Для чего в блоке питания конденсаторы
Лабораторная по физике, или зачем нужны конденсаторы
Как обычно, поводом для проведения этой «лабораторной работы» послужил обычный радиолюбительский трёп о работе блоков питания в звуковоспроизводящей аппаратуре. Не в том смысле, как они работают, а в том, какую роль выполняют стоящие на их выходе электролитические конденсаторы. Зачем они нужны, если, допустим, напряжение уже достаточно хорошо сглажено после выпрямителя, а потом ещё и стабилизировано? Зачем дополнительные конденсаторы устанавливают в питающие цепи на плате усилителя? Почему в разных схемах усилителей, но примерно одинаковой мощности, эти конденсаторы сильно отличаются ёмкостью – где-то 10 000 мкФ ставят, а где-то 47 000 мкФ рекомендуется как минимальный номинал? И один из самых интересных вопросов – почему у усилителя нередко меняется тембральный баланс звучания при смене схемы источника питания? Хотя приборами это не фиксируется – амплитудно-частотная характеристика какая была, такая и осталась… И коэффициент нелинейных искажений на 1 кГц не изменился…
Вопросы бывают разные. Сложные и не очень, скучные и интересные. На некоторые вопросы известны ответы ещё со школьного курса физики – например формула «цэнаувквадратепополам», дающая понятие о накопленной конденсатором энергии. А часто ли этой формулой пользуется радиолюбитель, собирая очередную схему? Не знаю, как вы, а я – нет. Точечную сварку собирать пока не приходилось, а во все остальные конструкции ставлю электролитов «по-максимуму», т.е. всё, что в тумбочке найдётся. Скорее всего, потому что, когда-то собирая усилитель Акулиничева (это тот, который с глубокой ООС, из маленького журнала «Радио») посмотрел осциллографом падения напряжений на низкоомном резисторе в цепи питания во время воспроизведении музыки. Вот с тех пор и не экономлю на конденсаторах, хотя про «цэнаувквадратепополам» и не задумываюсь…
Для того чтобы увидеть, как распределяются токи, в контрольные места ставил низкоомные резисторы, выполненные из нихромовой проволоки (рис.3). Их сопротивление – 0,075 Ом. В некоторых случаях, для снижения влияния их сопротивления на измерения, они включались параллельно по 2-3 штуки. Снимаемое с них напряжение падения подавалось в звуковую карту компьютера с закрытым входом и регистрировалось программой SpectraPLUS в диапазоне от 10 Гц 20 кГц.
Используемый компьютер и программа позволили уверенно регистрировать сигнал уровнем от 1 мВ. На резисторе 0,075 Ом он появляется при прохождении тока силой в 13,3 мА. Можно считать это «нижним уверенным» порогом измерений.
В тексте встречаются слова «положительная полуволна» и «отрицательная». На самом деле, в большинстве случаев это будет относиться не к переменным напряжениям и токам, а к постоянным, но пульсирующим. Например, если на усилитель (рис.2) не подавать синусоидальный сигнал, то на резисторе R4 присутствует только постоянное напряжение около 73 мВ, а если подавать, то оно начнёт увеличиваться и уменьшаться, пропорционально сигнальному напряжению. При 2,5 В(rms) выходного напряжения максимальный потенциал на R4 будет около 115 мВ, минимальный – 31 мВ. Вот эти амплитудные 42-милливольтовые полуволны относительно 73 мВ и подразумеваются как «положительные» и «отрицательные».
Первые эксперименты проводились при питании усилителя от 12-тивольтовой аккумуляторной батареи ёмкостью 7,2 А/ч. В наличии было две старые и одна новая – на старых проводились черновые работы, а затем, при подключении новой, снимались окончательные результаты. Заодно проверялось влияние на показания изменение внутреннего сопротивления по постоянному току у источника питания. Новый аккумулятор имел внутреннее сопротивление около 0,1-0,11 Ом, старые – 0,27-0,35 Ом.
Первый эксперимент. В месте подвода провода положительного напряжения впаян резистор 0,075 Ом (рис.4). Падение напряжений фиксировались при подаче на вход повторителя сигналов четырёх частот длительностью по нескольку секунд – 10,1 Гц, 101 Гц, 1010 Гц и 10100 Гц (для упрощения, далее по тексту они будут фигурировать, как 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц и 10 кГц). Сигналы подавались последовательно, начиная с 10 Гц. На рисунке 5 видно, что при всех частотах амплитуды тока достигают примерно одинаковых значений, что говорит о том, что потребляемая мощность одинакова на всех частотах и никаких потерь и искажений в контролируемом диапазоне частот нет. Небольшой подъём уровня на частоте 10 кГц обусловлен подъёмом АЧХ звуковой карты компьютера примерно на 1,5 dB на частотах около 12 кГц.
Затем последовательно с R3 (показан на рис.2) и с Rнагрузки были установлены резисторы по 0,075 Ом. Снятые с них сигналы показаны на рисунке 6. Здесь можно увидеть распределение токов и посчитать их сумму – она равна амплитудам сигналов на резисторе, стоящем в питающем проводе (36 мВ + 29 мВ = 65 мВ).
Далее к коллектору транзистора и нижнему выводу R4 были подпаяны три конденсатора по 2200 мкФ каждый. «Три в параллель» взяты для того, чтобы получить малое внутреннее сопротивление (ESR). Суммарная их ёмкость, естественно, стала 6600 мкФ. Провода, используемые для коммутации конденсаторов, были максимально короткой длины и сечением 3,14 мм.кв. На рисунке 7 показано падение напряжений на резисторе в питании при подаче на вход усилителя сигналов разных частот. Амплитуда на 10 Гц стала около 0,061 мВ, на 100 Гц – 55 мВ, на 1 кГц – 22 мВ, на 10 кГц – 12 мВ. Думается, что если мощность, потребляемая усилителем, осталась та же, а уровень пульсирующего тока, проходящего через аккумулятор, уменьшился, то это означает, что ток нашёл другой путь – в данном случае, через конденсаторы.
При увеличении ёмкости до 123000 мкФ множеством включенных параллельно электролитических конденсаторов и установкой дополнительно 12 мкФ плёночных, получился график, показанный на рисунке 8. Амплитуда на 10 Гц упала до 40 мВ, на 100 Гц – до 9 мВ.
Решил посмотреть, как распределятся токи в более слаботочной схеме. Всё-таки, в формуле, определяющей протекающий через конденсатор ток, говорится о том, что он (ток) пропорционален скорости изменения напряжения на конденсаторе – Ic=C*(dU/dt). Это, насколько понимаю, говорит о том, что и при малой амплитуде высокочастотного сигнала, и при большой, но низкочастотного, мгновенные токи могут быть одинаковыми. Надо проверить. Для этого увеличил сопротивление резистора в эмиттере транзистора до 100 Ом и Rнагр до 200 Ом. Ток покоя усилителя стал около 75 мА. Судя по рисунку 9, заметно небольшое увеличение при 10 кГц, а в основном распределение токов не изменилось, пропорции остались примерно такие же, уменьшился только амплитуды (поэтому градация вертикальной шкалы изменена для лучшей наглядности) и повысилась «лохматость» от помех при малых уровнях – всё-таки, амплитуда сигнала на 1 кГц около 0,5 мВ. Получается, разница межу токами в 970 мА и 75 мА не позволяет оценить изменения.
На рисунке 11 показаны данные, снятые при уменьшении уровня сигнала на входе эмиттерного повторителя до 1 В. Это опять проверка формула расчёта тока через конденсатор. Хоть уровни и уменьшились, но всё равно видно, что отношения амплитуд на частотах 10 Гц и 100 Гц поменялись.
Оставил в питании усилителя три конденсатора общей ёмкостью 6600 мкФ. Т.е. такой же, с которой снимались показания на рисунке 7. На рисунке 12 показан ток через резистор в питании 1 Ом при последовательности входных сигналов от 10 Гц до 100 Гц (с шагом в 10 Гц) и далее, с шагом в 100 Гц, до 1 кГц. Сравнивать с рисунком 7 можно по отношению амплитуд на частотах 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц. Видно, что здесь импульсы при 100 Гц намного меньше.
Посмотрел, как распределяются токи через аккумулятор и конденсатор при большой ёмкости конденсатора и больших токах. Вернул схему в режим с током покоя 0,97 А, нагрузка – 10 Ом, в цепь питания установил резистор сопротивлением 0,025 Ом и такой же резистор установил последовательно с конденсатором 123000 мкФ (рис.13, конденсатор в эмиттере и нагрузка не показаны, но они стоят в схеме). Сигналы, снятые с резисторов при работе усилителя на разных частотах (
2,5 В) показаны на рисунке 14, где видно, что на частоте 10 Гц ток больший ток течёт через аккумулятор, а на частотах 100 Гц и выше – через конденсатор.
Теперь несколько экспериментов с блоком питания на стабилизаторе LM7812. Схема включения стандартная (рис.15), из даташита. В качестве сетевого трансформатора применён преобразовательный из источника бесперебойного питания для компьютера. Микросхема-стабилизатор установлена на радиаторе, к её выводам подпаяна плата из фольгированного гетинакса, на которой навесным монтажом расположены остальные детали (рис.16). Конденсаторы С2 иС3 взяты в SMD исполнении. На плате сделаны дополнительные площадки, чтобы в любую часть схемы можно было поставить низкоомные резисторы 0,075 Ом.
Сначала были сняты данные при подключении эмиттерного повторителя по рисунку 4. Ток покоя 0,97А, нагрузка 10 Ом, напряжение НЧ сигнала 2,5 В. Конденсатор ёмкостью 4700 мкФ стоит в блоке питания. На рисунке 17 показаны пульсации тока через резистор 0,075 Ом при частотах 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц и 10 кГц. Уровни амплитуд немного больше, чем на рисунке 5. Скорее всего, потому что стабилизатор LM7812 точно удерживает выходное напряжения за счёт внутренней обратной связи, не допускает его просадки и поэтому, надо полагать, его внутреннее сопротивление по «переменке» меньше чем у аккумулятора.
Следующие рисунки 18, 19 и 20 – при установке в питание повторителя конденсаторов ёмкостью 6600 мкФ, 33000 мкФ и 123000 мкФ, соответственно. Хорошо видны изменения в уровнях.
Теперь проверка слаботочной цепи. Уменьшил ток покоя повторителя до 25 мА и входное НЧ напряжение до 1 В. В нагрузке стоит сопротивление 10 кОм, резистор в питании 1 Ом. Так же менял ёмкости конденсаторов и снимал показания (рисунки 21, 22 и 23 соответствуют конденсаторам ёмкостью 6600 мкФ, 33000 мкФ и 123000 мкФ). Градация вертикальной шкалы 1 мВ на деление. На рисунке 21 заметно некоторое увеличение амплитуд тока при работе повторителя с 10 кГц, как и на рисунке 9, только там оно меньше. Скорее всего, это связано с внутренним (конструктивным) резонансом трёх конденсаторов по 2200 мкФ – они все одного типа и куплены были в одно время в составе одной партии. Проявляется этот резонанс только с этими конденсаторами, при малых тока нагрузки и при рабочих частотах повторителя от 8 кГц и выше.
На рисунке 24 показаны пульсации питающих напряжений на конденсаторе С4 в блоке питания (верхний) и на конденсаторе 123000 мкФ в «слаботочном» усилителе (нижний).
Напоследок собрал параметрический стабилизатор на стабилитроне и полевом транзисторе (рис.26). Кажется, он в таком включении работает и как фильтр «электронный дроссель». Рисунки 27, 28 и 29 – при установке в питание повторителя (в «сильноточном режиме») конденсаторов ёмкостью 6600 мкФ, 33000 мкФ и 123000 мкФ, соответственно.
Судя по тому, что амплитуда токов в сравнении с рисунками 18, 19 и 20 стала заметно меньше, этот стабилизатор обладает большим сопротивлением по переменному току.
Категоричных и далекоидущих выводов из показанных графиков делать не буду, наверное, каждый для себя сам решает, на что обращать внимание, но, думаю, что установка резистора сопротивлением до нескольких Ом в разрыв цепи после моста (перед «электролитом») должна помочь отфильтровать помехи со стороны моста, а установка такого же (или больше) по номиналу резистора по выходу стабилизатора (или транзистора), но, опять же до»электролита» (С4 на рис.15 или С6 на рис.26), нивелировать действия блока питания. Конечно, при наличии на плате усилителя конденсаторов большой ёмкости.
К статье прикреплены файлы, сделанные программой SpectraPLUS и соответствующие рисункам 27, 28 и 29.
Хочется выразить огромную благодарность школьному учителю физики – Трусову Юрию Георгиевичу за привитую любовь к экспериментальной физике и электричеству. А также большое спасибо другу с детства, тоже радиолюбителю, за организацию, можно сказать, «мозгового штурма», приведшего к сокращению текста статьи почти втрое. Ну, и само собой, господам Ому и Кирхгофу за законы и правила, которые радиолюбители соблюдают чаще остальных. В смысле, чаще остальных законов, а не чаще других людей. 🙂
Что такое конденсатор и для чего он нужен в схемах
Общая концепция
Конденсатор состоит из двух проводящих обкладок и диэлектрика между ними. И все, больше ничего. С виду простая радиодеталь, но работает на высоких и низких частотах по-разному. 
Обозначается на схеме двумя параллельными линиями. 
Принцип работы
Эта радиодеталь хорошо демонстрирует явление электростатической индукции. Разберем на примере.
Если подключить к конденсатору постоянный источник тока, то в начальный момент времени ток начнет скапливаться на обкладках конденсатора. Это происходит за счет электростатической индукции. Сопротивление практически равно нулю.
Электрическое поле за счет электростатической индукции притягивает разноименные заряды на две противоположные обкладки. Это свойство материи называется емкостью. Емкость есть у всех материалов. И даже у диэлектриков, но у проводников она значительно больше. Поэтому обкладки конденсатора выполнены из проводника.
Чем больше емкость — тем больше может накопиться зарядов на обкладках конденсатора, т.е. электрического тока.
Основное свойство конденсатора — это емкость. Она зависит от площади пластин, расстояния между ними и материала диэлектрика, которым заполняют пространство между обкладками.
По мере накопления зарядов, поле начинает ослабевать, а сопротивление нарастает. Почему так происходит? Места на обкладках все меньше, одноименные заряды на них действуют друг на друга, а напряжение на конденсаторе становится равным источнику тока. Такое сопротивление называется реактивным, или емкостным. Оно зависит от частоты тока, емкости радиодеталей и проводов.
Когда на обкладках не останется места для электрического тока, то и ток в цепи прекратится. Электростатическая индукция пропадает. Теперь остается электрическое поле, которое держит заряды на своих обкладках и не отпускает их. А электрическому току некуда деваться. Напряжение на конденсаторе станет равным ЭДС (напряжению) источнику тока.
А что будет, если повысить ЭДС (напряжение) источника тока? Электрическое поле начнет все сильнее давить на диэлектрик, поскольку места на обкладках уже нет. Но если напряжение на конденсаторе превысит допустимые знания, то диэлектрик пробьет. И конденсатор станет проводником, заряды освободятся, и ток пойдет по цепи. Как тогда использовать конденсатор для высоких напряжений? Можно увеличить размер диэлектрика и расстояние между обкладками, но при этом уменьшается емкость детали.
Между обкладками находится диэлектрик, который препятствует прохождению постоянного тока. Это именно барьер для постоянного тока. Потому, что постоянный ток создает и постоянное напряжение. А постоянное напряжение может создавать электростатическую индукцию только при замыкании цепи, то есть, когда конденсатор заряжается.
Так конденсатор может сохранять энергию до тех пор, пока к нему не подключится потребитель.
Конденсатор и цепь постоянного тока
Добавим в схему лампочку. Она загорится только во время зарядки. 
Еще одна важная особенность — когда происходит процесс зарядки током, то напряжение отстает от тока. Напряжение как бы догоняет ток, поскольку сопротивление нарастает плавно, по мере зарядки. Электрические зарядам нужно время, чтобы переместиться к обкладкам конденсатора. Так называется время зарядки. Оно зависит от емкости, частоты и напряжения.
По мере зарядки, лампочка начинает тусклее светиться.
Лампочка затухает при полной зарядке.
Постоянный электрический ток не проходит через конденсатор только после его зарядки.
Цепь с переменным током
А что если поменять полярность на источнике тока? Тогда конденсатор начнет разряжаться, и снова заряжаться, поскольку меняется полярность источника.
Электростатическая индукция возникает постоянно, если электрический ток переменный. Каждый раз, когда ток начинает менять свое направление, начинается процесс зарядки и разрядки.
Поэтому, конденсатор пропускает переменный электрический ток.
Чем выше частота — тем меньше реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора.
Назначение и функции конденсаторов
Конденсатор играет огромную роль как в аналоговой, так и цифровой технике. Они бывают электролитическими и керамическими, и отличаются своими свойствами, но не общей концепцией. Примеры использования:
Примеры использования
В усилителях обычно используются для защиты сабвуферов, фильтрации питания, термостабилизации и разделение постоянной составляющей от переменной. А электролитические в автономных схемах с микроконтроллерами могут долго обеспечивать питание за счет большой емкости. 
В данной схеме транзистор VT1 постоянно открыт, чтобы усиливать звук без искажений. Но если вход замнется или на него поступи постоянный ток, то транзистор откроется, перейдет в насыщение и перегреется. Чтобы этого не допустить, нужен конденсатор. С1 позволяет отделить постоянную оставляющую от переменной. Переменный сигнал легко проходит на базу транзистора, а постоянный сигнал не проходит. 
С2 совместно с резистором R3 выполняет функцию термостабилизации. Когда усилитель работает, транзистор нагревается. Это может внести искажения в сигнал. Поэтому, резистор R3 помогает удержать рабочую точку при нагреве. Но когда транзистор холодный и стабилизации не требуется резистор может уменьшить мощность усилителя. Поэтому, в дело вступает С2. Он проводит через себя усиленный сигнал шунтируя резистор, тем самым, не снижая номинальную мощность схемы. Если его емкость будет ниже расчетной, он начнет вносить фазовые искажения в выходной сигнал. 
Чтобы схема качественно работала, обязательно хорошее питание. Когда схема в пиковые значения потребляет больше тока, то это всегда сильная нагрузка на источник питания. С3 фильтрует помехи по питанию и помогает снизить нагрузку. Чем больше емкость — тем лучше звук, но до определенных значений, все зависит от схемы. 
А в блоках питания используется тот же принцип, как и в предыдущей схеме по питанию, но здесь емкость нужна гораздо больше. На этой схеме емкость элеткролита может быть как 1000 мкФ, так и 10 000 мкФ.
Еще на диодный мост можно параллельно включить керамические конденсаторы, которые будут шунтировать схему от высокочастотных наводок и шума сети 220 В.
Фазовые искажения
Конденсатор может искажать переменный сигнал по фазе. Это происходит из-за неверного расчета емкости, общего сопротивления и взаимодействия с другими радиодеталями. Не стоит забывать и о том, что любая радиодеталь имеет как реактивное, так и активное сопротивление.
Конденсаторы для «чайников»
Если вы регулярно занимаетесь созданием электрических схем, вы наверняка использовали конденсаторы. Это стандартный компонент схем, такой же, как сопротивление, который вы просто берёте с полки без раздумий. Мы используем конденсаторы для сглаживания пульсаций напряжения/тока, для согласования нагрузок, в качестве источника энергии для маломощных устройств, и других применений.
Но конденсатор – это не просто пузырёк с двумя проводочками и парой параметров – рабочее напряжение и ёмкость. Существует огромный массив технологий и материалов с разными свойствами, применяемых для создания конденсаторов. И хотя в большинстве случаев для любой задачи сгодится практически любой конденсатор подходящей ёмкости, хорошее понимание работы этих устройств может помочь вам выбрать не просто нечто подходящее, а подходящее наилучшим образом. Если у вас когда-нибудь была проблема с температурной стабильностью или задача поиска источника дополнительных шумов – вы оцените информацию из этой статьи.
Начнём с простого
Лучше начать с простого и описать основные принципы работы конденсаторов, прежде чем переходить к настоящим устройствам. Идеальный конденсатор состоит из двух проводящих пластинок, разделённых диэлектриком. Заряд собирается на пластинах, но не может перетекать между ними – диэлектрик обладает изолирующими свойствами. Так конденсатор накапливает заряд.
Ёмкость измеряется в фарадах: конденсатор в один фарад выдаёт напряжение в один вольт, если в нём находится заряд в один кулон. Как и у многих других единиц системы СИ, у неё непрактичный размер, поэтому, если не брать в расчёт суперконденсаторы, о которых мы здесь говорить не будем, вы скорее всего встретитесь с микро-, нано- и пикофарадами. Ёмкость любого конденсатора можно вывести из его размеров и свойств диэлектрика – если интересно, формулу для этого можно посмотреть в Википедии. Запоминать её не нужно, если только вы не готовитесь к экзамену – но в ней содержится один полезный факт. Ёмкость пропорциональна диэлектрической проницаемости εr использованного диэлектрика, что в результате привело к появлению в продаже различных конденсаторов, использующих разные диэлектрические материалы для достижения больших ёмкостей или улучшения характеристик напряжения.
Паразитные индуктивность и сопротивление реального конденсатора
С использованием диэлектриков в конденсаторах есть одна проблемка, наряду с тем, что диэлектрик с нужными характеристиками обладает неприятными побочными эффектами. У всех конденсаторов есть небольшие паразитные сопротивление и индуктивность, которые иногда могут влиять на его работу. Электрические постоянные меняются от температуры и напряжения, пьезоэлектричества или шума. Некоторые конденсаторы стоят слишком дорого, у некоторых существуют состояния отказа. И вот мы подошли к основной части статьи, в которой расскажем о разных типах конденсаторов, и об их свойствах, полезных и вредных. Мы не будем освещать все возможные технологии, хотя большинство обычных мы опишем.
Алюминиевые электролитические
Алюминиевые электролитические конденсаторы используют анодно-оксидированный слой на алюминиевом листе в качестве одной пластины-диэлектрика, и электролит из электрохимической ячейки в качестве другой пластины. Наличие электрохимической ячейки делает их полярными, то есть напряжение постоянного тока должно прикладываться в одном направлении, и анодированная пластина должна быть анодом, или плюсом.
На практике их пластины выполнены в виде сэндвича из алюминиевой фольги, завёрнутой в цилиндр и расположенной в алюминиевой банке. Рабочее напряжение зависит от глубины анодированного слоя.
У электролитических конденсаторов наибольшая среди распространённых ёмкость, от 0,1 до тысяч мкФ. Из-за плотной упаковки электрохимической ячейки у них наблюдается большая эквивалентная последовательная индуктивность (equivalent series inductance, ESI, или эффективная индуктивность), из-за чего их нельзя использовать на высоких частотах. Обычно они используются для сглаживания питания и развязывания, а также связывания на аудиочастотах.
Танталовые электролитические
Танталовый конденсатор поверхностного размещения
Танталовые электролитические конденсаторы изготавливаются в виде спечённого танталового анода с большой площадью поверхности, на которой выращивается толстый слой оксида, а затем в качестве катода размещается электролит из диоксида марганца. Комбинация большой площади поверхности и диэлектрических свойств оксида тантала приводит к высокой ёмкости в пересчёте на объём. В результате такие конденсаторы выходят гораздо меньше алюминиевых конденсаторов сравнимой ёмкости. Как и у последних, у танталовых конденсаторов есть полярность, поэтому постоянный ток должен идти в строго одном направлении.
Их доступная ёмкостью варьируется от 0,1 до нескольких сотен мкФ. У них гораздо меньше сопротивление утечки и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), в связи с чем они используются в тестировании, измерительных приборах и высококачественных аудиоустройствах – там, где эти свойства полезны.
В случае танталовых конденсаторов необходимо особенно следить за тем, чтобы они не вышли из строя — бывает, что в таком случае они загораются. Аморфный оксид тантала – хороший диэлектрик, а в кристаллической форме он становится хорошим проводником. Неправильное использование танталового конденсатора – например, подача слишком большого пускового тока может привести к переходу диэлектрика в другую форму, что увеличит проходящий через него ток. Правда, репутация, связанная с возгораниями, появилась у более ранних поколений танталовых конденсаторов, и улучшенные методы производства привели к созданию более надёжной продукции.
Полимерные плёнки
Целое семейство конденсаторов использует полимерные плёнки в качестве диэлектриков, а плёнка либо находится между витыми или перемежающимися слоями металлической фольги, либо имеет металлизированный слой на поверхности. Их рабочее напряжение может доходить до 1000 В, но высокими ёмкостями они не обладают – это обычно от 100 пФ до единиц мкФ. У каждого вида плёнки есть свои плюсы и минусы, но в целом всё семейство отличается более низкими ёмкостью и индуктивностью, чем у электролитических. Посему они используются в высокочастотных устройствах и для развязывания в электрически шумных системах, а также в системах общего назначения.
Полипропиленовые конденсаторы используются в схемах, требующих хорошей тепловой и частотной стабильности. Также они используются в системах питания, для подавления ЭМП, в системах, использующих переменные токи высокого напряжения.
Полиэстеровые конденсаторы, хотя и не обладают такими температурными и частотными характеристиками, получаются дешёвыми и выдерживают большие температуры при пайке для поверхностного монтажа. В связи с этим они используются в схемах, предназначенных для использования в некритичных приложениях.
Полиэтилен-нафталатовые конденсаторы. Не обладают стабильными температурными и частотными характеристиками, но могут выдерживать гораздо большие температуры и напряжения по сравнению с полиэстеровыми.
Полиэтилен-сульфидовые конденсаторы обладают температурными и частотными характеристиками полипропиленовых, и в дополнение выдерживают высокие температуры.
В старом оборудовании можно наткнуться на поликарбонатные и полистиреновые конденсаторы, но сейчас они уже не используются.
Керамика
История керамических конденсаторов довольно длинная – они использовались с первых десятилетий прошлого века и по сей день. Ранние конденсаторы представляли собою один слой керамики, металлизированной с обеих сторон. Более поздние бывают и многослойными, где пластины с металлизацией и керамика перемежаются. В зависимости от диэлектрика их ёмкости варьируются от 1 пФ до десятков мкФ, а напряжения достигают киловольт. Во всех отраслях электроники, где требуется малая ёмкость, можно встретить как однослойные керамические диски, так и многослойные пакетные конденсаторы поверхностного монтажа.
Проще всего классифицировать керамические конденсаторы по диэлектрикам, поскольку именно они придают конденсатором все свойства. Диэлектрики классифицируют по трёхбуквенным кодам, где зашифрована их рабочая температура и стабильность.
C0G лучшая стабильность в ёмкости по отношению к температуре, частоте и напряжению. Используются в высокочастотных схемах и других контурах высокого быстродействия.
X7R не обладают такими хорошими характеристиками по температуре и напряжению, посему используются в менее критичных случаях. Обычно это развязывание и различные универсальные приложения.
Y5V обладают гораздо большей ёмкостью, но характеристики температуры и напряжения у них ещё ниже. Также используются для развязывания и в различных универсальных приложениях.
Поскольку керамика часто обладает и пьезоэлектрическими свойствами, некоторые керамические конденсаторы демонстрируют и микрофонный эффект. Если вы работали с высокими напряжениями и частотами в аудиодиапазоне, например, в случае ламповых усилителей или электростатики, вы могли услышать, как «поют» конденсаторы. Если вы использовали пьезоэлектрический конденсатор для обеспечения частотной стабилизации, вы могли обнаружить, что его звук модулируется вибрацией его окружения.
Как мы уже упоминали, статья не ставит целью охватить все технологии конденсаторов. Взглянув в каталог электроники вы обнаружите, что некоторые технологии, имеющиеся в наличии, здесь не освещены. Некоторые предложения из каталогов уже устарели, или же имеют такую узкую нишу, что с ними чаще всего и не встретишься. Мы надеялись лишь развеять некоторые тайны по поводу популярных моделей конденсаторов, и помочь вам в выборе подходящих компонентов при разработке собственных устройств. Если мы разогрели ваш аппетит, вы можете изучить нашу статью по катушкам индуктивности.
Об обнаруженных вами неточностях и ошибках прошу писать через личные сообщения сайта. Спасибо.