Основные типы диэлектриков, применяемых в производстве конденсаторов

Металлобумажные конденсаторы нельзя использовать в  тех случаях, когда происходят частые перенапряжения, так как при этом могут снизиться емкость и сопротивление изоляции и возрасти тангенс угла потерь. Если два конденсатора соединены параллельно, то обычно к каждому из них последовательно подключается сопротивление 1 КОм для подавления перенапряжения, которое могло бы возникнуть при пробое одного из конденсаторов и повредить второй.

Коэффициент мощности металлобумажных конденсаторов при 25° С и частоте 1 КГц находится в пределах от 0,005 до 0,015.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Слюдяные конденсаторы 

Слюдяные конденсаторы изготовляют, набирая их в виде стопки из очень тонких пластинок слюды, переложенных слоями фольги, или нанося слой серебра непосредственно на поверхность слюдяных пластинок для уменьшения колебания емкости от термического расширения за счет удаления воздуха из зазоров между диэлектриком и обкладками. Стопку затем сжимают, присоединяют выводы и конденсатор опрессовывают пластмассой или покрывают слоем компаунда для защиты от механических повреждений и воздействия окружающей среды.

Конденсаторы  имеют следующие характеристики:

1) цена более высокая, чем у бумажных конденсаторов;

2) коэффициент  мощности при 25° С и 1 КГц равен 0,001, при 1 МГц уменьшается до 0,0002;

3)  добротность Q высокая, обычно порядка 2500 при емкости от 100 до 1000 пФ при 1 МГц; при более высоких и более низких значениях емкости уменьшается;                                                

4)  удельная емкость низкая по сравнению с бумажными конденсаторами;

5)  рабочее   напряжение  постоянного  тока:   возможно получение высоких номинальных  напряжений;

6)  отклонение  емкости от номинала  (первоначальное) небольшое, до ±0,25%.

Важнейшими характеристиками слюдяных конденсаторов являются малый угол потерь (в широком диапазоне частот),   высокое  рабочее  напряжение,   малое  изменение емкости  с температурой  и   при  старении.   Стабильность конденсаторов из  серебрёной  слюды  выше стабильности конденсаторов фольгового типа, которые после 10 лет работы при комнатных условиях давали изменение емкости ±3% (даже в случае образцов хорошего качества). Прецизионные слюдяные конденсаторы, используемые в качестве вторичных образцов емкости, были изготовлены с допуском менее 0,01% при значениях емкости более 1 мкФ. Их герметизируют для защиты от влияния окружающей среды на стабильность емкости. Конденсаторы этого типа имеют высокое постоянство емкости во времени: после 10 000 ч испытания при комнатной температуре емкость конденсаторов с номиналом 10 000 пФ осталась неизменной с точностью ±0,2 пФ. Температурный коэффициент мал, и величина его зависит: от метода стяжки стопки пластин и типа обжимок; от месторождения и качества обработки слюдам от типа конструкции конденсатора (фольговый тип или из серебрёной слюды).

Слюдяные  серебрёные  конденсаторы  имеют лучшую температурную  стабильность, чем конденсаторы с  обкладками из фольги, поэтому группы повышенного качества обычно изготовляются из серебрёной слюды. Оба типа показывают небольшое необратимое изменение емкости после температурных циклов, но это явление сильнее выражено у конденсаторов с фольговыми обкладками. У большинства типов слюдяных конденсаторов зависимость изменения емкости от температуры несколько отклоняется от линейной.  Средние значения температурных коэффициентов для различных образцов одной и той же партии колеблются в относительно широких пределах.  Хорошие температурные коэффициенты  при стабильности емкости ±0,05% могут быть получены у конденсаторов, которые для герметизации окунают компаунд и применяют теперь в транзисторной технике. Сопротивление изоляции слюдяных конденсаторов, так же как и других типов, уменьшается с повышением температуры. В настоящее время слюдяные конденсаторы изготовляются для  работы при номинальном   напряжении   и   температуре   окружающей среды 125 и 150 °С.

Конденсаторы  из серебрёной слюды допускают меньшую нагрузку током, чем конденсаторы из фольги, поэтому они менее пригодны для работы при больших токах. Это ограничивает их применение при радиочастотах и в импульсных схемах.  Испытание конденсаторов показало, что при хранении в условиях относительной влажности 40—50% и температуры 25±2° или 50 ± 2° С в течение 18 месяцев их характеристики изменяются незначительно. Однако после хранения в течение 6   месяцев   при   50 ± 2° С   и   относительной   влажности 90—95% некоторые конденсаторы пришли в полную негодность. При проверке электрической прочности и сопротивления изоляции через все образцы протекал чрезмерно большой ток, что практически соответствовало короткому замыканию обкладок.

Слюдяные конденсаторы выпускают для ряда технических  применений: блокировочные, шунтирующие, высокочастотные,   буферные,   конденсаторы   связи,   фильтровые (высокочастотные) и для фиксированной настройки (высокое напряжение, большой ток). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

«Пуговичные»  слюдяные конденсаторы 

Специальный тип  слюдяных  конденсаторов,  называемый «пуговичным», имеет характеристики, подобные характеристикам опрессованных типов конденсаторов, описанных выше. Выпускаются два типа таких конденсаторов: негерметизированный для работы при температуре до 85° С с относительно низким сопротивлением изоляции в условиях повышенной влажности и герметизированный для работы при температурах до 125° С с высоким сопротивлением изоляции при всех   климатических   условиях.   Эти   конденсаторы  пригодны для работы при частотах до 500 КГц в цепях шунтирования, емкостной связи и настройки. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Керамические  конденсаторы 

Керамические  конденсаторы изготовляются из трех основных классов керамики: 1) с низкой диэлектрической проницаемостью и  малыми потерями; 2) со средней величиной диэлектрической проницаемости и повышенной температурной стабильностью; 3) с высокой диэлектрической проницаемостью.

Конденсаторы  первого класса обычно  изготовляют  из стеатита или других подобных материалов. Диэлектрическая проницаемость стеатита примерно равна 8,0; другие материалы этого типа могут иметь ε = 6÷15. Эти диэлектрики обладают превосходными характеристиками при стогах свыше 50 КГц. Коэффициент мощности относительно мал (0,001) и приближается к уровню потерь слюды. Температурный коэффициент ε лежит   в   пределах +80 и +120*10^-6 град^-1. Температурный коэффициент емкости конденсаторов отдельных партий различается меньше, чем у конденсаторов с любыми другими диэлектриками, исключая стекло и вакуум. Конденсаторы работают при сравнительно высоких напряжениях, порядка 500 В (в зависимости от размеров), в интервале температур от   -55 примерно до +150 °С.

Ко второму  классу относятся керамические конденсаторы, изготовленные из керамики со средней диэлектрической проницаемостью ε = 6 ÷ 110. В основном это термокомпенсирующие  конденсаторы.   Температурный  коэффициент емкости этих конденсаторов изменяется в пределах от + 100 до  -800 * 10^-6 град^-1 в зависимости от содержания двуокиси титана в составе керамики. Соответственно изменяется и величина ε. Коэффициент мощности мал и при частоте 1 МГц находится в пределах от 0,04 до 0,4%.  Разброс значений   температурного коэффициента емкости (ТКЕ) от указанных номиналов приводит к необходимости оговорить допускаемое его отклонение: ΔТКЕ. Кривая температурного изменения емкости нелинейная, поэтому номинальное значение ТКЕ по изображается наклоном отрезка кривой ΔС, определяемой интервалом температур от 25 до 85° С. Кривая ТКЕ = f (t) не является прямой, проходящей через значение t = 25° С. Допуски указываются как   плюсовые,   так и минусовые для того, чтобы можно было вычислить максимальное и минимальное отклонения ТКЕ от номинала.  Необходимо еще раз подчеркнуть, что все цифры лишь приблизительные и действительны только между 25 и 85° С.  При использовании этих конденсаторов для термокомпенсации  надо выбирать  их расположение в аппаратуре с таким расчетом, чтобы кривая зависимости температуры конденсатора от времени прогрева была такой же, как у той части схемы, для которой осуществляется термокомпенсация.

Термокомпенсирующие керамические конденсаторы используют для следующих целей: для емкостной связи, для фиксированной настройки (при высоких частотах), для температурной компенсации, в качестве шунтирующих.

Конденсаторы  третьего класса из керамики с высокой  диэлектрической проницаемостью имеют  большую удельную емкость. Однако их емкость и коэффициент емкости резко изменяются с температурой; для обеих характеристик это изменение происходит нелинейно и неполностью обратимо.   Например,   у   конденсатора   с  диэлектриком, имеющим ε = 1200, наблюдается резко выраженный максимум  емкости   при  температуре   110° С  (точка   Кюри). Коэффициент мощности проходит через минимум в области гемператур 20—40° С. У всех керамических конденсаторов с высокой ε наблюдаются подобные максимумы и минимумы при различных температурах. Во всех случаях чем выше диэлектрическая   проницаемость диэлектрика,   тем более резко зависит емкость конденсатора от температуры. Помимо   изменений   с температурой,   емкость   уменьшается также при воздействии постоянного напряжения, особенно при прохождении через температурный максимум.  Если при температуре 25 С емкость уменьшается на 10—20%, то в точке Кюри  она может снизиться на 50%. Рабочее напряжение ниже, чем для конденсаторов из керамики с низкой диэлектрической проницаемостью. Для конденсаторов данного типа  свойственно явление гистерезиса, поэтому они пригодны для работы при низком переменном напряжении. В результате ров данного класса уменьшается, снижение емкости может достигать 25% за первые 1000 ч старения Эффект старения обычно имеет асимптотический характер и ослабевает со временем. Свойства конденсаторов из керамики с высокой диэлектрической проницаемостью настолько резко изменяются под воздействием температуры, напряжение, частоты и при испытании на старение, что трудно указать средние значения параметров.  применяются

для следующих  целей: в качестве шунтирующих (на радиочастоте); для емкостной связи (в промежуточных контурах, когда нужна большая емкость); в качестве фильтровых. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Стеклянные  конденсаторы 

Конденсаторы с диэлектриком из стекла были разработаны для замены слюдяных конденсаторов. Секции стеклянных конденсаторов набирают из чередующихся слоев стеклянной ленты в виде тонкой пленки толщиной 12,7—25 мк и алюминиевой фольги и спекают в монолитный блок. Стекло может быть получено очень однородным. Так как ε стекла выше, чем у слюды, то объем стеклопленочных конденсаторов меньше объема слюдяных той же емкости. Сопротивление изоляции при 25°С обычно порядка 150000 МОм. Стеклянные конденсаторы имеют  положительный  температурный   коэффициент,  порядка 140 10^-6 град^-1. Они весьма стабильны, их емкость и добротность совершенно постоянны. При 1 МГц и 25° С добротность конденсаторов с емкостью от 10 до 1000 пФ обычно   не   менее  2000.

Поскольку корпус конденсатора изготовляется из того же материала, что и диэлектрик между обкладками, легко получить высокое значение добротности при малых емкостях; малая индуктивность выводов, непосредственно присоединенных к обкладкам, дает высокое значение Q и при больших емкостях.

Конденсаторы  рассчитаны на работу при температуре  окружающей среды до 85 и 125° С (при  соответствующем снижении номинального напряжения). Стеклянные конденсаторы используют для   следующих   целей:   для   блокировки,   на стройки, для емкостной связи и в качестве шунтирующих. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Стеклоэмалевые  конденсаторы 

Стеклоэмалевые  конденсаторы изготовляют методом пыления или прессования слоев стеклоэмали и серебря пасты до получения нужного числа слоев диэлектрика обкладок. Затем заготовку спекают для того, чтобы образовалась монолитная остеклованная структура.

Стеклоэмалевые  конденсаторы имеют следующие характеристики:                                                                  

1)  превосходные  высокочастотные характеристики (коэффициент  мощности снижается с частотой при ее изменении от 1 КГц до 1 МГц, после чего увеличивается с ростом частоты вплоть до 100 МГц);

2)  в диапазоне  температур от -55 до +200° С общее  изменение емкости составляет 5%;

3) температурный   коэффициент  емкости  равен   115±25*10^-6 град^-1;

4) способность   работать  при соответствующем  снижении напряжения при температуре 200° С;                         I

5) стабильность  емкости во времени высока, необратимое изменение емкости менее 0,08%;

6) очень высокое R_is при 25° С, выше 10⁶ МОм;

7)  хорошая  добротность; при 25° С и 1 МГц добротность Q = 1800 ÷ 3000;

8)  тангенс  угла диэлектрических потерь  при 25° С приблизительно равен 0,001; при 200° С достигает величины порядка 0,01;

9)  постоянная  времени при 100° С выше 10 МОм*мкФ. Как и в случае стеклянных конденсаторов, корпус изготовляют из того же материала, который используется в качестве диэлектрика между обкладками; это устраняет опасность появления короны у краев обкладок при высоком напряжении.

Стеклоэмалевые конденсаторы применяют в тех же цепях, что и стеклянные конденсаторы.