Как устроены конденсаторы постоянной емкости?

0

Ответы (1):

1

Ой, совершенно по-разному. Это определяется конструкцией конденсатора, его структурой и материалом диэлектрика, разделяющего обкладки.

Самый простой вариант - плоский конденсатор небольшой ёмкости. Обычно это просто кусочек керамики, на который с обеих сторон нанесена металлизация, и к этой металлизации припаяны электроды. Ёмкость таких однослойных конденсаторов обычно небольшая - от единиц до сотен пикофарад. Вообще говоря, материал диэлектрика тут может быть и другим - например, слюда.

Разновидность плоских конденсаторов - трубчатые. Хотя их форма - цилиндрик, по сути этот тот же плоский конденсатор, просто свёрнутый в трубочку. Сейчас, в эпоху SMD-компонентов, это уже экзотика... Трубчатые конденсаторы бывают только керамическими. Во всяком случае, трубчатые конденсаторы с другим материалом диэлектрика мне не попадались.

Керамические конденсаторы для специальных применений - скажем, для высоковольтных цепей, - могут иметь отдельные конструктивные особенности, связанные именно с высоким напряжением. Чаще всего их конструкция оптимизирована на предмет снижения поелику возможно поверхностных токов утечки и созданию как можно более равномерного по площади электрического поля в диэлектрике.

Отдельная разновидность плоских конденсаторов - вакуумные конденсаторы. Их фишка в том, что у вакуума напрочь отсутствует зависимость диэлектрической постоянной от температуры окружающей среды. Ну что взять с вакуума... Поэтому термостабильность вакуумных конденсаторов просто замечательная - она определяется только стабильностью геометрии изделия (которую можно сделать весьма высокой).

Более сложный по конструкции - многослойный конденсатор. Тут уже имеется множество слоёв диэлектрика, разделённых слоями металлизации, и эти слои через один выводятся на две стороны. Эта структура в разрезе напоминает две вложенных друг в друга буквы Е, только палочек там куда больше трёх. Фактически это эквивалентно множеству параллельно соединённых однослойных конденсаторов, тем самым ёмкость всего изделия оказывается многократно больше, чем у однослойного примерно тех же размеров. Материал диэлектрика тут может быть весьма разнообразен - керамика, стекло, полимер (лавсан или политетрафторэтилен, он же фторопласт-4) или слюда.

Бумажные конденсаторы обычно делают намоткой металлизированной бумажной ленты, причём металлизация с двух сторон ленты немного выступает за край ленты, на каждой стороне за свой край. Тогда при сматывании такой ленты в рулончик на одном торце оказывается металл одной стороны, на другом торце - другой стороны. К ним и присоединяются внешние выводы конденсатора. Бумажные конденсаторы могут работать при весьма высокой реактивной мощности.

И совсем особая вещь - электролитические конденсаторы. Диэлектрик в них не отдельный компонент общей конструкции, а тонкая плёнка оксида, который выращивается на поверхности проводника - алюминия, титана, ванадия или ниобия. Поскольку толщина этой плёнки чрезвычайно мала (фактически речь может идти о слоях молекулярной толщины), ёмкость электролитических конденсаторов может достигать десятков тысяч микрофарад - у меня дома когда-то валялись алюминиевые банки на 100 000 мкФ. Вторым электродом тут служит электролит, в который помещается анод - или которым он пропитывается (в электролитических конденсаторов не из алюминия анод пористый).

Особенность электролитов - неэквивалентность электродов. Во всех прочих конденсаторах обкладки одинаковые - слой металла. А тут - ни фига. Тут одна обкладка - да, металл, а вот вторая - электролит. Как следствие, электролитические конденсаторы - полярные. Их можно включать в цепь только в определённой полярности. Неполярные электролиты тоже бывают, но конструктивно это просто два полярных, включённых встречно-последовательно.

Вторая особенность - они работают при сравнительно низких напряжениях (по сравнению с прочими). Ну собсно не удивительно - ведь толщина плёнки диэлектрика там никакая, и поэтому пробивная напряжённость поля достигается уже при небольшом напряжении.

И отдельный класс конденсаторов - это суперконденсаторы (ионисторы). Вот там ёмкость может достигать десятков и сотен фарад (даже не микрофарад!). Тут тоже есть электролит, но в отличие от электролитических конденсаторов, где диэлектрик - выращенная плёнка окисла, "диэлектрик" в суперконденсаторах - двойной ионный слой, возникающий на границе раздела проводник-электролит. Причём проводником тут может выступать не обязательно металл - как вам порошковый углерод, который в размерах банки из-под пива даёт площадь поверхности в два-три футбольных поля?

Такие конденсаторы используются как накопители энергии. Хотя их ёмкость в пересчёте на ампер-часы несколько меньше, чем у аккумуляторов, у них есть и определённые преимущества: намного больше долговечность, намного больше число циклов заряд-разряд (сотни тысяч!), намного бóльшие токи и того и другого, а значит - намного меньшее время зарядки, и способность работать на сильном морозе.

Related posts