Kod	Znaczenie
3,3	3,3pF
33	33pF
151	150pF
471	470pF
102	1nF
152	1,5nF
472	4,7nF
103	10nF
153	15nF
223	22nF
473	47nF
104	100nF

Oznaczenia kondensatorów

ELEMENTY POJEMNOŚCIOWE

 

1.    Ogólna charakterystyka kondensatorów i ich rodzaje.

         Kondensatory są to elementy elektryczne, których podstawowym parametrem użytkowym jest pojemność C wyrażana w faradach (F). Kondensator stanowi układ co najmniej dwóch elektrod wykonanych z materiału przewodzącego (metalu) odizolowanych od siebie dielektrykiem. Pojemność kondensatora określają przenikalność elektryczna εoraz rozmiary (grubość i powierzchnia) materiału dielektrycznego wypełniającego przestrzeń między elektrodami przewodzącymi. Kondensator służy do gromadzenia ładunku elektrycznego (Q = CV), przy czym w wyniku doprowadzenia napięcia na jego elektrodach pojawiają się ładunki równe co do wartości bezwzględnej, lecz o przeciwnych znakach. Zmiany napięcia doprowadzonego do kondensatora wywołują zmiany ładunku kondensatora, w wyniku czego przez kondensator płynie prąd o natężeniu

Doprowadzenie napięcia o kształcie sinusoidalnym powoduje przepływ przez kondensator prądu o takim samym kształcie, lecz przesuniętego w fazie względem napięcia o pewien kąt ϕ ≤ π / 2. W kondensatorze idealnym, charakteryzującym się tylko pojemnością (rys. 1a), kąt fazowy jest równy π/2, czyli 90°. W rzeczywistym kondensatorze prąd wyprzedza w fazie napięcie o kąt mniejszy niż 90°. Jest to spowodowane stratami, które zmniejszają przesunięcie fazowe o kąt δ, nazywany kątem strat elektrycznychWielkość tego kąta zależy od właściwości dielektryka, a także konstrukcji i technologii wytwarzania kondensatora. Straty w modelu kondensatora rzeczywistego (rys. 1b) reprezentują dodatkowe elementy: R_u  - rezystancja określona głównie upływnością dielektryka, R_d i L_d - odpowiednio rezystancja i indukcyjność doprowadzeń, w tym także elektrod. W analizie układów elektronicznych zwykle korzysta się z prostszych modeli kondensatora, tj. modelu równoległego (rys. 1c) i modelu szeregowego (rys. 1d).

Rys. 1. Schematy zastępcze: kondensatora idealnego (a) i kondensatora rzeczywistego – schemat pełny (b), uproszczony równoległy (c) i uproszczony szeregowy (d)

         Kondensatory, podobnie jak rezystory, dzieli się na: stale i zmienne, typu l i typu 2, liniowe i nieliniowe. Z reguły ze względu na pewne specyficzne cechy, m.in. dużą gęstość ładunku uzyskiwaną dzięki specjalnej budowie, wyodrębnia się grupę kondensatorów elektrolitycznych.

 

2.    Parametry kondensatorów.

Podstawowymi parametrami kondensatora są pojemność znamionowa wraz z tolerancją oraz napięcie znamionowe i stratność dielektryczna (tangens kąta strat δ). Do ważniejszych parametrów kondensatora zalicza się napięcie probiercze, dopuszczalne napięcie przemienne, rezystancję izolacji, temperaturowy współczynnik pojemności.

Pojemność znamionowa C_n kondensatora jest to wartość pojemności założona przy wytwarzaniu kondensatora, która z uwzględnieniem tolerancji jest podawana jako jego cecha. W określonych warunkach różnica między pojemnością rzeczywistą a znamionową kondensatora, tj. odchyłka pojemności kondensatora, nie może być większa niż wartość wynikająca z tolerancji. Wartości pojemności znamionowej tworzą ciągi liczb, które (podobnie jak dla rezystorów) oznacza się symbolami E3, E6, E12, E24 itd.

Napięcie znamionowe U_n kondensatora jest to wartość napięcia stałego (dla niektórych kondensatorów wartość napięcia przemiennego o określonej częstotliwości, zwykle 50 Hz), które może być długotrwale doprowadzone do kondensatora nie powodując jego uszkodzenia ani jakiejkolwiek trwałej zmiany jego parametrów. Wartości napięcia znamionowego są znormalizowane, przykładowo biorąc, są to wartości 25 V, 63 V, 100 V, 160 V, 250 V itd. Przez określony czas (zwykle l minutę) kondensator powinien także bez żadnej szkody wytrzymać napięcie o większej wartości, nazywane napięciem probierczym U_p (w zależności od typu kondensatora U_p = 1,4 ÷ 2,5 U_n). Wartość obu tych napięć dla danego typu kondensatora zależy również od warunków pracy kondensatora, tj. rodzaju doprowadzonego napięcia (stałe, przemienne, impulsowe) oraz temperatury otoczenia, przy czym zmniejsza się ona ze wzrostem zarówno częstotliwości, jak i temperatury. Jeżeli do kondensatora jest doprowadzone napięcie zmienne, to w pierwszym przybliżeniu można przyjąć warunek, aby suma składowej stałej i składowej przemiennej nie przekraczała wartości napięcia znamionowego określonego dla przebiegu prądu stałego (zalecenia szczegółowe dla danego kondensatora są podawane w warunkach technicznych).

Stratność kondensatora, tj. jednostkowe straty energii wynikające z pracy kondensatora przy napięciu przemiennym, charakteryzuje tangens kata strat δ (czyli tgδ). Straty kondensatora są zazwyczaj większe niż samego dielektryka ze względu na występowanie strat w elektrodach i doprowadzeniach. Wartość strat zależy od częstotliwości i temperatury, przy czym przebieg tej zależności jest złożoną funkcją polaryzacji i konduktancji (przewodności) dielektryka kondensatora. W katalogach wartość tgδ podaje się dla ściśle określonej częstotliwości pomiarowej, zwykle l kHz lub l MHz (dla kondensatorów elektrolitycznych - 100 Hz).

Kondensator dla prądu stałego stanowi element charakteryzujący się pewną rezystancją R_i, nazywaną rezystancją izolacji, której wartość zależy przede wszystkim od rodzaju dielektryka, a często także od konstrukcji kondensatora. Dla kondensatorów stałych o niezbyt dużej pojemności (C_n < 0,1 µF), znaczący wpływ na rezystancję izolacji ma materiał obudowy (sposób izolacji). W kondensatorach o większej pojemności (C_n > 0,1 µF), ze względu na coraz silniej uwidaczniający się wpływ rozmiarów dielektryka, bardziej reprezentatywnym parametrem staje się iloczyn rezystancji izolacji i pojemności znamionowej, tj. R_i ⋅ C_n, określający tzw. stałą czasową τ kondensatora. W przypadku kondensatorów elektrolitycznych zwykle zamiast rezystancji izolacji podaje się prąd upływu I_u.

Właściwości kondensatorów zależą również od temperatury, dlatego istotne znaczenie ma określenie przedziału dopuszczalnych zmian temperatury, Czyli tzw. znamionowego zakresu temperatury pracy, w którym kondensator może pracować w sposób ciągły. Na szczególną uwagę zasługuje temperaturowy współczynnik pojemności TWP, wyrażający względną zmianę pojemności wywołaną jednostkowym przyrostem temperatury, równy ΔC/(C ⋅ ΔF), określany zwykle w jednostkach 10^-6/deg. Współczynnik ten może mieć wartość dodatnią, ujemną lub nawet równą zeru w zależności od typu kondensatora i rozpatrywanego zakresu temperatur.

 

3.    Budowa i właściwości kondensatorów stałych.

         Na rysunku 2 przedstawiono powszechnie stosowaną klasyfikację kondensatorów stałych dokonaną ze względu na rodzaj dielektryku. Jest ona bardzo dogodna, gdyż od właściwości dielektryku zależą tak istotne parametry kondensatora jak stratność, stabilność, temperatura pracy, rozmiary. Dalszej bardziej szczegółowej klasyfikacji kondensatorów stałych dokonuje się zwykle ze względu na przeznaczenie (wyróżnia się przy tym np. kondensatory prądu zmiennego, impulsowe, wielkiej częstotliwości, przeciwzakłóceniowe, wysokonapięciowe) oraz wykonanie (np. zwijkowe, płytkowe, rurkowe, monolityczne, hermetyczne) itp. Przykłady konstrukcji kondensatorów stałych podano na rys. 3.

Rys. 2. Klasyfikacja kondensatorów stałych ze względu na cechy materiałowo-konstrukcyjne.

Rys. 3. Przykłady konstrukcji kondensatorów stałych: a) zwijkowego, b) wielowarstwowego, c) płytkowego, d) rurkowego, e) SMD do montażu powierzchniowego

         Kondensatory tworzywowe są to kondensatory o dielektryku z tworzywa sztucznego, najczęściej polistyrenu, poliestru lub polipropylenu, rzadziej poliwęglanu lub teflonu. Elektrody kondensatora stanowi zwykle cienka folia aluminiowa (kondensatory foliowe) bądź cienka warstwa aluminium naniesiona próżniowo jedno- lub dwustronnie na folię dielektryczną (kondensatory metalizowane). Całość (dielektryk wraz z elektrodami) jest zwijana (kondensatory zwijkowe) lub układana w warstwy (kondensatory wielowarstwowe), a następnie zamykana w obudowie z tworzywa sztucznego w postaci taśmy klejącej lub kubka oraz uszczelniana żywicą. Kondensatory tworzywowe są obecnie wytwarzane w największych ilościach oraz w bardzo dużym asortymencie typów.

         Kondensatory polistyrenowe wyróżniają się dużą stabilnością, dużą rezystancją izolacji, małym tangensem kąta strat, małym (a przy tym stałym) ujemnym temperaturowym współczynnikiem pojemności oraz możliwością uzyskania wąskich tolerancji pojemności. W pewnym stopniu wadą tych kondensatorów jest dość niska górna dopuszczalna temperatura pracy (+70 °C). Kondensatory polistyrenowe są przeznaczone do pracy w urządzeniach profesjonalnych i powszechnego użytku.

         Kondensatory poliestrowe i polipropylenowe, w porównaniu z kondensatorami polistyrenowymi, są mniej stabilne i mają większą stratność, ale szerszy zakres temperatury pracy (-55 ¸ +85 °C) oraz zdolność do samoregeneracji, gdy są metalizowane. Kondensatory poliestrowe są przeznaczone do pracy przede wszystkim w obwodach prądu stałego (mogą pracować w obwodach prądu przemiennego, lecz przy napięciu znacznie niższym od napięcia znamionowego i malejącym ze wzrostem częstotliwości). Kondensatory polipropylenowe stosuje się w układach impulsowych (np. półprzewodnikowych układach odchylania odbiorników telewizyjnych) oraz układach prądu przemiennego (np. układach lamp wyładowczych i jednofazowych silnikach elektrycznych malej mocy). Kondensatory prądu przemiennego bardzo często wykonuje się z dielektrykiem uwarstwionym (podwójnym) złożonym z folii polipropylenowej i bibułki kondensatorowej (kondensatory polipropylenowo-papierowe).

Właściwości kondensatorów ceramicznych w istotny sposób zależą od rodzaju dielektryka. Zazwyczaj wyróżnia się dwie podstawowe grupy tych kondensatorów, różniące się zasadniczo właściwościami, a w wyniku tego i przeznaczeniem:   - kondensatory typu 1, charakteryzujące się małą stratnością oraz liniową zależnością pojemności w funkcji temperatury (przy normalizowanym temperaturowym współczynniku pojemności), zwykle przeznaczone do pracy w obwodach rezonansowych jako kondensatory kompensacyjne;   - kondensatory typu 2 (ferroelektryczne), charakteryzujące się dużą stratnością oraz silnie nieliniową zależnością pojemności od temperatury i napięcia, najczęściej stosowane jako kondensatory sprzęgające, blokujące itp.  

Niekiedy wyróżnia się jeszcze jedną grupę kondensatorów ceramicznych, tj. kondensatory typu 3, charakteryzujące się dużą pojemnością jednostkową, przy jednak znacznie gorszych pozostałych parametrach. Kondensatory ceramiczne są wykonywane jako płytkowe, rurkowe (w tym przepustowe), foliowe i monolityczne. Szczególnie korzystne cechy (dużą pojemność jednostkową, dużą niezawodność) mają kondensatory monolityczne. Są one wykonywane przez spieczenie sprasowanego pakietu wielu warstw bardzo cienkiej folii ceramicznej z naniesionymi na nich elektrodami metalowymi.

Kondensatory mikowe mimo wielu znakomitych właściwości, m.in. dużej stabilności, ściśle określonego temperaturowego współczynnika pojemności, są wycofywane z produkcji ze względów materiałowo-technologicznych. Coraz rzadziej są również stosowane kondensatory papierowe, wykorzystywane zwykle jeszcze jako elementy przeciwzakłóceniowe.

 

4.    Kondensatory elektrolityczne.

         Kondensatorem elektrolitycznym nazywa się kondensator, którego jedna z elektrod, tzw. anoda, jest wykonana z metalu (aluminium lub tantal) i pokryta cienką warstwą tlenku, drugą zaś elektrodę, tzw. katodę, stanowi elektrolit i stykające się z nim wyprowadzenie metalowe (rys. 4a). Cechą właściwą kondensatora o takiej konstrukcji jest ściśle określona biegunowość napięcia doprowadzonego do jego końcówek - w związku z tym nazywa się go kondensatorem elektrolitycznym biegunowym. Podanie napięcia o biegunowości odwrotnej niż wymagana wywołuje procesy elektrochemiczne, prowadzące do intensywnego wydzielania gazów oraz ciepła i w wyniku, na ogół w krótkim czasie, zniszczenie kondensatora. Kondensatory elektrolityczne biegunowe są przeznaczone do pracy w obwodach napięcia stałego lub pulsującego (wolno-zmiennego), przy czym amplituda napięcia przemiennego nie może przewyższać napięcia stałego, suma zaś tych napięć - napięcia znamionowego kondensatora. Kondensatory elektrolityczne niebiegunowe wytwarza się, składając je z dwóch elektrod „anodowych" (rys. 4b). Taki kondensator może pracować zarówno w obwodzie prądu stałego (przy dowolnej biegunowości napięcia stałego), jak i w obwodzie prądu przemiennego. Jednak przy pracy ciągłej w obwodzie prądu przemiennego amplituda napięcia przemiennego musi być znacznie (wielokrotnie) mniejsza niż napięcie znamionowe (stałe) kondensatora. Większe wartości napięć przemiennych (lecz nie przekraczające napięcia znamionowego) mogą być doprowadzane do kondensatora jedynie w sposób okresowo przerywany.

Rys. 4. Schemat budowy kondensatora elektrolitycznego i symbole: a) biegunowego; b) niebiegunowego;                                                                   l - anoda; 2 - tlenek; 3 - elektrolit; 4 - katoda

Na rysunku 5 przedstawiono schemat zastępczy (model) kondensatora elektrolitycznego. W modelu tym C jest pojemnością kondensatora, R_i - rezystancją warstwy izolatora (tlenku), R_de - rezystancją szeregową wyrażającą straty w elektrolicie i doprowadzeniach, L - indukcyjnością doprowadzeń i elektrod oraz D - diodą reprezentującą biegunowe właściwości kondensatora.

Rys. 5. Schemat zastępczy kondensatora elektrolitycznego.

Kondensatory elektrolityczne wyróżniają się (spośród wszystkich kondensatorów) największą pojemnością właściwą (µF/cm³). Podstawowymi parametrami tych kondensatorów są: pojemność znamionowa C_n, tolerancja pojemności w %, tangens kąta strat tgδ i napięcie znamionowe U_n. Nie mniej ważnymi parametrami są prąd upływu I_u i maksymalny dopuszczalny prąd tętnień I_t.

Kondensatory elektrolityczne dzieli się zwyczajowo na dwie grupy: aluminiowe i tantalowe. Obie grupy różnią się w sposób istotny konstrukcją oraz właściwościami i w związku z tym, również przeznaczeniem (zastosowaniem).

 

5.    Charakterystyka kondensatorów zmiennych.

          Kondensatorem zmiennym nazywa się kondensator, którego pojemność może być zmieniana w sposób ciągły w określonym zakresie. Na rysunku 6 przedstawiono schematycznie budowę kondensatora zmiennego (nastawnego), zwanego ze względu na swoją budowę kondensatorem obrotowym (pojemność tego kondensatora zmienia się bowiem w wyniku zmiany wzajemnego położenia elektrod w ruchu obrotowym). Ponieważ kondensatory nastawne są najpowszechniejszym rodzajem kondensatorów zmiennych, to zazwyczaj w praktyce obie nazwy są traktowane zamiennie.

Rys. 6. Kondensator nastawny obrotowy: a) schematyczna konstrukcja; b) charakterystyka pojemności w funkcji kąta obrotu rotora.

Najważniejszymi parametrami kondensatorów zmiennych są: zakres pojemności znamionowy (ΔC_n = C_max – C_min) i napięcie znamionowe U_n oraz tangens kąta strat (tgδ) i temperaturowy współczynnik pojemności (TWP).

Właściwości kondensatora zmiennego są ściśle uzależnione od jego konstrukcji i rodzaju materiału zastosowanego do budowy elementów. Dielektrykiem jest z reguły powietrze, choć może być nim ceramika, tworzywo sztuczne, inny niż powietrze rodzaj gazu, a nawet próżnia. Elektrody kondensatora nieruchoma (stator) i ruchoma (rotor) są zwykle wykonywane z blachy aluminiowej, a wykrój płytek rotora decyduje o kształcie charakterystyki pojemnościowej C(α) kondensatora (rys. 7). Kondensatory o liniowej zmianie pojemności zazwyczaj stosuje się w układach pomiarowych np. mostkowych. Pozostałe rodzaje kondensatorów zmiennych znajdują zastosowanie głównie , w radiotechnice (np. w strojonych obwodach rezonansowych), umożliwiając, dzięki określonego kształtu elektrodom, otrzymanie liniowych zależności długości fali lub częstotliwości obwodu drgającego od kąta obrotu.

Rys. 7. Typowe wykroje płytek (rotora) podstawowych rodzajów kondensatorów nastawnych (obrotowych) i odpowiadające im charakterystyki pojemnościowe.

Kondensatory zmienne są bardzo często wykonywane jako wielosekcyjne, ich pojemności są zmieniane równocześnie przez wspólny mechanizm nastawczy. Kondensator, który ma dwa statory (jeden naprzeciw drugiego) i jeden rotor, charakteryzujący się tym, że jedna pojemność przy obrocie rotora maleje, druga zaś - rośnie (przy czym pojemność wypadkowa nie ulega zmianie) nazywa się kondensatorem różnicowym.

Szczególne cechy (konstrukcję i właściwości) mają trymery do naręcznych zegarków elektronicznych. Podstawową ich cechą konstrukcyjną są jak najmniejsze rozmiary - warunek konieczny, aby kondensator zmieścił się w zegarku. Maksymalną miniaturyzację osiąga się stosując specjalne rozwiązania konstrukcyjne (np. rotor monolityczny, dużą dokładność wykonania i pasowa nią elementów) oraz dielektryki o dużej przenikalności elektrycznej (np. ε_r ≈ 1000). Najważniejszą właściwością elektryczną takiego kondensatora jest jak największa stabilność wartości pojemności - jakakolwiek bowiem zmiana tej pojemności (np. w funkcji temperatury lub innych narażeń zwłaszcza mechanicznych) zmniejsza dokładność pracy (wskazań) zegarka.

 

6.    Oznaczenia kondensatorów.

Wartość pojemności i dopuszczalnego napięcia pracy jest oznakowana na każdym kondensatorze bądź w postaci opisu cyfrowego bądź też za pomocą kodu paskowego. W pierwszym przypadku stosuje się nadruk liczbowy wraz z jednostkami, np. 10µ /16 V. Zwykle w oznaczeniu jednostki pomija się literę F. W drugim przypadku stosuję się kod paskowy naniesiony na kondensatorze - tablica 1. Kondensator może być oznaczony trzema, czterema lub pięcioma paskami.

Kondensatory ceramiczne mogą być także oznaczone w sposób przedstawiony poniżej oparty na przykładach.

wartość	oznaczenia
1 p	1
10 p	10
100 p	101
1000 p = 1 n	102
10000 p = 10 n	103
100000 p = 100 n	104

 

7.    Tablica kodów paskowych kondensatorów .

kolor	opis koloru	pasek 1	pasek 2	pasek 3 (opcjonalnie)	pasek 4 (opcjonalnie)	mnożnik
	czarny		0	0	0	x 1pF
	brązowy	1	1	1	1	x 10pF
	czerwony	2	2	2	2	x 100pF
	pomarańczowy	3	3	3	3	x 1nF
	żółty	4	4	4	4	x 10nF
	zielony	5	5	5	5	x 100nF
	niebieski	6	6	6	6	≠0,25%
	fiolet	7	7	7	7	≠0,1%
	szary	8	8	8	8
	biały	9	9	9	9