью (тип 1) емкость практически не изменяется, но у конденсаторов с высокой диэлектрической проницаемостью (тип 2) с характеристиками «B» и особенно керамических конденсаторов с характеристиками «F» изменение является значительным.Это связано с тем, что в конденсаторах с высокой диэлектрической проницаемостью используется сегнетоэлектрическое вещество (например, BaTiO3), которое создает спонтанную поляризацию.
Керамический материал представляет собой поликристаллическое вещество, состоящее из большого количества кристаллических зерен. В сегнетоэлектрическом материале так называемые домены этих зерен расположены поочередно в противоположном направлении, тем самым компенсируя друг друга, так что спонтанная поляризация не возникает. По мере увеличения напряженности приложенного постоянного электрического поля диэлектрическая проницаемость сначала также увеличивается, поскольку ориентация спонтанной поляризации совпадает с ориентацией электрического поля.Однако, когда электрическое поле становится сильнее, выравнивание прекращается и достигается насыщение, в результате чего диэлектрическая проницаемость падает. Поэтому при применении смещения постоянного тока необходимо выбрать правильные параметры, принимая во внимание характеристики диэлектрика, а также рабочее напряжение и выдерживаемое напряжение. Кроме того, падение емкости, вызванное смещением постоянного тока, будет более выраженным в конденсаторах меньшего размера.

● Импеданс vs.АЧХ

Чем выше частота переменного тока, тем легче он проходит через конденсатор. В идеальном конденсаторе по мере увеличения частоты импеданс будет стремиться все ближе к нулю, но на самом деле существует граница частоты, за которой сопротивление конденсатора снова возрастет. Следовательно, кривая зависимости сопротивления от частотной характеристики будет иметь V-образную (или U-образную) форму. Это связано с тем, что ESL (эквивалентная последовательная индуктивность) конденсатора образует LC-резонансный контур с конденсатором.Частота внизу V-кривой называется собственной резонансной частотой (SRF). До этой частоты конденсатор работает как конденсатор, но в частотном диапазоне выше него он действует как индуктор. Значение Q также падает и становится равным нулю на собственной резонансной частоте. Поэтому параметры должны быть выбраны таким образом, чтобы конденсатор работал ниже собственной резонансной частоты.

.