Основные типы диэлектриков, применяемых в производстве конденсаторов

Содержание

Содержание. 2

Общие сведения о конденсаторах. 3

Ёмкость. 3

Характеристики диэлектриков. 5

Диэлектрическая проницаемость. 6

Потери в диэлектриках. 8

Ток утечки и постоянная времени конденсаторов. 10

Сопротивление диэлектриков по постоянному току. 11

Электрическая прочность. 12

Влияние частоты на диэлектрики и готовые конденсаторы 13

Типы конденсаторов постоянной емкости. 13

Бумажные пропитанные конденсаторы 13

Металлобумажные конденсаторы 16

Слюдяные конденсаторы 17

«Пуговичные» слюдяные конденсаторы 20

Керамические конденсаторы 20

Стеклянные конденсаторы 22

Стеклоэмалевые конденсаторы 23

Пленочные конденсаторы 24

Электролитические конденсаторы 26

Список использованной литературы 29

Общие сведения о конденсаторах

Ёмкость

Емкость создается между любыми двумя соседними про­водниками. Конденсатор состоит из двух металлических пластин, разделенных диэлектриком, таким, как воздух, газ, бумага, керамика или оксидный слой. Когда между двумя металлическими пластинами прикладывается напряжение, конденсатор заряжается. Величина заряда будет зависеть от напряжения. Емкость конденсатора равна от­ношению приобретенного заряда к приложенному напря­жению:

где С — емкость, Ф;

Q — заряд, Кл (или А*сек);

U — напряжение, В.

Единица емкости - фарада (Ф). Конденсатор имеет емкость, равную 1 Ф, если при напряжении 1 В он приобре­тает заряд, равный 1 Кл. Эта единица слишком велика для практического применения, поэтому обычно используют микрофараду (1 мкФ = 10-6 Ф) и пикофараду (1 пФ = 10-12 Ф).

Энергия заряда запасается в виде электростатической

энергии в диэлектрике и равна . Если энергия погло­щается равномерно за время τ, то требуемая мощность

где Ρ — средняя мощность, Вт; τ — время, сек.

При переменном напряжении выражение для реактив­ной мощности приобретает вид:

где f — частота, Гц; U — напряжение, эффективное значение, В.

В случае, когда к конденсатору приложено постоянное напряжение, в диэлектрике связанные электрические за­ряды поляризуются или смещаются из своего нормального положения равновесия. Поэтому на зарядку конденсатора затрачивается определенная работа; Эта работа выражается в джоулях (или Вт ·сек). Она равна запасенной потенци­альной энергии:

, или , или ,

где I – энергия, Дж или Вт*сек;

Q – заряд, Кл или А*сек;

U – напряжение, В;

С- ёмкость, Ф.

Основная формула емкости двух плоских пластин, разделенных диэлектриком,

, или

где С- емкость, пФ;

ε- диэлектрическая проницаемость;

A – площадь одной пластины, см2

d – расстояние между пластинами, см.

Если число, пластин больше одной, то числители первой и второй формул умножаются на (N — 1), где N — число пластин.

Вследствие краевого эффекта точ­ность этой формулы не вполне удовлет­ворительна. Фактическая емкость не­сколько выше расчетной, поэтому раз­меры пластин необходимо скорректиро­вать: в случае прямых краев к сторонам пластины добавляется по 0,44 d, а в слу­чае закругленных краев — по 0,11 d.

Конденсатор может быть представлен в виде эквивалентной схемы (рис. 1), где С — емкость конденсатора; Rs —со­противление выводов, пластин и кон­тактов; Rp — сопротивление, обуслов­ленное диэлектриком и материалом кор­пуса; L — индуктивность выводов и пластин конденсатора.

Рис. 1

Необходимо заметить, что емкость никогда не остается неизменной, за исключением некоторых определенных условий. Она из­меняется в зависимости от температуры, частоты, срока службы и т. д. Номинальное значение емкости, указанное в маркировке конденсатора, строго говоря, соответствует только комнатной температуре и низкой частоте.

Характеристики диэлектриков

Диэлектрики, используемые в конденсаторостроении, могут быть разделены на следующие пять основных классов:

1)слюда, стекло, керамика с низкими потерями и т.п.; используются в конденсаторах с емкостью от нескольких единиц до нескольких сотен пикофарад;

2) керамика с высокой диэлектрической проницаемо­стью; используется при емкостях от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч пикофарад;

3) бумага и металлизированная бумага; используются в конденсаторах с емкостью от нескольких тысяч пикофарад до нескольких микрофарад;

4) оксидные пленки (в электролитах); используются при емкостях от единиц до многих микрофарад;

5) пленочные диэлектрики, такие, как полистирол, полиэтилентерефталат (майлар), политетрафторэтилен (теф­лон); предел использования — от сотен пикофарад до не­скольких микрофарад.

Многие факторы влияют на такие свойства конденсатор­ных диэлектриков, как диэлектрическая проницаемость, угол потерь, ток утечки, диэлектрическая абсорбция, элект­рическая прочность, допускаемая температура; этот вопрос кратко рассматривается ниже.

Диэлектрическая проницаемость

Диэлектрическая проницаемость материала, используе­мого в качестве диэлектрика, равна отношению емкости конденсатора, в котором диэлектриком служит данный материал, к емкости того же конденсатора с вакуумом в качестве диэлектрика. Диэлектрическая проницаемость сухого воздуха приблизительно равна единице. Конден­сатор с твердым или жидким диэлектриком, диэлектрическая проницаемость которого выше диэлектрической про­ницаемости воздуха или вакуума, может запасать в ε раз больше энергии при равном напряжении, поданном на пла­стины. Следующие величины диэлектрической проницаемости ε некоторых типичных конденсаторных диэлектриков при температуре 25° С:

Таблица 1

1	2	3	4	5	6	7