Классификация конденсаторов по различным признакам

Существуют различные классификационные признаки деления конденсаторов на группы и классы, как и у резисторов. Наиболее устоявшимися являются:

- по назначению – общего и специального назначения;

- по характеру изменения емкости – постоянные, переменные и подстроечные;

- по конструкции – пакетные, рулонные, дисковые, трубчатые, монолитные секционированные;

- по способу монтажа – для навесного и печатного монтажа, для микромодулей и микросхем

- по характеру защиты от внешних воздействий – незащищенные, защищенные, неизолированные, изолированные, уплотненные и герметизированные;

- по виду диэлектрика – с органическим, неорганическим, газообразным и оксидным диэлектриком.

Конденсаторы общего назначения широко используются во всех видах аппаратуры. К этому классу относят низковольтные конденсаторы, подразделяемые на низкочастотные и высокочастотные, к которым не предъявляют особых требований.

К конденсаторам специального назначения относят высоковольтные, помехоподавляющие, проходные, разделительные, блокировочные, пусковые, импульсные, дозиметрические и др.

Постоянные конденсаторы изготавливаются на номинальные значения емкости в соответствии с определяемыми нормативными документами шестью рядами номинальных значений и допусками на отклонение от номинала. Значение емкости постоянных конденсаторов фиксировано, в процессе эксплуатации не регулируется и охватывает диапазон от единиц пФ до сотен тысяч мкФ.

Конденсаторы переменной емкости используются для первоначальной настройки колебательных контуров, электрических фильтров и т.п. Изменение значения емкости возможно в достаточно больших пределах от (3…5) до (1200…30000) пФ.

Подстоечные конденсаторы используются для незначительного изменения емкости при разовой и периодической регулировки аппаратуры в процессе ее эксплуатации. Диапазон регулирования емкости от 0,4 до 450 пФ.

Переменные и подстоечные конденсаторы изготавливаются с керамическим или воздушным диэлектриком, либо вакуумные. Изменение емкости таких конденсаторов может быть механическим за счет изменения площади перекрытия пластин при углах поворота (90…180) градусов.

В нелинейных конденсаторах на основе сегнетоэлектриков и сегнтокерамики регулирование емкости осуществляется подачей на обкладки внешнего напряжения. От его величины, точнее от напряженности поля в диэлектрике зависит значение диэлектрической проницаемости, а, следовательно, и емкость конденсатора. Такие конденсаторы называют варикондами. Их применяют для настройки колебательных

контуров. Изменяя емкость вариконда можно изменять резонансную частоту контура.

В термоконденсаторах, конструктивно являющиеся варикондами, изменение емкости осуществляется за счет изменения диэлектрической проницаемости, значение которой, а значит и емкость, зависят от температуры. Такие конденсаторы используются в кварцевых генераторах для стабилизации частоты.

В полупроводниковых конденсаторах используется p-n – переход при приложении запирающего (обратного) напряжения. От его величины зависит ширина перехода, т.е. расстояние между проводящим и полупроводящим электродами. Это эквивалентно изменению толщины диэлектрика плоского конденсатора. Меняя величину приложенного напряжения можно изменять или регулировать значение емкости. Такие конденсаторы называются варикапами.

Значение емкости подстроечных конденсаторов может изменяться в (2…5) раз от номинала.

Варианты конструкций конденсаторов

Конструктивные особенности конденсаторов определяются как типом диэлектрического материала, так и конкретным назначением и применением в различных видах аппаратуры и изделий.

Для конденсаторов постоянной емкости одним из первых конструктивных решений были рулонная и пакетная конструкции (рисунок 3.14, 3.15). Такие типы конструкции характерны для бумажных, металлобумажных, пленочных, слюдяных, стеклоэмалевых и некоторых других типов конденсаторов.

Рисунок 3.14 – Рулонная конструкция1 – лента из конденсаторной бумаги; 2 – металлическая фольга.

Рисунок 3.15 – Пакетная конструкция

1 – диэлектрический материал; 2 – металлические обкладки;

3 – контактные полоски из фольги; 4 – металлические обжимы;

5 – гибкие выводы.

В рулонных конструкциях в качестве диэлектрика используется лента из конденсаторной бумаги толщиной (5…6) мкм, либо пленка из органического диэлектрика (полистирол, фторопласт). Для электродов используют различные металлы (Al, Zn и др.) в виде фольги толщиной (10…20) мкм, либо пленки толщиной до 1 мкм, нанесенной на диэлектрик. Чередующиеся слои из металла и диэлектрика свертываются в круглый или прямоугольный рулон, который помещают в металлический корпус для обеспечения механической прочности конструкции. Значения емкости конденсаторов рулонной конструкции может достигать (10…30) мкФ.

Пакетная конструкция также представляет собой чередование металлических и диэлектрических слоев или пленок. Их собирают в пакет, который опрессовывается, покрывается влагозащитной эмалью или корпусируется специальными видами пластмасс.

Для конденсаторов на основе различных видов керамики наиболее характерны дисковая (рисунок 3.16), трубчатая (рисунок 3.17) и секционированная (рисунок 3.18) конструкции.

Рисунок 3.16 – Дисковая конструкция

1 – керамический диск;

2,3 – серебряные обкладки; 4 – гибкие выводы.

Дисковая конструкция представляет собой керамический диск, на обе стороны которого наносятся обкладки из серебра, вжигаемого в керамику. Величина емкости определяется площадью обкладок, значением диэлектрической проницаемости, которая может иметь значения до 90 и рассчитывается по формуле для плоского конденсатора.

Рисунок 3.17 – Трубчатая конструкция

1 – керамическая трубка; 2,3 – серебряные обкладки; 4 – выводы; 5 – изолирующий поясок;

Трубчатая конструкция представляет собой керамическую трубку с толщиной стенок порядка 0,25 мм. На внешнюю и внутреннюю поверхность наносятся серебряные электроды. Внутренний электрод выводят на внешнюю поверхность с целью присоединения гибких выводов с внешней поверхности. На трубку с электродами наносится защитное покрытие из диэлектрического материала.

Рисунок 3.18 – Секционированная конструкция

1 – керамическая заготовка;

2 – прорези для размещения металлических электродов

Секционированная конструкция изготавливается горячим литьем керамики в виде прямоугольной заготовки с прорезями навстречу друг другу с противоположных сторон заготовки. Толщина стенок между прорезями порядка 100 мкм, а ширина прорезей – порядка (130…150) мкм. Прорези заполняются серебряной пастой, после вжигания которой в керамику получают металлические электроды. Наиболее часто такие конденсаторы используют в качестве навесных компонентов гибридных интегральных схем. Вся конструкция покрывается защитной диэлектрической пленкой за исключением контактных поверхностей, присоединяемых к контактным площадкам ГИС пайкой.

Конденсаторы с оксидным диэлектриком являются полярными, т.е. имеют анод и катод. В качестве диэлектрика в них используется оксидный слой, с хорошими диэлектрическими свойствами, получаемый электрохимическим путем на аноде, т.е. на металлической обкладке из алюминия, тантала, ниобия. Толщина оксидного слоя очень мала, что увеличивает емкость конденсатора. Второй обкладкой конденсатора (катодом) является электролит, который пропитывает бумажную или тканевую прослойку в жидкостных алюминиевых и танталовых конденсаторах.

В танталовых объемно пористых конденсаторах используют жидкий или гелеобразный электролит. В оксидно-полупроводниковых конденсаторах второй обкладкой является полупроводник, в частности, двуокись марганца.

Особенностью конструкции оксидных (электролитических) конденсаторов является наличие корпуса (кожуха), материал которого должен быть устойчив к действию электролита. К металлическому корпусу присоединяется один из выводов конденсатора – катодный. Такие конденсаторы конструктивно герметизированы.

Конденсаторы с оксидным диэлектриком относятся к низковольтным. Преимуществом такого типа конденсаторов является возможность получения больших значений емкости (от единиц до сотен тысяч микрофарад) при малых габаритах. Они используются в фильтрах источников питания, цепях развязки, шунтирующих и переходных цепях полупроводниковых устройств на низких частотах.

По способу монтажа и характеру защиты от внешних воздействий конденсаторы не отличаются от рассмотренных ранее резисторов.