Kondenzátory
Kondenzátory
Používajú sa ako väzobné členy, v ladených obvodoch, vo vysokofrekvenčných i nízkofrekvečných filtroch ako aj k vyhladeniu usmerneného prúdu v zdrojoch, k odrušovaniu elektrických zariadení a pod.
Rozdelenie kondenzátorov podľa štruktúry
1. MIM kondenzátory ( kov-izolant-kov )
Kondenzátory so vzduchovým dielektrikom sú vyrobené zvyčajne z hliníkových elektród,medzi ktorými je vzduchová vrstva ako dielektrikum. Z konštrukčného hľadiska ide o jednoduché, alebo viacnásobné ladiace (otočné) kondenzátory s premennou kapacitou, prípadne o dolaďovacie, tzv. kapacitné trimre.
Kondenzátory so skleneným dielektrikom. Vyrábajú sa väčšinou ako trubičkové dolaďovacie kondenzátory (trimre) malých kapacít, najmä pre ladiace obvody veľmi krátkych vĺn.
Kondenzátory s papierovým dielektrikom sú vhodné pre všeobecné použitie v obvodoch s jednosmerným napätím alebo striedavým napätím nízkej frekvencie. Vyrábajú sa v hodnotáchrádu nanofaradov až desiatok mikrofaradov. Majú pomerne veľký stratový činiteľ a preto sa nehodia do vysokofrekvenčných obvodov. Do tejto skupiny patria i kondenzátory, ktorých dielektrikum tvorí metalizovaný papier (MP). Majú menšie rozmery, sú klimaticky odolné a majú schopnosť regenerácie.
Kondenzátory sľudové a keramické sú veľmi stabilné a vyznačujú sa malým stratovým činiteľom. Možno ich použiť do vysokofrekvenčných obvodov a tie najkvalitnejšie aj pre veľmivysoké frekvencie (malý rozmer, nízka presnosť a teplotná stabilita, vhodné len do nf aplikácii,jednotky μF, do30kV).
Kondenzátory s dielektrikom z plastických fólii sa vyrábajú ako zvitkové kondenzátory s dielektrikom z polyesteru, polystyrénu, polyetyléntereftalátu a pod. Sú veľmi presné a stabilné, takže sú vhodné i do vysokofrekvenčných obvodov.
2. MIE kondenzátory ( kov-izolant-elektrolyt )
- hliníkové s tekutým elektrolytom
- hliníkové i tantalové kondenzátory s tuhým elektrolytom (elektrolyt je nahradený polovodičovou vrstvou zvyčajne z oxidu manganičitého, ktorý pokrýva oxidovú vrstvu vlastného dielektrika na kladnej elektróde)
Tantalové kondenzátory majú v porovnaní s hliníkovými menšie rozmery, menšie straty pri vyšších frekvenciách, lepšiu teplotnú i časovú stabilitu kapacity, ale na druhej strane nižšiepracovné napätie a sú drahšie.
Elektrolytické kondenzátory predstavujú úplne odlišnú skupinu kondenzátorov od doposiaľ popisovaných typov. Sú polarizované (majú kladnú a zápornú elektródu), majú veľký stratový uhol a vyrábajú sa v hodnotách rádu mikrofaradov až faradov. Najčastejšie sa používajú pre bežné aplikácie hliníkové a pre náročnejšie aplikácie tantalové elektrolytické kondenzátory.
!!! Katódovú elektródu netvorí kovová fólia (polep), ale vodivý elektrolyt - funkciou elektrolytu je zabezpečenie kontaktu s dielektrikom zo strany katódy a regenerácia oxidovej vrstvy. Elektrolyt býva vo forme pasty, tekutiny alebo i suchý. Dielektrikum tvorí oxidová vrstva, ktorá sa vytvorí anodickou oxidáciou anódovej elektródy pôsobením elektrického prúdu., ak je elektróda obklopená vhodným elektrolytom. Oxidová vrstva je veľmi tenká a má veľmi vysokú relatívnu permitivitu. Anódová elektróda je z hliníkovej alebo tantalovej fólie. Jej povrch je pred oxidáciou leptaný zvláštnym spôsobom, ktorým sa dosahuje niekoľkonásobné zväčšenie povrchu.
Elektrolytické kondenzátory dosahujú aj pri malých rozmeroch veľké kapacity, rádovo stovky až tisícky mikrofaradov, možno ich použiť len v obvodoch s jednosmerný napätím, napr. v sieťových zdrojoch. Jednosmerné napätie však môže mať určitú striedavú zložku, ako zvlnenie usmerneného prúdu. Tieto kondenzátory musia byť správne pripojené vzhľadom na ich polarizáciu, inak hrozí nebezpečie deštrukcie kondenzátora.
Základné vlastnosti a parametre kondenzátorov
a) Menovitá kapacita podobne ako pri rezistoroch rady menovitých hodnôt E6, E12
- keramické s nízkym ε pF÷1nF
- keramické s vysokým ε 1nF÷100nF
- s plastickým dielektrikom 10pF÷10µF
- elektrolytické do mF
b) Prevádzkové napätie
- MIM 10÷1000V
- MIE 1÷100V
c) Závislosť hodnoty kapacity kondenzátora od frekvencie:
Náhradná schéma kondenzátora pre striedavé signály. L je indukčnosť prívodov a elektród, Rs je odpor prívodov a elektród, v elektrolytickom kondenzátore tiež odpor dielektrika a Rp zahŕňa straty v dielektriku a izolačný odpor. Prvky L, Rs a Cp sú zapojene sériovo a Rp je paralelne k Cp
d.Stratový činiteľ tgδ je mierou výkonových strát reálneho kondenzátora (odporom dielektrika a odporom prívodov, polárizáciou dielektrika, hysteréziou dielektrika, vyžarovaním), zodpovedá tangensu uhla medzi fázorom napätia ( prúdu ) reálneho a ideálneho kondenzátora.
tg δ=1/ωRpCp=RsCsω
tg δ:
- · keramické s nízkym ε < 10-3
- · keramické s vysokým ε ≈ 25×10-3
- · styroflexové < 10-3
- · ostatné s plastickou fóliou 10×10-3
- · elektrolytické 100×10-3
Súčasne tgδ=G/ωCx . Pre výpočet kvality Q platí Q=1/tgδ.
e) Teplotný koeficient kapacity ( TKC ) je definovaný podobne ako pre rezistory
TKC= 1/C0=∆C/∆T [ K-1 ]
- · keramické (+100÷-1500)×10-6
- · s plastickou fóliou (-50÷-300)×10-6