Конструкция и типы конденсаторов

Чтобы получить конденсатор небольших размеров, но обладающий относительно большой емкостью, его делают не из двух, а из нескольких пластин, сложенных в стопку и отделенных друг от друга диэлектриком (рис.5). В этом случае каждая пара расположенных рядом пластин образует конденсатор. Соединив эти пары пластин параллельно, получают конденсатор значительной емкости. Так устроено большинство конденсаторов со слюдяным диэлектриком. Их пластинами — обкладками служат листочки из алюминиевой фольги или слои серебра, нанесенные непосредственно на слюду, а выводами — отрезки посеребренной проволоки. Такие конденсаторы опрессованы пластмассой. Это конденсаторы КСО. В их наименовании имеется цифра, характеризующая форму и размеры, например: КСО-1, КСО-5. Чем больше цифра, тем больше и размеры конденсатора.

Некоторые слюдяные конденсаторы выпускают в керамических влагонепроницаемых корпусах. Их называют конденсаторами типа СГМ. Емкость слюдяных конденсаторов бывает от 47 до 50000 пФ (0,05 мкФ). Как и керамические, они предназначены для высокочастотных цепей, а также для использования в качестве блокировочных и для связи между высокочастотными цепями. В бумажных конденсаторах (рис. 5) диэлектриком служит пропитанная парафином тонкая бумага, а обкладками — фольга. Полоски бумаги вместе с обкладками свертывают в рулон и помещают в картонный или металлический корпус. Чем шире и длиннее обкладки, тем больше емкость.

Бумажные конденсаторы применяют главным образом в низкочастотных цепях, а также для блокировки источников питания. Разновидностей конденсаторов с бумажным диэлектриком много. И все имеют в своем обозначении букву Б (Бумажные). Конденсаторы типа БМ (Бумажные Малогабаритные) заключены в металлические трубочки, залитые с торцов специальной смолой (старого образца). Конденсаторы КБ имеют картонные цилиндрические корпуса. Конденсаторы типа КБГ — И помещают в фарфоровые корпуса с металлическими торцовыми колпачками, соединенными с обкладками, от которых отходят узкие выводные лепестки. Конденсаторы емкостью до нескольких микрофарад выпускают в металлических корпусах. К ним относятся конденсаторы типов КБГ-МП, КБГ-МН, КБГТ. В одном корпусе их может быть два — три.

Рис.5 Слюдяные конденсаторы. Бумажные и металлобумажные конденсаторы посоянной емкости.

Диэлектриком конденсаторов типа МБМ (Металлобумажный Малогабаритный) служит лакированная конденсаторная бумага, а обкладками — слои металла толщиной меньше микрона, нанесенные на одну сторону бумаги. Характерная особенность конденсаторов этого типа — способность самовосстанавливаться после электрического пробоя диэлектрика. Особую группу конденсаторов постоянной емкости составляют электролитические (рис. 6). По внутреннему устройству электролитический конденсатор несколько напоминает бумажный. В нем имеются две ленты из алюминиевой фольги. Поверхность одной из них покрыта тончайшим слоем окиси. Между алюминиевыми лентами проложена лента из пористой бумаги, пропитанной специальной густой жидкостью — электролитом. Эту четырехслойную полосу скатывают в рулон и помещают в алюминиевый цилиндрический стакан или патрончик. Диэлектриком конденсатора служит слой окиси. Положительной обкладкой является та лента, которая имеет слой окиси. Она соединяется с изолированным от корпуса лепестком. Вторая, отрицательная обкладка — бумага, пропитанная электролитом через ленту, на которой нет слоя окиси, соединяется с металлическим корпусом. Таким образом, корпус является выводом отрицательной, а изолированный от него лепесток — выводом положительной обкладки электролитического конденсатора. Так, в частности, устроены конденсаторы типов КЭ, К50-3. Конденсаторы КЭ-2 отличаются от конденсаторов типов КЭ только пластмассовой втулкой с резьбой и гайкой для крепления на панели. Алюминиевые корпуса конденсаторов К5О-3 имеют форму патрончика диаметром 4,5-6 и длиной 15-20 мм. Выводы — проволочные. Аналогично устроены и конденсаторы типа К50-6. Но у них выводы электродов (обкладок) изолированы от корпусов. На принципиальных схемах электролитические конденсаторы изображают так же, как и другие конденсаторы постоянной емкости, двумя — черточками, но возле положительной обкладки ставят знак «+ ». Электролитические конденсаторы обладают большими емкостями — от долей до нескольких тысяч микрофарад. Они предназначены для работы в цепях с пульсирующими токами, например, в фильтрах выпрямителей переменного тока, для связи между низкочастотными цепями. При этом отрицательный электрод конденсатора соединяют с отрицательным полюсом цепи, а положительный — с ее положительным полюсом. При несоблюдении полярности включения электролитический конденсатор выходит из строя. Номинальные емкости электролитических конденсаторов пишут на их корпусах. Фактическая емкость может значительно отличаться от номинальной.

Напряжение конденсатора

Важнейшей характеристикой любого конденсатора, кроме емкости, является также его номинальное напряжение, т.е. то напряжение, при котором конденсатор может длительное время работать, не утрачивая свои свойства. Это напряжение зависит от свойств и толщины слоя диэлектрика конденсатора. Керамические, слюдяные, бумажные и металлобумажные конденсаторы различных типов рассчитаны на номинальные напряжения от 150 до 1000 В и более. Электролитические конденсаторы выпускают на номинальные напряжения от нескольких вольт до 30-50 В и от 150 до 450-500 В. В связи с этим их подразделяют на две группы: низковольтные и высоковольтные. Конденсаторы первой группы используют в цепях со сравнительно небольшим напряжением, а конденсаторы второй группы — в цепях с относительно высоким напряжением.

Рис.6 Электролитические конденсаторы.

Подбирая конденсаторы для своих конструкций, всегда обращайте внимание на их номинальные напряжения. В цепи с меньшим напряжением, чем номинальное, конденсаторы включать можно, но в цепи с напряжением, превышающим номинальное, их включать нельзя. Если на обкладках конденсатора окажется напряжение, превышающее его номинальное напряжение, то диэлектрик пробьется (электролитический конденсатор в этом случае еще не плохо разрывается, так что будте осторожны!!!). Пробитый конденсатор непригоден для работы.

Конденсатор переменной емкости

Теперь об устройство простейшего конденсатора переменной емкости, его вы видите на рис. 7. Одна его обкладка — статор и неподвижна. Вторая — ротор и совмещена с осью. При вращении оси площадь перекрытия обкладок, а вместе с нею и емкость конденсатора изменяются. Конденсаторы переменной емкости, применяемые в настраиваемых колебательных контурах приемников, состоят из двух групп пластин (рис. 8, а), сделанных из листового алюминия или латуни. Пластины ротора соединены осью. Статорные пластины также соединены и изолированы от ротора. При вращении оси пластины статорной группы постепенно входят в воздушные зазоры между пластинами роторной группы, отчего емкость конденсатора плавно изменяется. Когда пластины ротора полностью выведены из зазоров между пластинами статора, емкость конденсатора наименьшая; ее называют начальной емкостью конденсатора. Когда роторные пластины полностью введены между пластинами статора, емкость конденсатора будет наибольшей, т.е. максимальной для данного конденсатора. Максимальная емкость конденсатора будет тем больше, чем больше в нем пластин и чем меньше расстояние между подвижными и неподвижными пластинами. В конденсаторах, показанных на рис. 7 и 8, а, диэлектриком служит воздух. В малогабаритных конденсаторах переменной емкости (рис. 8, б) диэлектриком может быть бумага, пластмассовые пленки, керамика. Такие конденсаторы называют конденсаторами переменной емкости с твердым диэлектриком.

При меньших габаритах, чем конденсаторы с воздушным диэлектриком, они могут иметь значительные максимальные емкости. Именно такие конденсаторы и применяют для настройки колебательных контуров малогабаритных транзисторных приемников. Наиболее распространены конденсаторы переменной емкости, имеющие начальную емкость в несколько пикофарад и наибольшую 240 — 490 пФ. Не исключено, что один из таких конденсаторов вы уже видели и использовали для настройки своего первого радиоприемника. В приемниках с двумя настраивающимися колебательными контурами используют блоки конденсаторов переменной емкости (КПЕ — спаренные, строенные и т.д.). В блоке КПЕ, показанном на рис. 9, два конденсатора, роторы которых имеют общую ось. При вращении оси одновременно изменяются емкости обоих конденсаторов. Одиночные конденсаторы и блоки конденсаторов переменной емкости с воздушным диэлектриком требуют к себе бережного отношения. Даже незначительное искривление или иное повреждение пластин приводит к замыканию между ними. Исправление же пластин конденсатора — дело сложное. К числу конденсаторов с твердым диэлектриком относятся и подстроечные конденсаторы, являющиеся разновидностью конденсаторов переменной емкости.

Рис.7 Простейший конденсатор переменной емкости. Рис.8 Конденсаторы переменной емкости с воздушным (а) и твердым (б) диэлектриком.

Рис.9 Пример конструкции двухсекционного конденсатора, с воздушным диэлектриком, переменной емкости.

Чаще всего такие конденсаторы используют для подстройки контуров в резонанс, поэтому их называют подстроенными. Конструкции наиболее распространенных подстроечных конденсаторов показаны на рис. 10. Каждый из них состоит из сравнительно массивного керамического основания и тонкого керамического диска. На поверхность основания (под диском) и на диск нанесены в виде секторов металлические слои, являющиеся обкладками конденсатора. При вращении диска вокруг оси изменяется площадь перекрытия секторов — обкладок, изменяется емкость конденсатора.

Рис.10 Подстроечные конденсаторы и их (УГО).

Емкость подстроенных конденсаторов указывают на их корпусах в виде дробного числа, где числитель — наименьшая, а знаменатель — наибольшая емкость данного конденсатора. Если, например, на конденсаторе указано 6/30, то это значит, что наименьшая его емкость 6 пФ, а наибольшая 30 пФ. Подстроечные конденсаторы обычно имеют наименьшую емкость 2-5 пФ, а наибольшую до 100-150 пФ. Некоторые из них, например КПК-2, можно использовать в качестве конденсаторов переменной емкости для настройки простых одноконтурных приемников. Конденсаторы, как и резисторы, можно соединять параллельно или последовательно, если нужно добиться необходимой емкости.Если соединить конденсаторы параллельно (рис. 11, а), то их общая емкость будет равна сумме емкостей всех соединенных конденсаторов, т.е.

Рис.11 Параллельное (а) и последовательное (б) соединение конденсаторов.

Собщ = С1 + С2 + СЗ и т.д. Так, например, если С1 = 33 пФ и С2 = 47 пФ, то общая емкость этих двух конденсаторов будет: Собщ = 33 + 47 = 80 пФ. При последовательном соединении конденсаторов (рис. 11, б) их общая емкость всегда меньше наименьшей емкости, включенной в цепочку. Она подсчитывается по формуле Собщ = С1 * С2 / (С1 + С2). Например, допустим, что С1 = 220 пФ, а С2 = 330 пФ; тогда Собщ = 220 * 330 / (220 + 330) = 132 пФ. Когда соединяют последовательно два конденсатора одинаковой емкости, их общая емкость будет в двое меньше емкости каждого из них. Внимательный читатель, должен был заметить обсолютное сходство в расчетах с резисторами. Да действительно формулы те же, с той лишь разницей, что применяются они наоборот, в зависимости от типа соединения. Важно еще запомнить и то обстоятельство, что при последовательном соединении общая емкость уменьшается, а максимально допустимое рабочее напряжение увеличивается, т. е. оно будет ровняться суммарному напряжению всех конденсаторов входящих в цепочку соединения.