Jaká je maximální kapacita kondenzátoru?

Jmenovitá kapacita С_nom odkazuje na hlavní parametr a měří se ve farades [F], pojmenované po vynikajícím anglickém fyzikovi Michaelu Faradayovi.

Kondenzátor má kapacitu jeden farad, který akumuluje náboj jeden coulomb, pokud je na desky aplikováno napětí jednoho voltu. С_nom závisí na dielektrickém materiálu a konstrukci kondenzátoru (relativní poloha desek)

С_nom =εε_оS/d [F], kde

ε_о – dielektrická konstanta ε_о = 8,85 x 10-12 F/m,

ε – relativní dielektrická konstanta, která charakterizuje schopnost dielektrika polarizovat. Dielektrická konstanta ε ukazuje, kolikrát náboj kondenzátoru s daným dielektrikem převyšuje náboj podobného akumulačního zařízení, pokud je mezi jeho deskami o stejné ploše a umístěnými ve stejné vzdálenosti vakuum. Pro vzduch ε rovný jedné, tedy prakticky se neliší od vakua. Suchý papír má dielektrickou konstantu dvakrát větší než vzduch; porcelán – čtyřiapůlkrát ε = 4,5. Keramika kondenzátoru má ε = 10..200 jednotek.

Z toho plyne důležitý závěr: pro získání maximální kapacity při zachování stejných geometrických rozměrů by mělo být použito dielektrikum s maximální dielektrickou konstantou. Proto se keramika používá v široce používaných plochých kondenzátorech.

S – plocha desek kondenzátoru,

d – vzdálenost mezi deskami (tloušťka dielektrika).

Fyzikální význam tohoto vzorce je následující: čím větší je plocha desek, tím více nábojů na ní může být umístěno (akumulováno); Čím větší je vzdálenost mezi deskami, a tedy i mezi náboji, tím nižší je síla jejich vzájemné přitažlivosti – tím slabší jsou drženy na deskách, takže je pro náboje snazší opustit desky, což vede ke snížení v jejich počtu, a tedy snížení kapacity kondenzátoru.

Dříve bylo možné často slyšet tvrzení, že kapacita 1 F je hodně – téměř kapacita naší planety. Nyní, s příchodem superkondenzátorů, to však již neříkají, protože kapacita superkondenzátorů dosahuje stovek farad. Většina elektronických obvodů však používá pohony menší než C – pikofarady, nanofarady a mikrofarady.

Skutečná hodnota kapacity se může lišit od jmenovité hodnoty o přípustná odchylka v procentech.

Pro kapacity, stejně jako pro rezistory, je stanoveno sedm řad jmenovitých hodnot: E6, E12, E24, E48, E95, E192, EXNUMX. Každý řádek má svou vlastní třídu přesnosti

V závislosti na třídě přesnosti (přípustná odchylka) se vytvářejí standardní hodnoty kapacity, to znamená hodnoty standardních kondenzátorů. Kapacita v níže uvedené tabulce je měřena v pikofaradech. Libovolnou hodnotu z tabulky lze vynásobit 0,1 nebo 1 nebo 10 atd.

Kapacitní teplotní koeficient

Tok elektrického proudu jakýmkoli radioelektronickým prvkem způsobuje jeho zahřívání kvůli nevyhnutelné přítomnosti odporu. Čím vyšší proud a čím vyšší odpor, tím intenzivněji se zařízení zahřívá. Ve většině případů je tento jev škodlivý a může vést ke změnám parametrů obvodu a v důsledku toho narušit provoz celého zařízení. Proto se při návrhu výrobku vždy počítá s ohřevem radioelektronických prvků. Charakteristiky kondenzátorů mají také tendenci se měnit se změnami teploty a to je třeba vzít v úvahu. Za tímto účelem zaveden teplotní koeficient kapacity, zkráceně TKE.

TKE ukazuje, jak moc se kapacita kondenzátoru odchyluje od jmenovité hodnoty s rostoucí teplotou. Hodnota kapacity С kondenzátor je dán pro okolní teplotu +20 C.

TKE = (1/С )  (dС dT ) [1C]

Zvýšení teploty může způsobit jak zvýšení kapacity, tak její pokles. V závislosti na tom se rozlišují kondenzátory s kladným a záporným teplotním koeficientem kapacity.

Měli byste vědět, že čím nižší je hodnota TKE, tím stabilnější jsou charakteristiky kondenzátoru. Zvláštní pozornost je TKE věnována při vývoji vysoce přesných měřicích zařízení, kde jsou kritické významné odchylky v parametrech jakéhokoli radioelektronického prvku.

Ztrátová tečna

Ztráty, které nevyhnutelně vznikají při provozu kondenzátoru, jsou určeny hlavně vlastnostmi dielektrika umístěného mezi deskami kondenzátoru a vyznačují se ztrátová tečna tan δ. Výrobci se snaží zmenšit úhel tg XNUMX a tím zlepšit výkon kondenzátorů. Největšího využití se proto dočkala speciální keramika s minimální ztrátovou tangentou. Hodnoty ztrátové tangenty pro keramické vysokofrekvenční, slídové, polystyrenové a fluoroplastové kondenzátory jsou v rozsahu (10)x15-10, polykarbonát (4)x15-25, keramický nízkofrekvenční 10, oxid 4%.

Převrácená hodnota tečny ztráty kondenzátoru je faktor kvality, rovnat se

Vysoce kvalitní kondenzátory mají faktor kvality vyšší než tisíc jednotek.

Jmenovité napětí – napětí uvedené na kondenzátoru (nebo uvedené v dokumentaci), při kterém může pracovat za stanovených podmínek po dobu své životnosti při zachování parametrů v přijatelných mezích. Všechny kondenzátory mají určitý druh maximálního napětí, které na ně lze použít. Jde o to, že může dojít k průrazu dielektrika a kondenzátor selže. Nejčastěji je toto napětí napsáno na samotném těle kondenzátoru. Například na elektrolytickém kondenzátoru.

Kromě jmenovitého provozního napětí je v technických specifikacích obvykle uvedeno zkušební napětí. Se selektivním řízením výstupu se posuzuje schopnost kondenzátoru odolávat krátkodobému přetížení U_{španělština} = (1,5–2)U _nom

Svodový proud kondenzátoru

Jde o to, že bez ohledu na to, jaké je dielektrikum, kondenzátor se dříve nebo později vybije, protože kupodivu dielektrikem stále protéká proud. Velikost tohoto proudu je také různá pro různé kondenzátory. Elektrolytické kondenzátory mají nejvyšší svodový proud.

Také svodový proud závisí na napětí mezi deskami kondenzátoru. Ohmův zákon již funguje zde: I=U/R_dielektrikum. Proto byste nikdy neměli přivádět napětí vyšší, než je maximální provozní napětí uvedené na kondenzátoru.

Specifická kapacita kondenzátoru

С_ud = С_nom/V (S_substráty), kde

С_nom –jmenovitá kapacita kondenzátoru,

V – objem kondenzátoru,

S_substráty – plocha, kterou zabírá kondenzátor na substrátu.

Hodnota specifické kapacity by měla být maximální možná, protože je žádoucí získat kondenzátor s požadovanou hodnotou kapacity s minimálními rozměry.

Pokud chcete vyrobit kondenzátor s velkou specifickou kapacitou, udělejte co největší plochu desek, co nejmenší vzdálenost mezi deskami a vyberte dielektrikum s maximální dielektrickou konstantou. Bohužel, všechny tyto způsoby, jak získat maximum С_ud mají vážná omezení.

Snížení tloušťky dielektrika je omezeno elektrickou pevností materiálu.

Volba materiálu s vysokou dielektrickou konstantou vede k omezení frekvenčního rozsahu použití kondenzátoru, protože Takové materiály mají zpravidla velkou tangens dielektrických ztrát tan δ.

Ke zvýšení specifické kapacity se proto často používají různá konstrukční řešení.