kon4.pdf

Listy od Piotr

W tej części weźmiemy pod lupę

poszczególne rodzaje

kondensatorów − podam ci ich

najistotniejsze parametry, potem

powrócimy do szerszego omówienia

różnych dziedzin zastosowań

i wreszcie podam ci szereg

potrzebnych wskazówek i wzorów.

Jak ci wspomniałem w poprzednim

odcinku, nie musisz czytać tej części

materiału. Chyba, że będziesz

konstruował własne układy.

W takim razie są to informacje dla

ciebie.

Kondensatory

stałe

część 4

Tylko dla ciekawych

Na rysunku 1 możesz zobaczyć, ja−

kiego typu kondensatory dostępne są

powszechnie na rynku i mniej więcej

w jakim zakresie pojemności są produ−

kowane.

Kondensatory

elektrolityczne

Omówiliśmy je przed dwoma miesią−

cami, podstawowych wiadomości nie bę−

dę ci powtarzał. Podam tylko cztery naj−

ważniejsze wykresy przedstawiające

charakterystyki krajowych kondensato−

rów: aluminiowych ( rysunek 2 ) i tanta−

lowych ( rysunek 3 ). “Tantale” 196D to

najpopularniejsze różowe łezki, a ”tan−

tale” 164D mają obudowę cylindryczną

z wyprowadzeniami osiowymi. Zwróć

uwagę, jak bardzo zmniejsza się pojem−

ność “elektrolitów” przy większych częs−

totliwościach, i jak rosną straty repre−

zentowane przez tg d . Teraz chyba nie

masz wątpliwości, że nie są to konden−

satory przeznaczone do pracy przy wiel−

kich częstotliwościach.

Kondensatory elektrolityczne mają

największą awaryjność spośród wszyst−

kich kondensatorów. Zapamiętaj zasa−

dę, że niezawodność elektrolitów

zmniejsza się mniej więcej dwukrotnie

przy wzroście temperatury kondensatora

o 10 stopni. Chodzi tu nie tylko o tem−

peraturę otoczenia, ale przede wszyst−

kim wzrost temperatury wywołany mocą

strat (iloczyn skutecznej wartości prze−

pływającego prądu zmiennego i rezys−

tancji zastępczej ESR). Dotyczy to prze−

de wszystkim kondensatorów stosowa−

nych w zasilaczach impulsowych, gdzie

częstotliwości pracy są rzędu dziesiątek

kiloherców.

Czy wiesz, że...

Niezawodność kondensatorów

elektrolitycznych zmniejsza się mniej

więcej dwukrotnie przy wzroście tem−

peratury kondensatora o 10 stopni.

Rys. 1. Typy i zakresy pojemności produkowanych kondensatorów.

Rys. 2. Pojemności i tg d

kondensatorów elektrolitycznych

aluminiowych w funkcji częstotliwości.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/96

Listy od Piotra

Rys. 3. Pojemności i tg d kondensatorów elektrolitycznych tantalowych w funkcji częstotliwości.

Kondensatory ceramiczne

Kondensatory ceramiczne dzielą się

wyraźnie na trzy grupy.

Typ 1

Tak zwany typ 1 produkowany jest

z użyciem dielektryka o przenikalności

względnej e r w granicach 10...600. Kon−

densatory te charakteryzują się małymi

stratami i, co ciekawe, są produkowane

ze ściśle określonym współczynnikiem

temperaturowym w zakresie −1500...

+150ppm/K. Umożliwia to łatwą kompen−

sację temperaturową obwodów rezonan−

sowych.

Niektóre katalogi (w tym krajowe) za−

wierają oznaczenia współczynnika tem−

peraturowego w postaci np. N750,

NP0, P150 itp. co oznacza odpowiednio

−750, ±0, +150ppm/K (czyli −0,075, ±0,

+0,015%/°C). W większości zachodnich

katalogów zamiast NP0 znajdziesz

określenia C0G lub nowsze CG, które

wskazują, że kondensatory te mają zero−

wy współczynnik temperaturowy.

Kondensatory ceramiczne typ 1 to

bodaj najlepsze z popularnych konden−

satorów, ale niestety zakres ich pojem−

ności jest ograniczony do co najwyżej

kilku...kilkunastu nanofaradów.

Ferroelektryczne (typ 2)

Kondensatory ferroelektryczne (typ 2)

mają znaczną pojemność przy małej ob−

jętości. Niestety okupione jest to pogor−

szeniem wielu parametrów. Na rysunku

4 znajdziesz krzywe obrazujące zależ−

ność pojemności od częstotliwości i od

przyłożonego napięcia stałego dla kon−

densatorów o symbolu dielektryka 2F4.

Zwróć uwagę, z jak dużymi, wręcz

ogromnymi zmianami pojemności trzeba

się liczyć − rzeczywista pojemność może

być nawet pięciokrotnie mniejsza (!) od

pojemności nominalnej. Jedynie rezys−

tancja szeregowa i tg d są względnie ma−

łe w dość szerokim zakresie częstotli−

wości.

Częstotliwość rezonansu szeregowe−

go kondensatorów ferroelektrycznych

o pojemności 100nF z wyprowadze−

niami drutowymi, stosowanych typowo

w obwodach odsprzęgania zasilania,

wynosi mniej więcej 5...10MHz, a przy

pojemności 10nF − kilkadziesiąt mega−

herców; pokazuje to rysunek 5 . Kon−

densatory bez wyprowadzeń, przezna−

czone do montażu powierzchniowego,

mają częstotliwości rezonansowe o oko−

ło 50% większe.

Na podstawie rysunku 5 można też

oszacować wartość ESR takich konden−

satorów − jest ona niewielka, rzędu kilku−

dziesięciu miliomów.

Rys. 4. Pojemność w funkcji częstotliwości kondensatorów

ceramicznych ferroelektrycznych.

Rys. 5. Impedancja w funkcji częstotliwości

kondensatorów ceramicznych ferroelektrycznych.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/96

Listy od Piotr

Listy od Piotra

Czy wiesz że...

Kondensatory metalizowane mają cenną właściwość autoregeneracji. Jeśli

w jakimś miejscu folia stanowiąca dielektryk jest cieńsza lub ma jakiś defekt, to

po przyłożeniu pełnego napięcia pracy może w tym miejscu nastąpić przebicie,

czyli przeskok iskry. Kondensator nie zostanie jednak uszkodzony, ponieważ

temperatura powstającego łuku elektrycznego (około 6000°C) powoduje odparo−

wanie zarówno fragmentu dielektryka jak i sąsiadujących fragmentów warstw

metalizacji. Łuk gaśnie i kondensator nadal jest sprawny, bowiem wokół miejsca

przebicia nie ma już metalizacji, co skutecznie zapobiega powtórnemu powstaniu

przebicia w tym samym miejscu. Pokazano to schematycznie na rysunku.

kondensatorów mikowych, które też ma−

ją literkę M w oznaczeniu).

Zapewne wiesz, że jako dielektryk

stosuje się folię wykonaną z różnych

materiałów, różne są zatem właściwości

otrzymanych kondensatorów.

Polistyrenowe

Kondensatory poli s tyrenowe (styrof−

leksowe) w kraju mają oznaczenie KSF,

w Europie − KS. Są one najbardziej sta−

bilne spośród popularnych kondensato−

rów foliowych.

Pojemność “styrofleksów” praktycznie

nie zależy od częstotliwości, co wśród

kondensatorów foliowych jest chlubnym

wyjątkiem. Pojemność niewiele zmienia

się też z upływem czasu − co najwyżej

0,2...0,5% w ciągu kilku lat. Kondensato−

ry te mają niewielki ujemny współczynnik

temperaturowy około −130ppm/K i nie−

wielką zależność od wilgotności otacza−

jącego powietrza (+60...+200ppm/K).

Straty dielektryczne są małe: tg d typowo

jest mniejszy niż 0,0005. Indukcyjność

własna wynosi około 1nH na 1mm dług−

ości kondensatora i jego czynnych wy−

prowadzeń. Wraz z pojemnością kon−

densatora indukcyjność ta tworzy szere−

gowy obwód rezonansowy, co ogranicza

górną częstotliwość pracy tych konden−

Choć więc kondensatory typu 2 nie

nadają się do zastosowań precyzyjnych,

to jednak ze względu na niską cenę zna−

jdują szerokie zastowanie do odsprzęga−

nia zasilania, sprzęgania poszczegól−

nych stopni itp.

Półprzewodnikowe (typ 3)

Kondensatory ceramiczne tzw. pół−

przewodnikowe są właściwościami po−

dobne do ferroelektrycznych, tyle że ma−

ją jeszcze mniejsze gabaryty. Uzyskano

to dzięki odmiennej konstrukcji, opartej

na gąbkopodobnym porowatym spieku,

trochę podobnie jak w kondensatorach

elektrolitycznych tantalowych. W po−

przednio omówionych dwóch grupach

“ceramików” kondensator tworzyły meta−

lowe okładziny umieszczone z obu

stron dielektryka ukształtowanego

w postaci płaskiej płytki ceramicznej

(lub wielu takich płytek). Dla amatora

wewnętrzna budowa nie ma specjalnego

znaczenia − wszystkie małe kondensato−

ry ceramiczne, zarówno typ 2, jak i typ

3 traktuje on jako kondensatory ferro−

elektryczne.

Kondensatory foliowe

Klasyczne kondensatory foliowe to

dwie wstęgi folii aluminiowej przedzielo−

ne dielektrykiem − folią z tworzywa

sztucznego. Większość spotykanych na

rynku kondensatorów foliowych ma jed−

nak inną budowę − są to tak zwane kon−

densatory metalizowane. Okładziny sta−

nowi cieniutka warstwa metalu (alumi−

nium) naniesiona próżniowo na jedną

lub obie strony folii z tworzywa. Konden−

satory metalizowane można łatwo od−

różnić, ponieważ mają w oznaczeniu li−

terkę M − np. krajowe MKSE, KMP,

KFMP, MKSP, czy zagraniczne MKT,

MKP, MKC (z wyjątkiem archaicznych

Rys. 6. Częstotliwość rezonansu własnego kondensatorów styrofleksowych.

Rys. 7. Zmiany pojemności w funkcji temperatury różnych kondensatorów

foliowych.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/96

Listy od Piotr

Listy od Piotra

Czy wiesz że...

Niektóre kondensatory, na przykład styrofleksowe, mają zaznaczoną okładzi−

nę zewnętrzną, która może służyć jako ekran izolujący okładzinę wewnętrzną od

wpływu zakłóceń elektrycznych. Ma to znaczenie w obwodach o dużej czułoś−

ci. Wyprowadzenie okładziny zewnętrznej, zaznaczone zwykle paskiem, należy

dołączać do punktu o mniejszej impedancji, czyli np. do masy, plusa zasilania,

wyjścia wzmacniacza itp.”

wości. W literaturze angielskojęzycznej

bardzo często proponuje się zastosowa−

nie “dobrych kondensatorów mylaro−

wych” (mylar capacitors). Ja przed laty

długo i niepotrzebnie się zastanawia−

łem skąd wziąć takie egzotyczne kon−

densatory; nie wiedziałem bowiem, że

są to po prostu kondensatory MKT, czyli

krajowe MKSE.

Zapewne przyda ci się informacja, że

pojemność kondensatorów poliestro−

wych zależy od częstotliwości − pokazuje

to rysunek 9 .

Ponieważ są to najczęściej używane

kondensatory, powinieneś znać dokład−

niej zależność ich pojemności od tempe−

ratury dla różnych częstotliwości − poka−

zuje to rysunek 10 . Z kolei rysunek 11

przedstawia impedancję w funkcji częs−

totliwości i częstotliwość rezonansu

własnego dla kondensatorów o różnej

pojemności. Są to bardzo istotne infor−

macje, pokazują bowiem w przybliże−

niu, w jakim zakresie częstotliwości

kondensatory te powinny być stosowa−

ne, i jaka jest ich rezystancja strat ESR.

Oczywiście bez sensu byłoby pracować

z częstotliwościami znacznie przekra−

czającymi częstotliwość rezonansu

własnego − przy wielkich częstotliwoś−

ciach należy stosować kondensatory

o mniejszej pojemności, które w sumie

i tak będą mieć mniejszą impedancję.

Rysunki 9...11 dotyczą kondensato−

rów produkcji Thomsona stosowanych

satorów. Rysunek 6 pokazuje zależ−

ność częstotliwości rezonansu własnego

od pojemności kondensatorów styroflek−

sowych pewnej znanej firmy.

W związku z dobrymi parametrami,

tylko te kondensatory są wykonywane

z wąską tolerancją, nawet ±0,5% (np.

krajowe KSF−022).

Kondensatory polistyrenowe stoso−

wane były powszechnie w obwodach

w.cz. i p.cz, ale obecnie są wypierane

przez kondensatory ceramiczne typu 1.

Inną ważną dziedziną zastosowania pre−

cyzyjnych kondensatorów styroflekso−

wych były wszelkiego rodzaju filtry sto−

sowane w telekomunikacji. Ujemny

współczynnik temperaturowy kondensa−

torów kompensował zmiany temperatu−

rowe ferrytowych cewek. Obecnie,

w związku z postępującą “cyfryzacją”

telekomunikacji, i ten obszar zastoso−

wań znacznie się skurczył.

Inne kondensatory foliowe są nieco

mniej stabilne i nie są przewidziane do

zastosowań precyzyjnych, a więc

w katalogach nie podaje się szczegóło−

wo tak wielu parametrów. Z reguły są to

kondensatory metalizowane. Wykony−

wane są z tolerancją w najlepszym

wypadku ±5%, zwykle ±10 i ±20%.

Na rysunku 7 dla orientacji podaję

ci zależność pojemności od temperatury

kilku typów kondensatorów foliowych,

i analogicznie na rysunku 8 zależ−

ność tg od temperatury. Pod wpływem

lutowania, upływu czasu, zmian tempe−

ratury, wilgotności itd... ich pojemność

może zmieniać się nawet o kilka pro−

cent. Jak widzisz, niezbyt dobrze nadają

się one do zastosowań wymagających

dużej stałości parametrów.

Poliestrowe

Kondensatory poli e strowe (ang. po−

lyethylene t etraphtalate) − krajowe ozna−

czenie MKSE, europejskie − MKT. Obec−

nie są to najpopularniejsze kondensato−

ry foliowe − stosowane są powszechnie

we wszelkim sprzęcie elektronicznym

w zakresie małych i średnich częstotli−

Rys. 8. Tangens kąta strat w funkcji temperatury

różnych kondensatorów foliowych.

Rys. 9. Pojemność w funkcji częstotliwości

kondensatorów poliestrowych.

Rys. 10. Pojemność w funkcji temperatury

kondensatorów poliestrowych.

Rys. 11. Impedancja w funkcji częstotliwości kondensatorów

poliestrowych.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/96

Listy od Piotr

Listy od Piotra

Rys. 12. Dopuszczalne zmienne napięcie pracy w funkcji częstotliwości

kondensatorów poliestrowych MKSE−20 630V.

Czy spotkałeś już

kondensatory

z oznaczeniem

GoldCap?

Kondensatory takie mają ogromną

pojemność rzędu faradów i mogą

pracować przy napięciach rzędu poje−

dynczych woltów. Z uwagi na olbrzy−

mią pojemność właściwie są czymś

pośrednim między kondensatorami

i akumulatorami. Są stosowane jako

źródła energii (zastępują akumulatory

i baterie) w urządzeniach o małym

poborze prądu. Kondensatory Gold−

Cap znajdują miejsce w różnych

urządzeniach wymagających nieprze−

rwanego zasilania jako bateria rezer−

wowa, pracująca w razie zaniku na−

pięcia sieciowego.

powszechnie w zestawach AVT. Po−

równaj jeszcze rysunki 11 i 5. Zauważ,

że współczesne kondensatory foliowe

dzięki odpowiedniej budowie mają małą

indukcyjność, porównywalną z konden−

satorami ceramicznymi. To samo doty−

czy rezystancji strat. Wygląda na to, że

mogłyby być stosowane zamiennie −

w obwodach odsprzęgania zasilania

powszechnie stosuje się jednak znacz−

nie tańsze “ceramiki”.

Kondensatory poliestrowe mają przy−

zwoitą (ale wcale nie rewelacyjną) war−

tość tg d w granicach 0,001...0,01. Jed−

nak w dziedzinach, gdzie są one stoso−

wane, nie ma to zazwyczaj żadnego

znaczenia praktycznego.

Choć w zasadzie kondensatory po−

liestrowe nie są przeznaczone do pracy

przy znacznych napięciach i prądach

zmiennych, jednak z powodzeniem mo−

gą być stosowane w zasilaczach bez−

transformatorowych jako elementy ogra−

niczające prąd bez strat mocy (o czym

będzie mowa w następnej części).

W żadnym wypadku nie mogą to być

kondensatory o napięciu nominalnym

250V lub 400V, bowiem te mogą być sto−

sowane przy napięciu przemiennym co

najwyżej odpowiednio 160V i 200V.

W obwodach sieci energetycznej 220V

muszą być użyte kondensatory poliest−

rowe na napięcie pracy (stałe) 630V!

Rysunek 12 pokazuje zależność do−

puszczalnego napięcia przemiennego

od częstotliwości dla krajowych konden−

satorów MKSE−020 630V. Ograniczenia

przy większych częstotliwościach wyni−

kają ze strat w dielektryku, które powo−

dują nagrzewanie kondensatora; rysu−

nek ten pośrednio wskazuje więc także

na wartość ESR w funkcji częstotliwoś−

ci.

Poliwęglanowe

Kondensatory poliwęglanowe (po−

ly c arbonate); w kraju nie są produko−

wane − europejskie oznaczenie MKC.

Zaletą jest około pięciokrotnie mniejsza

niż w kondensatorach MKT zależność

pojemności od częstotliwości, mała za−

leżność pojemności od temperatury

(±1% w zakresie −20...+70°C), kilkukrot−

nie mniejsza wartość tg d − patrz rysunki

7 i 8. Niestety, z nieznanych mi wzglę−

dów (być może ze względu na większe

gabaryty) kondensatory te nie są popu−

larne, tak że nawet nie wszystkie znane

firmy mają je w swej ofercie handlowej.

Polipropylenowe

Kondensatory polip r opylenowe; krajo−

we oznaczenia KMP, KFMP, europejskie

MKP. Przeznaczone są przede wszyst−

kim do pracy w obwodach impulso−

wych, gdzie występują napięcia i prądy

o znacznej stromości. Takie właśnie

kondensatory stosuje się w obwodach

odchylania odbiorników telewizyjnych

i sieciowych zasilaczach impulsowych.

My będziemy je stosować przede wszys−

tkim we wspomnianych już zasilaczach

beztransformatorowych i być może

w jakichś układach impulsowych − na

przykład do gasików lub filtrów przeciw−

zakłóceniowych.

Piotr Górecki

E RRARE H UMANUM E ST

W kwietniowym numerze EdW nasi Czytelnicy wytropili kilka drobnych błędów. Prosimy w swoich egzempla−

rzach wprowadzić następujące zmiany:

· Na rysunku 2 ze str. 25 jeden z kon−

densatorów oznaczonych C2 (dolny)

powinien mieć oznaczenie C3 − por.

wykaz elementów.

· Na stronie 28, tuż nad rysunkiem 1,

błędnie zdefiniowano wzmocnienie.

Oczywiście zdanie to powinno brzmieć:

“Wzmocnienie napięciowe wzmacnia−

cza jest stosunkiem napięcia na wy−

jściu do napięcia na jego wejściu...

· Rysunek 1 na stronie 47 powinien

być zatytułowany “Schemat ideowy

odbiornika”.

· W ofercie kitów Vellemana na str.

60 błędnie podano, że “Elektronicz−

ny pies” został opisany w EdW 3/96

− tymczasem opisano go właśnie

w EdW 4/96 na str. 34.

Nagrody−niespodzienki otrzymują: Marcin Skoneczny z Łaska i Marcin Wiązania z województwa kieleckiego.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/96

Listy od Piotr

· Na schemacie ideowym monitora

napięcia sieci (rys.1 str.11) błędnie

opisano kondensator C2. Jego war−

tość, jak słusznie podano w spisie

elementów, wynosi 1µF.

· Na rysunku 4.8 na str. 22 omyłkowo

niepotrzebnie połączono wyjście

wzmacniacza (generatora) z dodat−

nią szyną zasilającą.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: