2.2. Конденсаторы

2.2. Конденсаторы

В основу классификации конденсаторов положено деление их на группы по виду применяемого диэлектрика и по конструктивным особенностям.

Сокращенное обозначение конденсатора состоит из букв и цифр. Первый элемент обозначения — буква или сочетание букв — обозначает подкласс конденсатора: К — постоянной емкости, КТ — подстроечные, КП — переменной емкости. Второй элемент означает группу конденсаторов в зависимости от вида диэлектрика (табл. 2. 6). Третий элемент пишется через дефис и соответствует порядковому номеру разработки. В состав второго и третьего элементов могут входить буквы.

Таблица 2. 6 УСЛОВНОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ НЕКОТОРЫХ КОНДЕНСАТОРОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ МАТЕРИАЛА ДИЭЛЕКТРИКА

Для старых типов конденсаторов в основу условных обозначений брались конструктивные, технологические и другие признаки: КД — конденсаторы дисковые, ФТ — фторопластовые теплостойкие, КТП — конденсаторы трубчатые проходные.

Маркировка конденсатора содержит, если позволяют размеры корпуса, его тип, номинальное напряжение, емкость, допуск, группу ТКЕ, а если размеры не позволяют, то применяется цветовая маркировка (табл. 2. 7).

Таблица 2.7 ЦВЕТОВЫЕ КОДЫ ДЛЯ МАРКИРОВКИ КОНДЕНСАТОРОВ (В ВИДЕ ТОЧЕК ИЛИ ПОЛОС)

Полное обозначение номинальных емкостей состоит из чисел величины емкости и единицы измерения (пф — пикофарада, мкФ — микрофарада, Ф — Фарада).

Кодированное обозначение номинальных емкостей содержит две или три цифры и букву. Буква из русского или латинского алфавита обозначает название доли фарады или целой фарады: П (р) — пикофарада = 10^-12 Ф, Н (п) — нанофарада = 10^-9 Ф, М (ц) — микрофарада = 10^-6 Ф, Ф (F) — фарада. Например, емкость 2,2 пф обозначается 2П2 (2р2), 1500 нФ — 1Н5 (1n5); 1 мкФ - М1 (ц1), 10 мкФ - 10М (10ц), 1 Ф - 1Ф0 (1F0).

Допускаемые отклонения емкости обозначаются цифрами или кодом (табл. 2.8).

Т а б л и ц а 2.8 ДОПУСКАЕМЫЕ ОТКЛОНЕНИЯ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА ОТ НОМИНАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ

Параметрами конденсаторов являются номинальная емкость, номинальное напряжение. Тангенс угла потерь характеризует активные потери энергии в конденсаторе. Величина, обратная тангенсу угла потерь, называется добротностью конденсатора.

Сопротивление изоляции и ток утечки характеризуют качество диэлектрика. Наиболее высокое сопротивление изоляции имеют фторопластовые, полистирольные и полипропиленовые конденсаторы, несколько ниже оно у керамических и поликарбонатных.

Для оксидно-электролитических конденсаторов задается ток утечки, значение которого пропорционально емкости и напряжению. Наименьший ток утечки имеют танталовые конденсаторы (от единиц до десятков микроампер), а у алюминиевых конденсаторов он на один-два порядка больше.

Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) определяет относительное изменение емкости при изменении температуры конденсатора на 1 С.

Данные некоторых конденсаторов приведены в табл. 2.9.

Большинство отказов конденсаторов происходит из-за пробоя и перекрытия, бывают отказы из-за механических повреждений, уменьшения емкости и сопротивления изоляции.

Выход из строя диэлектрика конденсатора может происходить за счет пробоя в объеме диэлектрика и разряда по его поверхности. Пробой происходит, когда напряженность электрического поля превышает определенное значение для данного диэлектрика — пробивную напряженность, характеризующую электрическую прочность диэлектрика. Для твердых диэлектриков характерны две формы пробоя - электрический и тепловой.

Таблица 2. 9 ДАННЫЕ НЕКОТОРЫХ КОНДЕНСАТОРОВ

* Для ряда промежуточных емкостей.

Окончание табл. 2. 9

В основе электрического пробоя находится ударная ионизация электронами материала диэлектрика, в результате чего

увеличивается количество носителей заряда. Происходит пробои, который может сжечь диэлектрик или прожечь в его объеме канал.

Электрический разряд по поверхности диэлектрика может быть в воздухе над ним или по самой поверхности диэлектрика с образованием дорожек.

Тепловой пробой происходит в результате нарушения теплового равновесия в диэлектрике, когда нагрев диэлектрика при электрической нагрузке превышает отвод тепла. Происходит уменьшение электрического сопротивления, и электрической прочности диэлектрика, что приводит к электрическому пробою. Повреждение имеет вид проводящего канала. Обычно пробой происходит в результате ряда факторов: электрической нагрузки, механической нагрузки, влажности, высокой внешней температуры. Пробой выражается в виде проводящего канала от одной до другой обкладки.

В процессе хранения и работы конденсатора могут происходить обратимые и необратимые изменения его параметров.

Вышедшие из строя конденсаторы иногда можно определить по внешнему виду, например, у электролитических конденсаторов может быть вздутие корпуса, у малогабаритных — следы сгорания. Проверяется также прочность крепления выводов. Тем же проверкам подвергаются и новые конденсаторы, предназначенные для замены. При этом проверяется соответствие их параметров, указанных на корпусе, электрической схеме. У конденсаторов переменной емкости проверяют плавность вращения ротора, отсутствие заеданий и люфтов.

Окончательные сведения о состоянии конденсатора может дать его электрическая проверка с помощью приборов, которая заключается в следующем:

проверка на короткое замыкание и пробой;

измерение сопротивления изоляции, у электролитических конденсаторов — тока утечки;

измерение емкости;

проверка целости выводов.

Проверка неэлектролитических конденсаторов заключается в следующем.

Конденсаторы на короткое замыкание проверяют омметром на максимальных пределах измерения, измеряя сопротивление между выводами и между выводами и корпусом, если корпус металлический. Если емкость конденсатора больше 1 мкф, и он исправен, то после присоединения омметра конденсатор заряжается и стрелка прибора отклоняется в сторону 0, причем отклонение зависит от емкости конденсатора, типа прибора и напряжения источника питания, потом стрелка медленно возвращается к положению около оо.

При наличии утечки омметр показывает малое, сопротивление — сотни и тысячи Ом, величина которого Зависит от емкости и типа конденсатора. При проверке исправных конденсаторов емкостью меньше 1 мкф стрелка прибора не отклоняется, потому что малы ток заряда конденсатора и время заряда. При пробое конденсатора его сопротивление около 0.

При проверке омметром нельзя установить пробой конденсатора, если он происходит при рабочем напряжении.

В таком случае можно проверить конденсатор мегаомметром при напряжении прибора, не превышающем рабочее напряжение конденсатора.

Конденсаторы переменной емкости проверяют на пробой при плавном повороте ротора.

Проверить конденсатор на пробой-можно на специальной испытательной установке, прикладывая между выводами и каждым выводом и корпусом повышенное напряжение, превышающее номинальное в 1.5...3 раза в течение 10...60 с, в зависимости от типа конденсатора.

Сопротивление изоляции конденсатора между выводами и каждым выводом и корпусом проверяют ламповым мегаомметром. При этом сопротивление изоляции бумажных конденсаторов сотни и тысячи мегом, остальных — десятки и сотни тысяч мегом.

Проверка электролитических конденсаторов заключается в наблюдении заряда конденсатора от источника питания тестера. При этом от конденсатора отпаивают детали, если он в схеме, и разряжают его, подготавливают прибор для измерения больших сопротивлений, гнездо общее прибора должно быть соединено с положительным выводом конденсатора, а гнездо сопротивлений — с корпусом конденсатора.

Если конденсатор исправен, то стрелка прибора быстро движется к нулю, а затем устанавливается около знака оо. Если конденсатор потерял емкость, то стрелка прибора почти не отклоняется, а если имеет значительную утечку, то стрелка отклоняется почти до нуля и устанавливается далеко от знака со.

Клиновые конденсаторы не имеют выводов и впаиваются в вырезы печатных плат. При этом в корпусе конденсатора могут образоваться трещины, нарушающие работу конденсатора или создающие помехи. Поэтому при проверке таких конденсаторов нужно обращать внимание на их целость

При выборе конденсатора для замены нужно ориентироваться на заменяемый конденсатор, если на его корпусе есть данные о его параметрах.

Если данных нет, то нужно пользоваться схемой этого или сходного устройства, а если ее нет, то приходится ставить конденсатор, похожий по внешнему виду. При этом нужно учитывать условия эксплуатации и руководствоваться следующим.

Номинальное напряжение конденсатора определяют с учетом постоянной и переменной составляющих напряжения в месте установки конденсатора. Сумма постоянной и амплитуды переменной составляющих не должна превышать номинального напряжения, а для электролитических конденсаторов амплитуда переменной составляющей не должна превышать величины постоянной составляющей. Рабочее напряжение электролитических конденсаторов должно быть ниже номинального на 10... 20%, так как пробивное напряжение для них близко к номинальному.

В цепях с высокой стабильностью параметров, например, в колебательных контурах, применяют керамические и воздушные конденсаторы с высоким классом точности.

В цепях, к которым не предъявляются высокие требования по стабильности параметров, например, в фильтрах развязки, применяют бумажные конденсаторы.

В некоторых цепях существуют высокие требования к сопротивлению изоляции, например, к конденсаторам связи между соседними каскадами. В этом случае применяют слюдяные конденсаторы.

В цепях высокой частоты применяют конденсаторы с высокой предельной частотой.

Бумажные конденсаторы не применяют в цепях с частотой, превышающей единицы мегагерц.

В цепях высокой частоты применяют керамические и вакуумные конденсаторы.

Электролитические и бумажные конденсаторы применяют в цепях сглаживающих фильтров выпрямителей, фильтров развязки и блокировки. При этом требуются конденсаторы большой емкости.

В этих цепях применяются также сегнетоэлектрические конденсаторы.

В цепях при напряжении менее 10 В не рекомендуется применять конденсаторы с вкладными выводами, так как в них может нарушиться контакт с фольгой.

Герметизированные конденсаторы в металлическом корпусе имеют большую емкость на корпус. Если при монтаже ни один вывод конденсатора не соединяется с шасси устройства, то конденсатор необходимо изолировать от шасси на опорах толщиной 0.5...1 см.

Для малогабаритной аппаратуры необходимо выбирать малогабаритные конденсаторы..

Конденсаторы могут применяться в цепях постоянного и переменного напряжения. Для цепей постоянного тока применяются в основном электролитические конденсаторы, у которых с одного конца корпуса выходит один или несколько изолированных выводов. При монтаже конденсатора эти выводы присоединяются к положительному полюсу цепи с учетом соответствия напряжений участков цепи и выводов конденсатора, а корпус конденсатора присоединяется к металлическому корпусу устройства. Если у электролитического конденсатора другая конструкция, то полярность его выводов обозначается знаками <+» и «—». Следует учесть, что могут быть и неполярные электролитические конденсаторы.

Если полярный конденсатор включить в сеть переменного напряжения, то через его диэлектрик пойдет переменный ток, нагревая конденсатор, и он может выйти из строя. В крайнем случае, при отсутствии нужного конденсатора на переменное напряжение вместо него можно применить полярный конденсатор при условии, что его напряжение много больше напряжения сети. Например, полярный конденсатор с напряжением 250 В может работать в сети переменного напряжения 50 В при частоте 50 Гц. Внешними признаками выхода из строя бумажных и электролитических конденсаторов являются вздутие корпуса, отрыв торцевых изолирующих частей у выводов, отрыв выводов.

Керамические конденсаторы могут обугливаться или разрушаться. Признаки внутренних неисправностей могут быть выявлены только при измерениях, о чем говорилось выше.

При любой неисправности конденсатор должен быть заменен.