Orbis pictus 21. století

1. Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

2. Orbis pictus 21. století Kondenzátory II Obor: ElektrikářRočník: 1.Vypracovala:Ing. Ivana Jakubová OB21-OP-EL-ZEL-JAK-U-1-008 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

3. Obsah prezentace: • Rozdělení kondenzátorů • Poznámky ke konstrukci kondenzátorů • Druhy kondenzátorů podle dielektrika a jejich typické vlastnosti • Kondenzátory s proměnnou kapacitou

4. Rozdělení kondenzátorů podle různých hledisek: • kondenzátory s pevnou hodnotou kapacity, nebo kondenzátory s proměnnou hodnotou kapacity:- ladicí kondenzátory pro opakované přelaďování,- kapacitní trimry pro doladění (jen několikrát) • dle druhu dielektrika a konstrukčního provedení (dnes nejčastěji keramické, elektrolytické hliníkové a tantalové, metalizované papírové a plastové apod.) • podle způsobu montáže např. pro SMD použití, pro běžné pájení, průchodkové kondenzátory apod. • dle účelu - např. odrušovací, vysokofrekvenční, kompenzační atp.

5. Značení kondenzátorů • je vzhledem k velké různorodosti vyráběných kondenzátorů rovněž rozmanité. • Na pouzdrech mnohých kondenzátorů je dost místa pro jasný popis jejich nejdůležitějších parametrů. • Na pouzdru kondenzátoru bývá uvedeno zejména:typové označení,jmenovitá hodnota kapacity (číslicemi, nebo číslicemi a písmeny),tolerance (obvykle písmenným kódem),jmenovité napětí (někdy kódované do písmen nebo číslic),druh dielektrika (zkratky, barva pouzdra). • Důležité je označení nezáměnných elektrod (anoda x katoda) u elektrolytických kondenzátorů (značka + na pouzdře u anody, tvar vývodů – anodový bývá delší).

6. Označení jmenovité hodnoty • Jmenovitá (nominální) hodnota kapacity bývá na rozměrnějších kondenzátorech uvedena číslem včetně jednotky (např. 220μF). • Pokud není uvedeno žádné písmeno, jde o jmenovitou kapacitu v piko-faradechvyjádřenou podobně jako u rezistorů pouze 3 číslicemi: 1. a 2. číslice jsou platné číslice nominální kapacity 3. číslice je řád, tj. počet nul kapacity udané v pF.např. 224 znamená 220000 pF = 220 nF • Pokud označení jmenovité kapacity obsahuje i písmeno, vyjadřuje toto písmeno násobek, „předponu“ příslušné jednotky kapacity:k (kilo-, tj. 1000 pF) … nanofaradM (mega-, tj. 106 pF) … mikrofaradG (giga-, tj. 109 pF) … milifarad • p (piko-, tj. 10-12 F) … pikofaradn (nano-, tj. 10-9 F) … nanofaradμ (mikro-, tj. 10-6 F) … mikrofaradm (mili-, tj. 10-3 F) … milifarad • Uvědomte si, že záměna jednotek F a pF je nepravděpodobná, i když nejsou uvedeny (např. gigafarad jistě neexistuje, podobně jako pikopikofarad…).

7. Označení dalších parametrů • Tolerance bývá uvedena písmenným kódem, mnohdy za lomítkem za jmenovitou hodnotou: • Jmenovité napětí býváuvedeno číslem (např. v typovém označení kondenzátoru) nebo kódovým označením (písmeno nebo číslice). • Použité dielektrikum bývá uvedeno v typovém označení, někdy je rozlišeno např. podle barvy pouzdra. • Vzhledem k různorodosti způsobů značení je u méně obvyklých variant vhodné nahlédnout do katalogu, případně skutečnou hodnotu kapacity změřit.

8. Jak dosáhnout co největší kapacity: • Kapacita deskového kondenzátoru, tvořeného dvěma rovnoběžnými vodivými deskami o ploše S [m2] vzdálenými od sebe o d [m] s prostorem mezi deskami vyplněným dielektrikem o permitivitě ε [F/m], je vyjádřena vzorcem C = ε S/dZ toho lze odhadnout,jak konstrukčnímiúpravamidosáhnout co největší kapacity: • Co největší plocha elektrod Spři zachování co nejmenšího objemu součástky: Elektrody jako vodivé fólie svinuté spolu s vrstvou papíru nebo plastové fólie jako dielektrika, dnes častěji elektrody nanesené přímo na tenké vrstvě dielektrika – metalizované kondenzátory, prokládání mnoha vrstev jako elektrod apod.) • Co nejmenší vzdálenost desek d:dielektrikum co nejtenčí - ve tvaru fólie, vrstvy oxidu na povrchu elektrody (např. u elektrolytických kondenzátorů vrstva Al2O3 na hliníkové fóliové elektrodě) • Co nejvyšší permitivita dielektrikaε:kvalitní dielektrika , např. speciální plasty, keramiky, oxidy kovů apod.

9. Další praktická hlediska • Používané materiály by měly mít také co nejnižší ztráty, ale i další vhodné vlastnosti mechanické (ohebnost, snadné oddělování), chemické i jiné: látky by měly být pokud možno stálé, nejedovaté, špatně hořlavé apod. Nízkými ztrátami vynikala dříve užívaná dielektrika (suchý vzduch, slída), jejichž další vlastnosti ale už nejsou tak příznivé (nízké ε, vliv vlhkosti, špatná opracovatelnost apod.). • Významný vliv na ztráty zejména na vyšších frekvencích má odpor kontaktního systému elektrod a přívodů. Proto je nutno používat kovy s vysokou vodivostí (Al, Ag, mosaz) a věnovat péči kvalitnímu přivaření přívodů. Odpor i parazitní indukčnost přívodů lze snížit také vhodným tvarováním přívodů (krátké ploché páskové přívody impulzních kondenzátorů). • Vlastnosti dielektrik mohou být velmi zhoršeny vlhkostí. Proto je vnitřní prostor kondenzátoru většinou pečlivě uzavřen (např. pryžové těsnění vstupu přívodů) a povrch kondenzátorů chráněn např. tmelem, fólií. • Při poruše mohou některé kondenzátory explodovat (např. elektrolytické kondenzátory při přepólování či přetížení). Jejich pouzdro proto bývá vybaveno bezpečnostním pojistkou (prolisem pouzdra, nebo dokonce u velkých průmyslových kondenzátorů přetlakovou pojistkou, která umožní snížit přetlak a destrukci zabránit).

10. Elektrolytické kondenzátory • Elektrody nejsou zaměnitelné (pozor na přepólování!). • Anoda je tvořena kovovou fólií (hliník, tantal). • Katodou je vhodný elektrolyt: elektrolyt může být kapalný volný nebo nasáknutý ve speciálním papíru, ale i gelový nebo pevný.Přívod proudu k elektrolytu je zajištěn katodovou vodivou fólií (u hliníkových) nebo přes kovový obal či grafitový nástřik u tantalových kondenzátorů. • Dielektrikum tvoří tenká vrstva oxidu kovu, která se na anodě ve styku s elektrolytem vytvoří a udržuje průchodem proudu. Anodová fólie je naleptána a tím se několikanásobně zvýší její povrch. Při tzv. formování elektrolytického kondenzátoru se průchodem proudu na povrchu naleptané anody vytvoří vrstva Al2O3 (hliníkové), resp. Ta2O5 (tantalové kondenzátory).

11. Hliníkové elektrolytické kondenzátory • mají velké hodnoty kapacity • mají poměrně malou přesnost, tedy velkou toleranci (±20% i horší), proto se vyrábějí v řadě E6 • kapacita se časem mění, zejména vysycháním elektrolytu • mají dosti velké ztráty (tgδ typicky řádu desetin: 0,1 až 0,2 i horší při desítkách Hz a pokojové teplotě) • často se přemosťují ještě keramickým kondenzátorem, který reaguje na rychlé změny (napěťové špičky) • příklad v radiálním a axiálním provedení

12. Tantalové elektrolytické kondenzátory • mají velké hodnoty kapacity až deset tisíc mikrofaradů (dielektrikum s velkou permitivitou) • velmi malé rozměry • tgδ řádu desetin (0,1 ÷ 0,5 na 1 kHz), ale oproti hliníkovým mívají menší ztráty na vyšších kmitočtech • ve srovnání s hliníkovými mají lepší časovou i teplotní stabilitu a delší životnost • příklad tantalového kondenzátoru s pevným elektrolytem

13. Keramické kondenzátory • dielektrikum tvoří keramika, kovové elektrody jsou v ní zapečeny (polštářkové kondenzátory), nebo naneseny na různých tvarech (např. destičky) • mají velmi malé rozměry • kapacita jednotek pF až stovek nF; vyšších hodnot kapacity se dosahuje použitím dielektrika, které svou stabilitou nevyhovuje pro laděné obvody • rozhodující vliv na vlastnosti má použité dielektrikum: dielektrika používaná pro nižší hodnoty kapacit jsou teplotně stabilní, pro vysoké hodnoty naopak silně teplotně závislá • tgδřádu 10-2÷10-3

14. Fóliové kondenzátory • dielektrikum tvoří metalizované plastové fólie (polyesterové MKT, polypropylenové MKP…) • kapacita do mikrofaradů, závislá na teplotě • tolerance ±5%, ±10%, ±20%, speciální typy až ±1%, až řada E12 • ztrátový činitel tgδvelmi malýažřádu 10-4 • velký izolační odpor i elektrická pevnost, některé schopny regenerace po elektrickém průrazu

15. Kondenzátory s proměnnou kapacitou: ladicí kondenzátory • Ladicí kondenzátory pro opakované časté změny kapacity se v minulosti vyráběly jako vzduchové se sadou pevných a sadou otočných desek. Podle vzájemného natočení se měnila velikost kapacity a tvarem desek se dalo dosáhnout nejen lineární, ale např. logaritmické závislosti. Zařízení však bylo rozměrné (nízké ε vzduchu) a kapacita závisela silně např. na vlhkosti. • Dnes se k přelaďování používají většinou varikapy (viz další prezentace).

16. Kapacitní trimry • jsou určeny pro jen několikrát opakované nastavení kapacity (např. pro max. 10x otočení o 180°) • dielektrikum tvoří plastové fólie (polypropylén, polykarbonát, polytetrafluoretylén), vlastnosti jsou podobné jako u fóliových plasto-vých kondenzátorů • rozsah změn kapacity např. v jedné z výrobních řad od (2.5/15) až do (7/105) pF

17. Děkuji Vám za pozornost Ing. Ivana Jakubová Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky