Где у конденсатора?

Для чего нужен конденсатор?

У этого прибора есть множество применений. Мы не будем перечислять их все, отметим лишь некоторые. 1) Фильтрация пульсаций в цепях питания. Конденсаторы часто ставят на входе и выходе преобразователей напряжения, на входе питания микросхем. В этом случае конденсаторы служат своего рода амортизаторами, которые могут сгладить неровности напряжения, подобно амортизаторам автомобиля, сглаживающим неровности дороги. 2) Времязадающие электрические цепи. Конденсаторы разной ёмкости заряжаются и разряжаются за разное время. Эту особенность используют в устройствах, где необходимо отсчитывать определенные промежутки времени. Например, с помощью резистора и конденсатора задается период и скважность импульса в микросхеме таймера 555 (урок про таймер 555). 3) Датчики прикосновения. В роли одной из обкладок конденсатора может выступить человек. Эту особенность нашего тела используют в своей работе сенсорные кнопки, тачскрины и тачпады некоторых видов. 4) Хранение данных. Конденсаторы применяются для хранения данных в оперативной памяти — ОЗУ (SRAM). Каждый модуль такой памяти содержит миллиарды отдельных конденсаторов, которые могут быть заряжены или разряжены, что интерпретируется как единица или ноль. И это далеко не все варианты применения этого незаменимого прибора. Попробуем разобраться, как устройство конденсатора позволяет ему выполнять столько полезных функций!

Устройство простейшего конденсатора

Конденсатор состоит их двух металлических пластин — электродов, называемых также обкладками, между которыми находится тонкий слой диэлектрика.Собственно, все конденсаторы устроены именно таким (или почти таким) образом, разве что меняется материал обкладок и диэлектрика. Чтобы увеличить ёмкость конденсатора, не увеличивая его размеры, применяют разные хитрости. Например, если мы возьмем две обкладки в виде длинных полосок фольги, проложим между ними хотя бы тот же полиэтилен и свернем все это как рулет, то получится очень компактный прибор с большой ёмкостью. Именно так устроены плёночные конденсаторы. Если вместо полиэтилена взять бумагу и пропитать её электролитом, то на поверхности фольги образуется тонкий слой оксида, который не проводит ток. Такой конденсатор будет называться электролитическим.Существует много разных видов конденсаторов: бумажные, плёночные, оксидные алюминиевые и танталовые, вакуумные и т.п. В нашем уроке мы будем использовать оксидные электролитические конденсаторы из-за их большой ёмкости и доступности.

Ёмкость и напряжение конденсатора

Теперь обратим внимание на две важные характеристики конденсатора: ёмкость и номинальное напряжение. Ёмкость конденсатора характеризует способность конденсатора накапливать заряд. Это как ёмкость банки, в которой хранится, к примеру, вода. Кстати, не зря одним из первых электрических конденсаторов была так называемая Лейденская банка. Она представляла собой обыкновенную стеклянную посуду, снаружи обмотанную фольгой. В банку была налита токопроводящая жидкость — электролит. Фольга и электролит играли роль обкладок, а стекло банки служило тем самым диэлектрическим барьером. Ёмкость электрического конденсатора измеряют в фарадах. В схемах ёмкость обозначают латинской буквой C. Как правило, ёмкость классических конденсаторов варьируется от нескольких пикофарад (пФ) до нескольких тысяч микрофарад (мкФ). Ёмкость указывается на корпусе конденсатора. Если единицы не указаны — то это пикофарады. Микрофарады часто обозначают как uF — так как буква u внешне похожа на греческую букву мю, которую используют вместо приставки микро. Существует и особый вид конденсаторов, называемых ионисторами (англ. supercapacitor), которые имеют ёмкость в несколько фарад! Чем больше ёмкость конденсатора, тем больше энергии в нём может храниться и тем дольше он заряжается, при прочих равных условиях. Номинальное напряжение — второй важный параметр. Это такое напряжение, при котором конденсатор будет работать весь срок службы без критичного изменения своих параметров. Нельзя применять в 12-вольтовой цепи конденсатор на 6 вольт — он быстро выйдет из строя. Именно эти два параметра обычно наносят на поверхность корпуса конденсатора. На фотографии ниже изображён электролитический конденсатор ёмкостью 470 мкФ и номинальным напряжением 16 Вольт.А вот на керамических конденсаторах часто указывают только ёмкость. На картинке ниже конденсатор имеет маркировку 104. Что бы это значило?Последняя цифра в этом коде — количество нулей после двухзначного числа в начале. 104 = 10 0000 пФ = 100 нФ = 0,1 мкФ

Заряд и разряд конденсатора — RC-цепочка

Теперь разберёмся с процессами, происходящими внутри конденсатора во время заряда и разряда. Для этого рассмотрим самую простую электрическую цепь с конденсатором. С левой стороны схемы подключим источник питания. Сверху разместим ключ и резистор, а справа сам конденсатор. Участок цепи, на котором есть конденсатор и резистор называют RC-цепью.При замыкании ключа, в такой цепи образуется электрический ток, сила которого зависит от сопротивления резистора и внутреннего сопротивления самого конденсатора. Заряженные частицы устремятся к конденсатору, но не смогут преодолеть слой диэлектрика (по крайней мере все разом). Вследствие чего, с одной стороны конденсатора накопятся отрицательно заряженные частицы, а с другой стороны — положительно заряженные. Концентрация заряженных частиц на обкладках создаст мощное электрическое поле между ними.С течением времени, напряжение на конденсаторе растет, а сила тока падает. После завершения процесса заряда, ток в цепи упадет почти до нуля. Останется только очень маленький ток утечки, который образуется благодаря тому, что некоторым заряженным частицам всё же удается проскочить через слой диэлектрика. Напряжение, напротив, станет практически равным напряжению источника. Когда мы отключим конденсатор от источника питания, этот самый ток утечки постепенно разрядит конденсатор. Эта особенность электрических конденсаторов не даёт нам сделать из них контейнер для длительного хранения энергии. Хотя частично эту проблему решают ионисторы.

Резистор и время заряда конденсатора

Зачем в цепи нужен резистор? Что на мешает подключить его напрямую к источнику? Тому есть две причины. Резистор ограничивает ток, протекающий через конденсатор. Чем меньше заряженных частиц за единицу времени прибывает в конденсатор, тем больше времени для заряда ему потребуется. Конденсатор заряжается и разряжается по экспоненциальному закону. Зная это, мы можем легко рассчитать время заряда/разряда в зависимости от его ёмкости и от сопротивления резистора.По картинке можно понять, что за время T конденсатор заряжается на 63,2%. А вот за время 3T уже на 95%. Время T здесь равно произведению ёмкости конденсатора C на сопротивление R, последовательно соединенного резистора:Например, у нас есть конденсатор ёмкостью 100 мкФ, соединенный с резистором 1 кОм. Посчитаем за сколько секунд он зарядится хотя бы до 95%:Теперь умножаем это на 3 и получаем 3T = 0,3 секунды — за такое время конденсатор почти полностью будет заряжен. Таким образом, меняя ёмкость конденсатора и резистора мы можем управлять временем его заряда, что нам ещё пригодится в будущем. Вторая важная причина, по которой в цепи присутствует резистор — защита источника питания. Дело в том, что разряженные конденсаторы имеют очень низкое внутреннее сопротивление, которое составляет доли Ома. По сути, их можно рассматривать как обычные проводники. А что будет, если замкнуть выводы питания проводником? Будет короткое замыкание! Такой режим работы цепи является аварийным для источника питания, и его нужно всячески избегать.

Плавное выключение светодиода при помощи конденсатора

Проведем небольшой опыт. Для этого соберем на макетной плате цепь с кнопкой, конденсатором и светодиодом. В качестве источника питания используем контакты питания Ардуино Уно. Принципиальная схемаВнешний вид макетаПодключим Ардуино к питанию. Затем, нажмем кнопку и светодиод практически мгновенно загорится. Отпустим кнопку — светодиод медленно начнет гаснуть. Почему так происходит? Сразу после подключения нашей схемы к источнику питания, в ней начинают происходит интересные процессы. Как уже говорилось ранее, пока конденсатор пустой, ток через него максимален. Следовательно, конденсатор начинает стремительно набирать заряд. При этом светодиоду, который подключен параллельно, ничего не достается 🙁 Напряжение на нем близко к нулю. С течением времени конденсатор насыщается, благодаря чему ток начинает постепенно переходить в параллельную цепь — через светодиод. Напряжение на светодиоде начинает расти. Наступает момент, когда напряжение на светодиоде принимает критическое значение (для красного светодиода около 1,8 В), при котором он стремительно отбирает остатки тока у конденсатора и вспыхивает! Когда мы отпускаем кнопку, ситуация становится гораздо проще. Конденсатор становится источником питания для светодиода с резистором. Светодиод начинает медленно высасывать заряд из конденсатора, пока тот не разрядится. Тут мы и наблюдаем медленно угасание. Меняя сопротивление R1, мы можем влиять на скорость вспыхивания светодиода. Однако, следует учитывать, что увеличивая R1 мы будем снижать ток в цепи, тем самым уменьшая максимальный заряд конденсатора и яркость светодиода. Увеличивая C1, мы получим более длительное время работы светодиода после выключения источника. Это как поставить более ёмкую батарейку. Наконец, меняя R2 можно регулировать яркость светодиода, и соответственно, время его работы. Ведь чем меньше тока мы забираем из конденсатора, тем на большее время его хватит. Итак, мы познакомились с конденсатором — интересным и порой опасным жителем любой электронной платы. В следующих уроках уделим внимание резистору и индуктивности, а также более сложному их собрату — транзистору. Вконтакте Facebook Twitter Google+ 0

Формулы емкости основных типов конденсаторов

Емкость конденсатора зависит от формы, размеров, расположения обкладок и диэлектрической проницаемости диэлектрика (), который находится между обкладками.

Плоский конденсатор имеет обкладки в виде плоских проводящих пластин, разделенных слоем диэлектрика. Его емкость рассчитывают в соответствии с формулой:

где – электрическая постоянная; S – площадь каждой (или наименьшей) пластины; d – расстояние между пластинами.

Цилиндрический конденсатор представляется собой две соосных (коаксиальных) цилиндрические проводящие поверхности, разного радиуса, пространство между которыми заполняет диэлектрик. Электрическая емкость цилиндрического конденсатора вычисляют как:

где l – высота цилиндров; – радиус внешней обкладки; – радиус внутренней обкладки. По формуле (3) вычисляют емкость коаксиального кабеля.

Сферическим конденсатором называют конденсатор, обкладками которого являются две концентрические сферические проводящие поверхности, пространство между ними заполнено диэлектриком. Емкость такого конденсатора находят как:

где – радиусы обкладок конденсатора. В том случае, если , то можно считать, что , тогда, мы имеем:

так как – площадь поверхности сферы, и если обозначить , то получим формулу для емкости плоского конденсатора. При малой величине зазора между обкладками сферического и цилиндрического конденсаторов (в сравнении с их радиусами), можно перейти к расчету емкости при помощи выражения для плоского конденсатора.

Электрическую емкость для линии из двух проводов находят как:

где d – расстояние между осями проводов; R – радиус проводов; l – длина линии.

Еще одной важной характеристикой конденсатора является пробивное напряжение. Пробивное напряжение – это такая разность потенциалов между обкладками конденсатора, при которой происходит пробой диэлектрика. Эта величина зависит от толщины, свойств и формы диэлектрика, расположенного между обкладками конденсатора.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание Поверхностная плотность заряда на пластинах плоского конденсатора составляет , расстояние между пластинами равно d (м). Пространство между обкладками конденсатора заполнено диэлектриком с диэлектрической проницаемостью . Какова разность потенциалов между обкладками ?
Решение За основу решения задачи примем формулу электрической емкости:

q – величина заряда на обкладке; – разность потенциалов между обкладками.

Заряд на пластинах конденсатора распределен равномерно, следовательно, можно считать, что:

По условию задачи мы имеем дело с плоским конденсатором, значит:

Вместо емкости в выражение (1.1) подставим правую часть (1.3), вместо заряда правую часть (1.2), имеем:

Ответ

ПРИМЕР 2

Задание Какова электрическая емкость коаксиального кабеля, длина которого 10 м, радиус его центральной жилы м, радиус оболочки м. Диэлектриком служит резина ().
Решение Сделаем рисунок.

Рис. 1

Коаксиальный кабель изображен на рис.1. Его в соответствии с его структурой можно считать цилиндрическим конденсатором. Емкость цилиндрического конденсатора, с которым мы имеем дело в нашей задаче, определена выражением:

Следовательно, можно перейти к вычислениям:

Ответ Ф

Классификация устройств

Прежде, чем ответить на вопрос, для чего нужен конденсатор, следует разобраться, какие они бывают. Конденсаторы разделяются по следующим признакам:

  • Предназначение и выполняемые функции;
  • Рабочие условия;
  • Тип вещества, разделяющего обкладки.

Конденсаторы активно используются в цепях, где необходима их способность копить и хранить электрический заряд (требуется наличие емкостного устройства). Для этого внутри него установлены две обкладки с разными знаками заряда. Между ними расположено вещество, препятствующее их соприкосновению и разрядке. В большинстве случаев в качестве диэлектрика используется тантал или алюминий, но могут применяться и керамические материалы, слюда или полистирол.

Основным достоинством алюминиевых устройств является их более низкая, по сравнению с танталовыми, стоимость, а также более широкая сфера применения. Вместе с тем, танталовые аналоги более эффективны в использовании и обладают более высокими техническими характеристиками, поэтому при выборе следует учитывать не только фактор цены.

Виды конденсаторов

Дополнительная информация. Конденсаторы из тантала отличаются повышенной надежностью, у них широкий рабочий диапазон температур, что позволяет эксплуатировать их практически в любых условиях. Наиболее широкое применение они нашли в электронике и сопутствующих отраслях промышленности, поскольку обладают большой емкостью и компактными габаритами. К недостаткам устройств данного типа специалисты относят их более высокую цену и чувствительность к колебаниям тока и напряжения.

Силовые элементы применяются чаще всего в цепях с высоким напряжением. Специальная конструкция позволяет обеспечивать большую емкость, а значит, они могут использоваться для стабилизации обеспечения электричеством по линиям электропередач (компенсируют потери энергии). Кроме того, они активно используются для повышения мощности промышленных электроустановок. Диэлектрик в таком устройстве – это пропитанная изоляционным маслом металлизированная пропиленовая пленка.

Самыми широко используемыми являются керамические. Их емкость может варьироваться в значительных пределах – от 1 пикофарада до 0,1 микрофарада. Для предотвращения саморазряда применяется керамика, а в качестве преимущества специалисты отмечают доступную цену, широкие функциональные возможности, высокий уровень надежности и низкий –потерь.

Несмотря на свою дороговизну, на практике применяются серебряно-слюдяные конденсаторы. Они работают крайне стабильно, поддерживают высокую емкость, их корпус полностью герметичен. Но широкому распространению мешает высокая цена.

Применяются и бумажные или металлобумажные элементы. Их обкладка изготовлена из алюминиевой фольги, а в качестве диэлектрика используется бумага, пропитанная специальным составом.

Типы конденсаторов

Принцип функционирования

Основная причина, по которой описываемый элемент включается в электрическую схему, состоит в том, чтобы копить заряд в периоды повышенного напряжения и обеспечивать питание цепи в периоды низкого.

Принцип работы конденсатора заключается в следующем. Когда электрический прибор подключен к сети питания, конденсатор заряжается. На одной его пластине накапливаются электроны (частицы с отрицательным зарядом), а на другой – ионы, которые заряжены положительно. Соприкосновению их мешает диэлектрик. Такое устройство конденсатора позволяет накопить заряд. Ведь, как только прибор подключается к источнику тока, напряжение в цепи равно нулю. Затем, по мере наполнения зарядами, напряжение становится равным тому, которое подается от источника.

После того, как прибор отключается от розетки или батареи, происходит разряд конденсатора. Нагрузка в электрической цепи сохраняется, для этого прибору нужны напряжение и ток, который передает устройство. Необходимость питания прибора заставляет электроны в конденсаторе двигаться к ионам, образуется ток, который передается к другим элементам.

Устройство конденсатора

Возможное применение устройств

Конденсаторы служат решению самых разнообразных задач. В частности, они активно используются при хранении аналоговых и цифровых данных, часто устанавливаются в телемеханических устройствах для регулирования сигналов в соответствующем оборудовании, что сохраняет его от различных повреждений и проблем.

Широко распространено применение конденсаторов в источниках бесперебойного питания, что позволяет сглаживать напряжение при подключении к приборам различного оборудования (компьютеры, оргтехника и так далее).

Обратите внимание! По такому же принципу устроен источник бесперебойного питания. Во время подключения к электрической цепи он накапливает заряд, который потом можно использовать в течение короткого времени, что делает возможным выключение техники без каких-либо сбоев, а это особенно актуально в современных условиях, когда информация имеет крайне большое значение.

Описываемые элементы нашли свое применение в различных преобразователях напряжения. В частности, их можно использовать для увеличения напряжения в сети, величина которого будет превышать входное значение.

Важно! Эксплуатация конденсатора в качестве временного источника питания имеет некоторые ограничения. Это объясняется наличием у диэлектрика хоть небольшой, но проводимости. Поэтому устройство со временем постепенно разряжается, следовательно, при необходимости иметь стабильный источник тока лучше воспользоваться аккумуляторной батареей.

Применение конденсаторов

Наличие возможности накопить заряд, а потом быстро его направить в сеть позволяет сделать устройство незаменимым элементом при изготовлении лазеров, вспышек для фотоаппаратов и других подобных приборов.

Таким образом, без использования описываемого устройства практически невозможно представить современную электронную и электротехническую промышленность. Благодаря пониманию того, как работает конденсатор, его активно применяют при производстве различных устройств, как промышленного, так и бытового назначения. Он помогает обеспечить безопасность электрической цепи и увеличивает срок службы различных приборов.

>Видео

Технология изготовления керамических конденсаторов

В качестве исходных продуктов в производстве керамических конденсаторов применяются, как природные сырьевые материалы: глина, тальк, мрамор, так и продукты химической промышленности: двуокись титана, двуокись циркония, углекислый барии и другие.

Природное сырье необходимо очищать от посторонних включений и примесей (особенно железа). Их удаление производят магнитной сепарацией.

Для получения керамической массы нужного состава производят измельчение и смешивание входящих в нее компонентов на шаровой мельнице. Обычно проводят мокрый помол в присутствии воды и получают жидкую массу – шликер, которая затем обезвоживается на фильтр-прессе. С фильтр-пресса керамическая масса снимается в виде пластичных коржей с влажностью 20-25%, после чего сушится и дробится в сухой порошок.

Чаще всего применяют вибропомол на шаровых мельницах для ускорения размола массы и увеличения степени ее измельчения.

Существует также способ вихревого помола с использованием вихревых (струйных) мельниц, в которых с помощью сжатого воздуха или пара осуществляется столкновение двух потоков предварительно измельченной керамической массы. Таким методом получают более мелкую степень измельчения, что позволяет снизить толщину керамических диэлектриков.

Для изготовления заготовок в производстве керамических конденсаторов используют следующие методы:

— прессование из сухого порошка – применяется для изготовления дисковых конденсаторов. Заготовки прессуются на прессах в специальных пресс-формах. Перед прессованием порошок увлажняют и вводят в него органическую связку (парафин, поливиниловый спирт). Получаемая толщина диска порядка 0,2-0,3 мм.

— протяжка трубок – из пластичной массы изготовляют трубчатые конденсаторы. Влажная масса в виде коржей поступает на вакуум-мялку, где происходит уплотнение массы для удаления воздушных включений, затем масса идет на пресс для вытяжки трубок. В массу вводят пластификаторы для увеличения пластичности. Толщина стенок до 0,2-0,3 мм.

— литье из жидкой массы в гипсовые формы – применяется для изготовления конденсаторов высокого напряжения (например, горшкового типа). Стенки гипсовой формы отнимают воду из массы и она загустевает. После подсушки раскрывают форму и вынимают заготовку. Метод литья дает более высокие значения . Для получения более точных размеров заготовку обрабатывают на токарном станке.

— горячее литье – применяется для изготовления конденсаторов сложной формы, в частности для производства «секционных» (щелевидных) конденсаторов типа КЛГ или КЛС. Жидкая керамика с пластификатором при температуре и давлении 4-5 атм поступает в форму, где застывает при охлаждении. Затем удаляют пластификатор и спекают керамику (при ). Толщина стенок составляет 0,2-0,5 мм, толщина щелей в которых создаются обкладки 0,1-0,2 мм.

Диэлектрик представляет собой прямоугольную призму, узкие прямоугольны прорези в которой образуют ряд тонких керамических пластин, на поверхность которых нанесен тонкий слой металла.

Общая емкость конденсатора складывается из параллельно соединенных емкостей отделенных пластин. У конденсатора КЛГ прорези глухие, что затрудняет регулировку емкости. Более простая технология у конденсаторов КЛС со сквозными щелями, которые позволяют регулировать емкость. Недостаток – малый межэлектродный зазор, который приводит к уменьшению влагостойкости конденсатора.

Для конденсаторов КЛГ и КЛС пробой одной из пластин вызывает потерю работоспособности всего изделия. Для секционных керамических конденсаторов применяют «резервирование» пластин – то есть между двумя соседними пластинами оставляют свободную прорезь, не подключенную ни к одному из общих электродов. Таким образом общая емкость складывается из емкости параллельно соединенных пар пластин с последовательным соединением между собой. Пробой одной из пластин вызовет изменение емкости конденсатора без потери его работоспособности. Этот способ позволяет повысить надежность конденсатора в 10-20 раз.

— литье керамических пленок с последующей вырубкой из них дисков малого диаметра – применяется при изготовлении миниатюрных конденсаторов. Шликер тонким слоем выливается на движущуюся металлическую ленту, покрытую слоем лака для предотвращения прилипания керамики к металлу. Лента проходит через сушильное устройство. Из керамической пленки вырубают диски. Затем идет обжиг, то есть подъем температуры, выдержка при максимальной температуре и охлаждение. Обожженные заготовки керамических конденсаторов подвергаются серебрению методом вжигания для образования обкладок конденсатора, после чего к обкладке припаивают выводы. После этого наносится влагозащитный слой, проводится испытание конденсаторов и их маркировка.

Керамика, применяемая в конденсаторах разделяется на высокочастотную и низкочастотную.

Высокочастотная керамика характеризуется низкими диэлектрическими потерями, а емкость таких конденсаторов при изменении температуры изменяется почти по линейному закону.

Низкочастотная керамика обладает большей , вследствие чего эти конденсаторы имеют большую емкость при тех же габаритах, что и ВЧ конденсаторы. Но у них больше .

По температурным свойствам керамические конденсаторы делят на несколько групп. Конденсаторы, имеющие наименьший ТКЕ называются термостабильными (их применяют в колебательных контурах генераторов высокой стабильности). Конденсаторы, имеющие отрицательный ТКЕ называются термокомпенсирующими. Их следует применять в колебательных контурах, так как уменьшение их емкости при увеличении температуры приводит к увеличению собственной частоты контура. А нагрев других деталей контура способствует уменьшению его частоты. В результате этого, изменение собственной частоты контура при повышении температуры будет незначительным.

Низковольтные керамические конденсаторы (К10)

В настоящее время количество керамических конденсаторов, используемых в электронной аппаратуре, превышает половину всех применяемых конденсаторов.

Наиболее широко применяются дисковые (КД) и трубчатые (КТ) конденсаторы. Для большинства конденсаторов номинальное напряжение составляет 160-500 В постоянного тока. Керамические конденсаторы обладают большим набором значений (от 6 до десятка тысяч) и ТКЕ. Они бывают высокочастотные (тип 1) и низкочастотные (тип 2 и 3). У конденсаторов типа 1 нормируется ТКЕ, они имеют малые потери и малые значения индуктивности.

Повышенной надежностью обладают конденсаторы типа КТ-1Е, отличающиеся от традиционной конструкции трубчатых конденсаторов наличием глухого дна и, следовательно, одного наружного зазора. Конденсаторы КТ-1Е отличаются высокой влагостойкостью и имеют емкости от 1-15000 пФ.

Для применения в ВЧ цепях критичных к значениям собственной индуктивности, предназначены конденсаторы КДУ и К10У-2. Керамические дисковые ультракоротковолновые конденсаторы КДУ могут работать в цепях постоянного, переменного и пульсирующего токов УКВ аппаратуры. Имеют ленточные короткие выводы. Клиновидные конденсаторы К10У-2 являются безиндукционными, безвыводными и предназначены для печатного монтажа.

Максимальные значения номинальной и удельной емкости среди керамических конденсаторов типов 1 и 2 имеют монолитные конденсаторы – представляют собой пакет из чередующихся слоев металла и керамики. На сырые керамические пленки наносят металлосодержащую пасту, после чего пленки складывают в пакеты, спрессовывают, разрезают на заготовки и обжигают при температуре . Металл для электродов в основном платина и палладий – дефицитные и дорогостоящие, что приводит к увеличению стоимости конденсаторов.

В последнее время выпускаются конденсаторы с электродами из неблагородных металлов (К10-20), однако электрические параметры у них хуже. Для применения в микросхемах, микромодулях, гибридных интегральных схемах предназначены незащищенные безвыводные монолитные конденсаторы. Эти конденсаторы имеют серебреные или луженые контактные площадки, посредством которых конденсаторы подключаются в аппаратуру. Контактные площадки имеют небольшие размеры. При механических нагрузках может произойти полное или частичное отслоение контактов от конденсатора или от внутренних электродов монолита, что вызывает полную или частичную потерю емкости.

Резкое уменьшение толщины диэлектрика получено в конденсаторах с барьерным слоем, которые называются также конденсаторами из восстановленной керамики. Конденсатор этого типа представляет собой (К10У-5) диск из сегнетокерамического материала, который при обжиге в водородной среде восстанавливается до полупроводникового состояния. После восстановления диск окисляется путем прогрева в воздушной среде, причем на его поверхности образуется слой диэлектрика. На обе поверхности диска наносятся электроды, при этом общая емкость конденсатора образуется из последовательно соединенных емкостей тонких слоев, расположенных по обе стороны полупроводящего диска. Последовательно включенный полупроводниковый слой вызывает увеличение (до 0,035-0,1 при частоте 1 кГц), что ограничивает область применения конденсаторов низкими частотами. Такие конденсаторы имеют малое сопротивление изоляции и большой ток утечки. Значительное улучшение сопротивления изоляции можно получить в конденсаторах с пограничным слоем прессованных из крупинок полупроводящей керамики, причем на каждой из крупинок создается тонкий слой диэлектрика. В этом случае между металлическими обкладками, нанесенными на две стороны диска, располагается ряд тонких слоев, покрывающих отдельные крупинки. Это дает снижение тока утечки и увеличение сопротивления изоляции. Эффективное значение диэлектрической проницаемости снижется, но имеет все же высокие значения.

Высокой рабочей температурой обладают фольгово-керамические конденсаторы с уменьшенной толщиной изоляции. При их изготовлении используется шликер, полученный из обжигаемой керамики заданного состава с жидкой алюмофосфатной связкой. В жидкий шликер погружается гребенка из алюминиевой фольги, на зубцах которой откладывается тонкий слой керамической массы. Используют гребенки двух размеров с узкими и широкими зубцами, которые после нанесения покрытия складываются в стопки, зажимаются и спекаются. Отрезая зубцы, получают секции конденсаторов, которые герметизируются в керамических коробках, заливаемых с торца стеклом. Эта технология позволяет снизить толщину диэлектрика до 10-15 мкм. Конденсаторы такого типа являются высокочастотными.

Технология производства и конструкция

Производство чип-конденсаторов с танталовым диэлектриком достаточно сложное и многоэтапное. Порошок из тантала перемешивается со специальным связующим составом. Далее порошок прессуется вокруг танталового проводника. При нагревании до 150 0 С за несколько минут в вакууме связка исчезает.

Прессование и спекание танталового порошка производится при 1500-2000 0 С в специальной вакуумной установке. Губкообразная структура из пористого порошка с образованным диэлектрическим слоем из пятиокиси тантала Ta2O5 получается механически надежной и прочной. В большей степени это достигается за счет превышения напряжения в 3-4 раза в процессе изготовления по сравнению с рабочим. В зависимости от температуры и времени спекания устройств получаются изделия с различными по объему емкостями.

Далее с помощью окислительно-восстановительной реакции под нагревом формируется твёрдый электролитический слой. Диэлектрическая пленка покрывает всю поверхность анода. В качестве катодного электрода используется диоксид марганца MnO2. Слаги окунаются в раствор, а затем спекаются при t =250 0 С. Процесс повторяется неоднократно при разной концентрации раствора.

Затем формируются внешние выводы устройства. По завершении изделие опускается в графитовую смесь. Лучшее сцепление слагов обеспечивается подсушиваем в печи. Процесс повторяется с серебряной смесью для улучшения электрических соединений слоев. В готовом виде в корпусе содержится около 70 компоновочных элементов, объединенных в монолитную конструкцию.

Важно! По сравнению с обычными электростатическими конденсаторами, диэлектрическая проницаемость здесь значительно выше, так как толщина оксидного слоя намного тоньше. Этот фактор в сочетании с большей площадью анода обуславливает гораздо более высокие ценности: данные устройства способны хранить большую энергию, чем остальные электролитические конденсаторы. Объемнопористые танталовые изделия также отличаются от остальных тем, что токи утечки у них на порядки меньше, а долговечность – практически не ограничена.

Конструкция чип-конденсатора