KONDENSATORY
Kondensatory są to elementy elektryczne, których podstawowym parametrem użytkowym jest pojemność C wyrażana w faradach [F]. Symbol kondensatora jest prezentacją podstawowej budowy tych elementów:
...
Kondensator stanowi układ co najmniej dwóch elektrod wykonanych z materiału przewodzącego odizolowanych od siebie dielektrykiem. Kondensator służy do gromadzenia ładunku elektrycznego. Obecnie produkowane kondensatory można podzielić na trzy grupy:
kondensatory elektrolityczne,
kondensatory ceramiczne,
kondensatory z tworzyw sztucznych (foliowe).
Kondensatory elektrolityczne.
Budowa
Kondensatory elektrolityczne aluminiowe mają elektrody wykonane ze zwiniętych taśm aluminiowych. Właściwie to tylko anoda jest wykonana z aluminiowej taśmy. Druga taśma jest tylko doprowadzeniem do właściwej elektrody jaką jest elektrolit. Elektrolitem tym jest nasączony papier, który poza funkcją przechowywania elektrolitu również rozdziela warstwy taśmy aluminiowej. Anoda jest pokryta warstwą tlenku glinu o grubości mniejszej od 1um. Właśnie ten tlenek jest dielektrykiem w kondensatorach elektrolitycznych. Warstwa tlenku powstaje w procesie elektrochemicznym, polegającym na podłączeniu do kondensatora w trakcie produkcji źródła napięcia stałego. Ponieważ w elektrolicie przepływ prądu polega na przemieszczaniu jonów, a jony ujemne zawierają tlen, więc w tym procesie zwanym formatowaniem, na powierzchni anody wytwarza się warstwa tlenku glinu. Powstająca stopniowo warstwa izolującego tlenku coraz bardziej zmniejsza wartość płynącego prądu, a po pewnym czasie prąd stabilizuje się na nieznacznej wartości i proces tworzenia tlenku ustaje. Grubość tak powstałej warstwy tlenku zależy od przyłożonego napięcia (napięcie formowania). Właśnie przez ten proces typowe kondensatory elektrolityczne muszą być polaryzowane napięciem stałym. Kondensatory elektrolityczne z ciekłym elektrolitem składowane przez dłuższy czas bez napięcia mają znaczny prąd upływu. który po niedługim czasie pozostawania pod napięciem zmniejsza się do pomijalnej wartości. Dzieje się tak dlatego, że podczas składowania cieniutka warstwa tlenku ulega drobnym uszkodzeniom, które po podaniu napięcia są samoczynnie reperowane przez jony ujemne dążące do anody. Dlatego w układach, gdzie wymagana jest niezawodność i pewność działania, kondensatory elektrolityczne muszą pozostawać stale pod napięciem.
Kondensatory elektrolityczne tantalowe mają anodę ze spiekanego proszku tantalowego, która ma strukturę porowatą, podobną do gąbki. Dzięki takiej strukturze uzyskuje się dużą powierzchnię w małej objętości. Metodami elektrochemicznymi wytwarza się na powierzchni izolacyjną warstewkę pięciotlenku tantalu, która ma bardzo dobre właściwości dielektryczne. Porowatą anodę wypełnia się elektrolitem - w popularnych "perełkach" (kondensator suchy) jest to dwutlenek manganu. Mniej popularne są kondensatory z elektrolitem żelowym (ciekłym), o znacznie lepszych parametrach. Pięciotlenek tantalu jest bardzo odporny na uszkodzenia, dlatego upływność kondensatorów tantalowych jest mniejsza niż aluminiowych, a prądy upływu praktycznie nie zmieniają się nawet po kilkuletnim okresie składowania bez napięcia. Najczęściej stosowane są kondensatory tantalowe typów: 196D (zwane popularnie łezkami - od ich kształtu) i 164D (cylindryczna obudowa z cylindrycznymi wyprowadzeniami).
Typowe wartości pojemności produkowanych kondensatorów
Kondensatory elektrolityczne aluminiowe - od 100nF do 1F
Kondensatory tantalowe - od 100nF do 1mF
Zastosowanie
Kondensatory elektrolityczne stosowane są w obwodach zasilania jako kondensatory filtrujące i gromadzące energię. Stosowane są też jako kondensatory sprzęgające i blokujące w urządzeniach m.cz., pracujących z częstotliwościami do mniej więcej 100kHz.
Kondensatory ceramiczne.
Kondensatory ceramiczne dzielą się na trzy rodzaje.
Typ 1
Ten typ kondensatorów ceramicznych produkowany jest z użyciem dielektryka o przenikalności względnej w granicach 10...600. Kondensatory te charakteryzują się małymi stratami i są produkowane ze ściśle określonym współczynnikiem temperaturowym w zakresie -1500...+150ppm/K. Umożliwia to łatwą kompensację temperaturową obwodów rezonansowych. Typ 1 kondensatorów ceramicznych to najlepsze z popularnych kondensatorów, ale produkowane są tylko w niewielkim zakresie pojemności.
Typ 2 (ferroelektryczne)
Kondensatory ferroelektryczne mają znaczną pojemność przy niewielkich rozmiarach. Niestety okupione jest to pogorszeniem parametrów kondensatora. Duża zależność pojemności od częstotliwości powoduje że kondensatory te nie nadają się do precyzyjnych obwodów rezonansowych. Doskonale sprawdzają się w obwodach odsprzęgania zasilania, sprzęgania poszczególnych stopni itp. Dodatkowo zachęcająca jest ich niska cena.
Typ 3 (półprzewodnikowe)
Kondensatory ceramiczna tzw. półprzewodnikowe są właściwościami podobne do ferroelektrycznych, tyle że mają jeszcze mniejsze gabaryty. Zmniejszenie gabarytów uzyskana dzięki specjalnej budowie opartej na porowatym spieku, podobnym do tego w kondensatorach elektrolitycznych tantalowych.
Oznaczenia kodowe
...
Tolerancja pojemności
...
Napięcie znamionowe
...
Typowe wartości pojemności produkowanych kondensatorów
Kondensatory ceramiczne typ 1 - od 0,1pF do 10nF
Kondensatory ceramiczne typ 2 - od 100pF do 1uF
Kondensatory ceramiczne typ 3 - od 100pF do 10uF
Zastosowanie
Kondensatory ceramiczne stosuje się powszechnie w obwodach wielkiej częstotliwości, zarówno jako elementy obwodów rezonansowych, jak i do sprzęgania, blokowania oraz filtrowania.
Kondensatory z tworzyw sztucznych (foliowe).
Budowa
Klasyczne kondensatory foliowe to dwie wstęgi folii aluminiowej przedzielone dielektrykiem - folią z tworzywa sztucznego. Większość spotykanych na rynku kondensatorów foliowych ma jednak inną budowę - są to tak zwane kondensatory metalizowane. Okładziny stanowi cieniutka warstwa metalu (aluminium) naniesiona próżniowo na jedną lub obie strony folii z tworzywa. Kondensatory metalizowane można łatwo odróżnić, ponieważ mają w oznaczeniu literkę M - np. krajowe MKSE, KMP, KFMP, MKSP, czy zagraniczne MKT, MKP, MKC. Jako dielektryk stosuje się folię wykonaną z różnych materiałów i od tego materiału zależą właściwości produkowanych kondensatorów.
Polistyrenowe (styrofleksowe)
Kondensatory polistyrenowe w kraju mają oznaczenie KSF, w Europie - KS. Są one najbardziej stabilne spośród popularnych kondensatorów foliowych. Pojemność styrofleksów praktycznie nie zależy od częstotliwości, co wśród kondensatorów foliowych jest wyjątkiem. Pojemność niewiele zmienia się z czasem. Kondensatory te mają niewielki ujemny współczynnik temperaturowy około -130ppm/K i niewielką zależność od wilgotności otaczającego powietrza. Straty dielektryczne są małe. W związku z dobrymi parametrami, tylko te kondensatory są wykonywane z wąską tolerancją, nawet 0,5%. Ujemny współczynnik temperaturowy kondensatorów kompensuje zmiany temperaturowe ferrytowych cewek, więc stosuje się je np. w telekomunikacyjnych filtrach LC.
Poliestrowe
Kondensatory poliestrowe - krajowe oznaczenie MKSE, europejskie - MKT, stosowane są powszechnie w sprzecie elektronicznym w zakresie małych i średnich częstotliwości. Pojemność kondensatorów poliestrowych zależy od częstotliwości i temperatury.
Poliwęglanowe
Kondensatory poliwęglanowe oznaczane (Europa) MKC mają pięciokrotnie mniejszą niż w przypadku MKT zależność pojemności od częstotliwości oraz mała zależność pojemności od temperatury (1% w zakresie -20...70'C).
Polipropylenowe
Kondensatory polipropylenowe; krajowe oznaczenia KMP, KFMP, europejskie MKP. Przeznaczone są głównie do pracy w obwodach impulsowych, gdzie występują napięcia i prądy o znacznej stromości. Takie właśnie kondensatory stosuje się w obwodach odchylania odbiorników telewizyjnych i sieciowych zasilaczach impulsowych.
Typowe wartości pojemności produkowanych kondensatorów
Kondensatory styrofleksowe - od 10pF do 100nF
Kondensatory poliestrowe - od 100pF do 100uF
Kondensatory polipropylenowe - od 1nF do 10uF
Zastosowanie
Kondensatory foliowe znajdują zastosowanie przy średnich częstotliwościach (1Hz-10MHz). Stosowane są też powszechnie w obwodach RC generatorów i filtrów. Niektóre typy kondensatorów foliowych przeznaczone są do pracy w obwodach impulsowych.