Меню

Ток утечки в конденсаторах это

Как проверить электролитический конденсатор и какие инструменты использовать?

Прародителями конденсаторов можно считать немецкого служителя католической церкви по имени Эвальд Юрген фон Клейст и голландского физика Питера ван Мушенбрука, которые независимо друг от друга изобрели прототип конденсатора, так называемую лейденскую банку.

С тех пор минуло более 250 лет, менялись конструкции, формы и размеры, а принцип действия и назначение остаётся прежним. Практически ни одна электрическая схема не обходится без этого пассивного электронного компонента — так называет конденсатор «Википедия» и учебники по электротехнике.

Простейшее емкостное устройство имеет электроды, которые именуются обкладками. Они разделены диэлектриком очень малой толщины (по отношению к размерам обкладок). На практике имеют место многослойные конденсаторы или чередующиеся ленты из изоляторов и электродов.

Классификация конденсаторов

Конденсаторы бывают следующих типов:

  • электролитические, например К50-35 или К50-2;
  • керамические однослойные (К10-7В);
  • керамические многослойные (К10-17);
  • танталовые;
  • плёночные конденсаторы.

Что такое конденсатор плёночный, функциональное назначение и область его применения — обо всём подробно описывают учебники по электротехнике, здесь будут даны краткие характеристики.

плёночные конденсаторы

Плёночный конденсатор – элемент, диэлектриком в котором служит плёнка. Она может быть выполнена, например, из фторопласта.

Пленочные конденсаторы

Чем больше площадь обкладок конденсатора, тем значительней его емкость. Для увеличения площади были предложены пленочные устройства. За счёт большого количества слоёв достигается увеличение площади, следовательно, приумножается ёмкость.

К плёночным относятся конденсаторы типа К73-17. Исполнения на различные пределы напряжений дают возможность применять их в цепях постоянного тока,а так же в различных фильтрах и резонансных схемах. Ёмкостные истосники питания и выпрямительные схемы тоже содержат компоненты подобного типа. На рисунке показаны конденсаторы на напряжение 63 В.

Плёночные конденсаторы маркировка

Диэлектрик, который может быть использован для плёночного конденсатора: тефлон, поликарбонат, металлизированная бумага, майлар, полипропилен. Диапазон емкостей, измеряемых в фарадах, широк. Он колеблется от 5 пикофарад (это минимально возможная величина) до максимального размера в 100 микрофарад. Также при подборе характеристик учитывается номинальное напряжение, которое тоже имеет широкие пределы. Довольно часто в различных областях оправдано применение высоковольтных конденсаторов, величина напряжения которых достигает 2000 вольт.

Различные способы размещения слоев диэлектрика и обкладок пленочного конденсатора дают право классифицировать их на аксиальные и радиальные. Корпусы бывают как в металлические, так и пластмассовые. Форма — прямоугольная и цилиндрическая. Имеет место вариант без корпуса с покрытием из эпоксидного компаунда.

Ток — утечка — электролитический конденсатор

Ток утечки электролитических конденсаторов устанавливается примерно через 1 5 — 2 мин после включения их под напряжение. В момент включения он может быть значительно больше. [1]
Ток утечки электролитического конденсатора сильно зависит от времени с момента приложения напряжения до момента измерения ( рис. 280); обычно измерение тока утечки при проверке качества электролитических конденсаторов производят через 5 мин после включения под напряжение. Ток утечки также зависит от приложенного напряжения увеличиваясь с ростом напряжения сначала медленно, а затем быстро ( рис. 282); переход к напряжениям выше t / ф дает резкое возрастание тока. [3]

Ток утечки электролитических конденсаторов возрастает по мере увеличения температуры и может вызывать сильный разогрев конденсатора. [4]

Поскольку ток утечки электролитических конденсаторов сильно зависит от времени, прошедшего с момента наложения напряжения и величины наложенного напряжения, для получения сравнимых результатов следует производить измерения при вполне определенных условиях. [5]

Погрешность измерения тока утечки электролитических конденсаторов не превышает 1 5 % от номинала шкалы миллиамперметра. [6]

По мере повышения температуры ток утечки электролитических конденсаторов резко возрастает и может, в свою очередь, вызвать сильный разогрев конденсатора. [7]

Ток, протекающий через индикаторную лампу в этот момент, определяется током утечки электролитического конденсатора С14 ( 10 — 20 лиса), и поэтому лампа Л не светится. [9]

Специфические особенности электролитических конденсаторов, отличающие их от конденсаторов других типов, требуют особого подхода к измерению этих величин. Поскольку ток утечки электролитических конденсаторов сильно зависит от времени, прошедшего с момента наложения напряжения и величины наложенного напряжения, для получения сравнимых результатов следует производить измерения при вполне определенных условиях. [10]

Замеры производят как между самими выводами, так и между каждым из выводов и корпусом конденсатора. Для проверки тока утечки электролитических конденсаторов составляют цепь из источника напряжения постоянного тока ( равного рабочему напряжению конденсатора), миллиамперметра, ограничительного сопротивления и испытуемого конденсатора. Отсчет производят после зарядки конденсатора, который должен быть включен с соблюдением полярности. Так, например, для алюминиевых сухих электролитических конденсаторов он должен находиться в пределах 0 025 — ь 0 05 ма / мкф, у ЭТО-1 не более 2 — 3 мка, а у ЭМИ не более 0 5 ч — 3 мка. [11]

Предназначен для измерения емкости и тангенса угла потерь бумажных и электролитических конденсаторов, а также для измерения тока утечки электролитических конденсаторов . [12]

Чувствительность прибора с течением времени может измениться ( уменьшиться) главным образом вследствие частичной потери эмиссии ламп. Кроме того, могут оказывать влияние колебания напряжения сети и режима ламп из-за непостоянства величины сопротивлений анодных нагрузок и токов утечки электролитических конденсаторов . Поэтому периодически чувствительность прибора следует проверять и, если нужно, соответствующим образом корректировать. При смене ламп чувствительность регулируется обязательно. [13]

Чувствительность прибора с течением времени может измениться ( уменьшиться) главным образом за счет частичной потери эмиссии ламп. Кроме того, могут оказывать влияния колебания напряжения сети и режима ламп вследствие непостоянства величины сопротивлений анодных нагрузок и токов утечки электролитических конденсаторов . Поэтому периодически чувствительность прибора нужно проверять и, если нужно, соответствующим образом корректировать. При смене ламп чувствительность регулируется обязательно. [14]

Электролитические конденсаторы выпускаются на рабочее напряжение 8 — 500 в. Они имеют относительно большой тангенс угла диэлектрических потерь ( у лучших из них он составляет 0 05 — 0 1) — Ток утечки электролитических конденсаторов обычно не превышает 1 — 2 ма. [15]

Преимущества

Очень важное свойство плёночного конденсатора — это способность самовосстаналиваться, что даёт возможность защитить радиоэлемент от преждевременного отказа. Тем самым обеспечивается высокая его надёжность, если сравнивать с другими типами. Другое замечательное свойство — большая тепловая стабильность и хорошие электрохимические свойства Также они обладают низким последовательным сопротивлением и достаточной способностью к нагрузкам по переменному току, что уменьшает нагрев при работе. Все указанные преимущества позволяют широко применять данные типы в радиоэлектронике, вычислительной и электроизмерительной технике и во многих других отраслях, связанных с применением схемотехники. Недостатки: малая диэлектрическая проницаемость.

Проверка работоспособности конденсатора

Проще всего проверить исправность радиоэлемента при помощи мультиметра. В режиме проверки ёмкости, который имеется на современных цифровых приборах, можно достаточно быстро определить, пригоден ли радиоэлемент для дальнейшего использования. Используя стрелочный тестер, необходимо проследить отклонение стрелки. После небольшого скачка она возвращается в положение «0» или есть небольшое отклонение. Это говорит о неисправности (пробое). Такой компонент использовать нельзя из-за угрозы возникновения короткого замыкания в цепи. Если стрелка слегка отклоняется, но не достигает бесконечности, здесь присутствует так называемый ток утечки, а емкость маловата. При использовании такого элемента неэффективная работа приведёт к тому, что функции будут реализованы не на 100%. Применение такого конденсатора нецелесообразно.

Как проверить плёночный конденсатор

Как проверить плёночный конденсатор, если он запаян на плате? Присоединив в цепь параллельно исправный, подобный испытуемому элемент, можно сделать вывод о необходимости замены и понять, работоспособен ли прежний компонент.

Как заменить вздутый конденсатор

Рассмотрим, что нужно делать, если вздулся конденсатор на материнской плате. Собственно, путей решения проблемы всего два: отнести ПК в сервисный центр или попытаться исправить неисправность самостоятельно.

Важно! Решать проблему придётся в любом случае. Даже если система работает стабильно, вздутие – это только начало. Очень скоро конденсатор может выйти из строя окончательно. И, если он задействован в цепи электропитания важного устройства (например, микропроцессора), то это может привести к выходу из строя последнего.

Если принято решение сделать замену самостоятельно, то для этой цели потребуются следующие инструменты:

  1. паяльник малой мощности (до 30 Вт);
  2. вакуумный отсос припоя;
  3. кусачки;
  4. припой (желательно не содержащий свинца);
  5. любой паяльный флюс (в виде пасты, геля, спиртового раствора канифоли и т.д.);
  6. вата и спирт для удаления остатков флюса.

Естественно, понадобятся и новые детали для замены.

Внимание! Номинал элементов по ёмкости должен полностью соответствовать тому значению, которое написано на заменяемых деталях! Допускается использовать элементы с большим напряжением, но ёмкость должна быть точно такой же.

Последовательность действий при этом следующая:

  • ножки элемента мажутся флюсом и поочередно прогреваются паяльником;
  • как только припой на материнке на обеих ножках расплавится, следует аккуратно вынуть деталь из неё;
  • отверстия следует прочистить при помощи отсоса припоя;
  • далее необходимо, соблюдая полярность, вставить в материнку новый элемент, и кусачками отрезать ножки, чтобы они выступали не более, чем на 1-2 мм;
  • покрыть ножки и посадочные площадки флюсом и осуществить запайку нового элемента;
  • вымыть пространство вокруг места пайки при помощи ваты и спирта.

Маркировка

Ёмкость конденсатора обычно указана на корпусе. Производитель вправе сам решать, что включить в маркировку. Чтобы разобраться, следует внимательно изучить технические условия или иную техническую документацию на плёночный конденсатор. В международной системе принято измерять её в фарадах (от имени знаменитого физика Майкла Фарадея). Но 1 фарада — это большая емкость. Чтобы облегчить задачу, принято использовать частицы: пико-, микро-, нано-, например, ёмкость конденсатор плёночного в 100 нф будет равна 10-7 Ф.

Читайте также:  Ток базы в режиме отсечки

В случае, если маркировка пленочного конденсатора нечёткая вследствие потёртостей, можно узнать значение этой характеристики при помощи мультиметра с функцией замера емкости. Обычно мультиметр располагает пятью пределами. При тестировании щупы подключают к специальным штекерам для измерения емкости с обозначением Сх. Необходимо строго соблюдать полярность. Иногда вместо гнезд на панели имеются металлические пластины, к которым нужно подсоединить выводы конденсатора, не забывая про полярность.

Конденсаторы пленочные достаточно широко используются для работы в различных цепях постоянного и переменного тока, в бытовой аппаратуре и радиоэлектронике, в конструкциях на печатных платах. Множество модификаций и разнообразие габаритных размеров позволяет применять их практически без ограничений в любых конструкциях.

Ток — утечка — электролитический конденсатор

Ток утечки электролитических конденсаторов устанавливается примерно через 1 5 — 2 мин после включения их под напряжение. В момент включения он может быть значительно больше. [1]

Ток утечки электролитического конденсатора сильно зависит от времени с момента приложения напряжения до момента измерения ( рис. 280); обычно измерение тока утечки при проверке качества электролитических конденсаторов производят через 5 мин после включения под напряжение. Ток утечки также зависит от приложенного напряжения увеличиваясь с ростом напряжения сначала медленно, а затем быстро ( рис. 282); переход к напряжениям выше t / ф дает резкое возрастание тока. [3]

Ток утечки электролитических конденсаторов возрастает по мере увеличения температуры и может вызывать сильный разогрев конденсатора. [4]

Поскольку ток утечки электролитических конденсаторов сильно зависит от времени, прошедшего с момента наложения напряжения и величины наложенного напряжения, для получения сравнимых результатов следует производить измерения при вполне определенных условиях. [5]

Погрешность измерения тока утечки электролитических конденсаторов не превышает 1 5 % от номинала шкалы миллиамперметра. [6]

По мере повышения температуры ток утечки электролитических конденсаторов резко возрастает и может, в свою очередь, вызвать сильный разогрев конденсатора. [7]

Ток, протекающий через индикаторную лампу в этот момент, определяется током утечки электролитического конденсатора С14 ( 10 — 20 лиса), и поэтому лампа Л не светится. [9]

Специфические особенности электролитических конденсаторов, отличающие их от конденсаторов других типов, требуют особого подхода к измерению этих величин. Поскольку ток утечки электролитических конденсаторов сильно зависит от времени, прошедшего с момента наложения напряжения и величины наложенного напряжения, для получения сравнимых результатов следует производить измерения при вполне определенных условиях. [10]

Замеры производят как между самими выводами, так и между каждым из выводов и корпусом конденсатора. Для проверки тока утечки электролитических конденсаторов составляют цепь из источника напряжения постоянного тока ( равного рабочему напряжению конденсатора), миллиамперметра, ограничительного сопротивления и испытуемого конденсатора. Отсчет производят после зарядки конденсатора, который должен быть включен с соблюдением полярности. Так, например, для алюминиевых сухих электролитических конденсаторов он должен находиться в пределах 0 025 — ь 0 05 ма / мкф, у ЭТО-1 не более 2 — 3 мка, а у ЭМИ не более 0 5 ч — 3 мка. [11]

Предназначен для измерения емкости и тангенса угла потерь бумажных и электролитических конденсаторов, а также для измерения тока утечки электролитических конденсаторов . [12]

Чувствительность прибора с течением времени может измениться ( уменьшиться) главным образом вследствие частичной потери эмиссии ламп. Кроме того, могут оказывать влияние колебания напряжения сети и режима ламп из-за непостоянства величины сопротивлений анодных нагрузок и токов утечки электролитических конденсаторов . Поэтому периодически чувствительность прибора следует проверять и, если нужно, соответствующим образом корректировать. При смене ламп чувствительность регулируется обязательно. [13]

Чувствительность прибора с течением времени может измениться ( уменьшиться) главным образом за счет частичной потери эмиссии ламп. Кроме того, могут оказывать влияния колебания напряжения сети и режима ламп вследствие непостоянства величины сопротивлений анодных нагрузок и токов утечки электролитических конденсаторов . Поэтому периодически чувствительность прибора нужно проверять и, если нужно, соответствующим образом корректировать. При смене ламп чувствительность регулируется обязательно. [14]

Электролитические конденсаторы выпускаются на рабочее напряжение 8 — 500 в. Они имеют относительно большой тангенс угла диэлектрических потерь ( у лучших из них он составляет 0 05 — 0 1) — Ток утечки электролитических конденсаторов обычно не превышает 1 — 2 ма. [15]

Источник

Лабораторная по физике №5 — оцениваем ток утечки электролитических конденсаторов

Началось всё, как это часто и происходит, с прихода знакомого радиолюбителя с вопросом «А правда ли что параметры электролитических конденсаторов меняются во времени?». После уточнения того, какие конкретно параметры подразумеваются, решили, что интересно изменение тока утечки конденсатора связанное со временем. Более же конкретно задача выражалась словами – «вот конденсатор и он, будучи поставленным в цепь катодного смещения первого каскада усилителя, добавляет в музыку шумы и потрескивание. Можно узнать, что в нём происходит? Или даже посмотреть?».

Наверное, можно, но сначала

Немного отправной информации

Смотрим справочную литературу. Например, в «Справочнике по электрическим конденсаторам» под редакцией Четверткова И.И. и Смирнова В.Ф. (рис.1) и у Дэммера Дж.В.А. с Норденбергом Г.М. в книге «Конденсаторы постоянной и переменной ёмкости» (рис.2) находим места, посвящённые току утечки.

В справочнике «Конденсаторы» Горячевой Г.А. и Добромыслова Е.Р. говорится ещё и о том, что в процессе тренировки следует менять полярность подаваемого напряжения (рис.3).

Глядя на даты выхода в свет указанных источников, можно предположить, что эти рекомендации относятся к старым конденсаторам, сделанным в прошлом веке, а сейчас технологии производства уже, наверное, другие и всё не так критично, чтобы обращать на это внимание. Но, заглянув в справочные данные на достаточно современные алюминиевые электролитические конденсаторы EPCOS (рис.4), находим и там информацию о токе утечки, времени хранения, формовке (формировании) конденсаторов (см. приложение к тексту).

Итак, некоторая информация есть. Теперь вопрос в том, как построить эксперимент.

Так как дело это небыстрое, то можно использовать программу SpectraPLUS и звуковую карту с открытыми входами – это позволит делать замеры уровня постоянного напряжения на протяжении 1 часа и сохранять данные. Сама проверочная схема состоит из 3-х резисторов и показана на рисунке 5. Значение резистора R3 выбрано избыточно большим с целью уменьшения протекающего тока и «растягивания по времени» происходящих процессов. Конденсаторы подключаются зажимами «крокодил» — во-первых, это ускоряет замену, а во-вторых, если нет пайки, то нет и нагрева исследуемого элемента и не надо ждать, пока он остынет.

До установки конденсатора в схему, на выходе источника питания выставляется напряжение формовки, равное указанному на корпусе конденсатора напряжению. Затем источник питания выключается, конденсатор зажимается «крокодилами» и источник включается. В этот момент через конденсатор начинают бежать два тока – зарядный и ток утечки и на резисторе R2 «падает» напряжение, соответствующее сумме этих токов. Оно подаётся в звуковую карту и отображается в окне «Time Series» («Осциллограф») программы SpectraPLUS в виде некоторого уровня напряжения, меняющегося во времени. Максимальный подаваемый в карту уровень определяется отношением сопротивлений делителя R3/R2 и выбранным напряжением источника питания — при установке 16 В это будет около 0,23 В. По прошествии часа источник питания выключается и данные сохраняются в виде скриншотов графиков.

Наверное, стоит уточнить, что основная задача эксперимента заключается не в отформовке конденсаторов, а в наблюдении самого процесса и в нахождении отличий его протекания при установке разных конденсаторов (если, конечно, эти отличия существуют).

Кроме принесённого конденсатора, дома нашлось ещё немало других, когда-то стоявших в старых блоках питания компьютеров и материнских платах (рис.6). Их тоже можно «померить» — все они более двух-трёх лет не были под напряжением и если рекомендации по обязательной формовки после длительного бездействия считать верной, то на примере нескольких выбранных экземпляров мы после подачи напряжения на конденсатор должны будем увидеть изменения в токе утечки.

Эксперименты

Повторюсь, что время снятия графиков около 1 часа – это шкала «X» (около 3600 секунд). Указанные на шкале «Y» значения напряжений на самом деле следует делить в 10 раз — т.е. отметке «1,500 В» соответствует входное напряжение 150 мВ (это следует учитывать, если требуется посчитать протекающий через R2 ток).

Сначала были получены графики токов через конденсаторы на номинальное напряжение 16 В. Они показаны на рисунке 7. Сверху вниз – 3300×16 зелёный TEAPO, 3300×16 коричневый Su`scon, 2200×16 чёрный Fuhjyyu, 2200×16 чёрный VENT, 2200×16 чёрный SC (или CS), 1500×16 коричневый Elite. Видно, что вид графиков нельзя строго привязать к емкостному значению проверяемых конденсаторов – многое зависит от тока и попадаются экземпляры как с малым током утечки, так и с большим.

На рисунке 8 – токи конденсаторов на напряжение 10 В – 3900×10 зелёный TEAPO, 3300×10 чёрный OST IQ, 3300×10 коричневый LXJ, 2200×10 коричневый Su`scon. Привязать вид графиков к ёмкости тоже никак нельзя. Всплески у TEAPO – это результат процессов, происходящих в конденсаторе.

Токи через конденсаторы на 6,3 В – на рисунке 9 (3300×6 синий OST, 2200×6 зелёный TEAPO, 2200×6 коричн Nichicon, 1500×6 зелёный SANYO, 1200×6 зелёный CHOYO, 1000×6 голубой TEAPO). Всплески у CHOYO – это тоже результат внутренних процессов и это как раз тот самый конденсатор, что был принесён знакомым радиолюбителем и, надо полагать, что именно эти процессы вызывают шумы и трески в усилителе.

Читайте также:  Что такое датчики тока lem

Спустя некоторое время был проверен К50-35 4700х16 1994 года выпуска, пролежавший без дела более 20 лет. График оказался «неплохой» (рис.10), а дав постоять конденсатору под напряжением несколько часов, в результате получили график с достаточно малым током утечки (рис.11), что видно даже за первую минуту контроля.

Перед многочасовой формовки К50-35 на нём было проверено влияние температуры на ток утечки – конденсатор в течении 4 минут нагревался горячим воздухом из паяльного фена. На рисунке 12 это участок до вертикальной черты (с наведёнными помехами от нагревательного элемента, питающегося через симисторный регулятор). Затем, после прекращения обдува, ещё некоторое видно увеличение тока (связанное, скорее всего с внутренним прогревом конденсатора), а потом следует его уменьшение по мере охлаждения корпуса. Если усреднить шумы графика, то увеличение тока утечки можно оценить в 3-4 раза.

Также, следуя рекомендациям по формированию конденсаторов EPCOS, были сняты два измерения с бОльшим формовочным током (сопротивления резисторов R2 и R3 уменьшены до значений 15 Ом и 100 Ом соответственно). Графики (рис.13) получились разными по току и сходные с графиками, показанными выше, что говорит о принципиальной верности измерений, проведённых с малым током.

Про шумы

Во время снятия графиков напряжений одновременно проводился и анализ шумов этих напряжений. Так как применялась звуковая карта с большим собственным шумом и открытым входом, спектры получились не очень информативные (рис.14), но всё же показывающие понижение шумов на низких частотах по прошествии часовой формовки, даже если получить малый ток утечки не удавалось. Тёмные спектры сняты спустя 2 минуты после подачи напряжения, светлые спектры – в конце часа формовки.

Чтобы убедиться в том, что по уровню шумов можно оценивать «активность» тока утечки, у конденсатора К50-35 анализ спектра был проведён на менее шумящей карте (рис.15). Здесь тёмный спектр соответствует шуму конденсатора, прошедшего часовую формовку, а светлый – это шум после многочасового нахождения под напряжением.

Про ёмкость

Перед началом экспериментов ёмкости всех конденсаторов были измерены программой RLC-meter и все показания были близки к указанным на корпусах. После экспериментов замеры повторили и у большинства конденсаторов ёмкость имела примерно такое же значение, а у некоторых заметно подросла. Например, у К50-35 оказалась даже больше номинальной — 4740 мкФ (рис.16). Эквивалентное сопротивление, конечно, великовато, но учитывая, что конденсатору 25 лет, это можно считать нормальным, т.е. соответствующим возрасту, значением.

Подведение итогов

Итог простой — при более-менее ответственном подходе к конструированию радиоаппаратуры не следует пренебрегать формовкой (формированием/тренировкой) электролитических конденсаторов, как это и указано в технической литературе.

Также, наверное, следует внимательнее относится к аппаратуре, если она новая или долгое время простояла без работы. К примеру, если УНЧ полгода-год пролежал в кладовке или под столом, то следует дать ему постоять включенным некоторое время, прежде чем слушать. Возможно, что процесс формовки конденсаторов входит в то, что в аудиофильском мире называется словами «аппарат приигрывается».

Источник



Ток утечки в конденсаторах это

Конденсаторы, как правило, это рулон или пачка (стопка) фольги (токопроводящей плёнки) разделённой диэлектриком.
Соответственно, для случая с рулоном, если выводы конденсаторы подключены только к одному концу фольги в рулоне, то сама фольга является катушкой индуктивности.
Для случая с пачкой пластин, тоже важно, куда подключены выводы и как соединены между собой пластины пачки.

Омическое сопротивление выводов и обкладок конденсаторов

Обкладки и вывода конденсатора изготовлены из материалов, удельное сопротивление которых не равно нулю (не из сверхпроводников), соответственно конденсаторы имеют паразитное сопротивление, которое как бы подключено последовательно с ним.

Индуктивность выводов и обкладок вместе с паразитным сопротивлением выводов и обкладок конденсатора складываются в «Эквивалентное последовательное сопротивление» или ESR.
На постоянном токе и низких частотах без крутых фронтов и спадов этот параметр не заметен, в случае работы конденсатора в импульсных цепях и с повышением частоты качество работы конденсатора с высоким (большим) ESR ухудшается.

Величина ESR и паразитных параметров вносящих вклад в него сильно разнится между типами конденсаторов и марками конденсаторов в рамках одного типа.
Например, взять электролитические конденсаторы, выпускаются как варианты с большей величиной ESR (более дешевые), обычно ставятся в УНЧ как разделительные на выходе и как блокировочные, там же, в питание:
Фотография электролитического конденсатора, внешний вид электролитического конденсатора
так и с меньшей величиной ESR (обычно более дорогие, раза в 2 дороже), предназначенные для работы в импульсных устройствах:
Фотография электролитического конденсатора с низким ESR, внешний вид электролитического конденсатора с низким ESR
можно видеть, что при практически одинаковых габаритах и одинаковом рабочем напряжении конденсатор с низким ESR имеет почти в 2 раза меньшую ёмкость:
Электролитический конденсатор в с равнении с конденсатором с низким ESR

Фотография танталовых конденсаторов, внешний вид танталовых конденсаторов

Низким ESR при относительно большой удельной ёмкости обладают танталовые конденсаторы, например старый добрый «тантал» марок К52-1, К52-2, К52-9, К53-1 , ЭТО, есть и импортные танталовые конденсаторы в том числе и в SMD исполнении:

Как есть разные по ESR типы электролитических конденсаторов, так имеются и различные плёночные конденсаторы, например серия K78-2 (импортный аналог CBB 81) предназначена для работы в импульсных цепях, на переменном напряжении в том числе и достаточно высокой частоты, так есть и плёночные конденсаторы, которые окажись в этих цепях будут «пухнуть и дохнуть», но хорошо будет работать на низких частотах, например серия К73-17.

Если у вас по какой то причине нет электролитического конденсатора с низким ESR, то допустимо установить самый обычный электролит, но зашунтировать его хорошим плёночным или керамическим конденсатором как можно большей ёмкости.

Ток утечки конденсаторов

Проявляется так, словно параллельно конденсатору подключен некий резистор с сопротивлением R.
Ток утечки зависит от типа конденсатора и качества диэлектрика.
Например, при одной и той же ёмкости и рабочем напряжении, у электролитических конденсаторов ток утечки больше, чем у плёночных, а у плёночных больше чем у керамических.
Естественно ток утечки зависит и от типа корпуса и степени его загрязнённости.
У конденсаторов, конструкция которых не герметична со временем ток утечки может возрасти в связи с тем, что они «напитаются» влагой из воздуха, особенно это справедливо для конденсаторов с диэлектриком бумага-масло.
Большой ток утечки (малое электрическое сопротивление изоляции конденсатора) чревато тем, что конденсатор теряет способность выполнять свою главную функцию — пропускать переменный ток и не пропускать постоянное напряжение.
Чем это грозит?
— Конденсатор с большим током утечки установленный в качестве разделительного анод-сетка в схеме на лампах откроет лампу на сетку которой приходит, током, который будет течь с анода предыдущей лампы, соответственно режим работы схемы нарушиться.
— Электролитический конденсатор с большим током утечки включенный параллельно к источнику постоянного тока, в цепь фильтрации, будет нагреваться и выйдет из строя (взорвётся).
— Постоянный ток протекающий через конденсатор с большим током утечки будет создавать шум в цепи в которую этот конденсатор включен.

Паразитная ёмкость конденсаторов

Фотография керамических конденсаторов, внешний вид керамических конденсаторов

Как и у резисторов у конденсаторов имеется паразитная ёмкость, это ёмкость обкладок конденсатора к окружающим его деталям, обкладок к корпусу, его выводов к окружающим деталям и проводникам.
Как правило эта величина мала в сравнении с ёмкостью самого конденсатора, но для конденсаторов малой ёмкости (1 . 20 пф) в ВЧ (мегагерцы, гигагерцы) устройствах о ней не стоит забывать, особенно если конденсатор имеет большие габариты, например:

ТКЕ (температурный коэффициент ёмкости)

Параметр, определяющий на сколько ёмкость конденсатора изменяется от его температуры. Возникновение данного эффекта всецело связано с расширением материалов из которых изготовлен конденсатор под влиянием температуры.
Это очень важный параметр для ВЧ устройств и конденсаторов малой ёмкости.
Обычно этот параметр не нормируется для электролитических конденсаторов, которые заведомо не предназначены для работы в цепях высокой частоты и нормируется у конденсаторов которые предназначены для работы в ВЧ цепях (керамические конденсаторы).
Положительный ТКЕ — ёмкость увеличивается с повышением температуры и отрицательный ТКЕ — ёмкость уменьшается с повышением температуры.

Реактивная мощность конденсаторов

Фотография конденсаторов КВИ, внешний вид конденсаторов КВИ

Параметр настолько же важный, как и рабочее напряжение конденсатора, если речь заходит о применении конденсатора в мощном высокочастотном (сотни килогерц — мегагерцы) устройстве.
Реактивная мощность конденсаторов измеряется в ВАр (Вольт-Ампер реактивных).
Реактивная мощность которую способен «пропустить через себя» конденсатор зависит от типа его диэлектрика (тангенс потерь диэлектрика) и габаритов конденсатора.
Обычно никто ни где и никогда не указывает в схемах и описаниях к ним реактивную мощность, на которую должны быть рассчитаны конденсаторы в той или иной схеме, надеясь на опыт того, кто будет собирать схему, а этот параметр действительно важен.
Например, возьмём П-контур транзисторного усилителя мощности с выходной мощностью 100 ватт на 28 мегагерц с 50-ти омным выходом и питанием от 13 вольт (автомобильный усилитель). Реактивная мощность, на которую должен быть рассчитан выходной конденсатор (со стороны 50 ом) будет порядка 978 ВАр.
Чем чревата установка конденсатора с низкой реактивной мощностью в узел, где требуется высокая реактивная мощность конденсатора?
— Нагрев конденсатора, его вспучивание и поломка, отпайка выводов конденсатора.
Для конденсаторов, которые рассчитаны на работу в цепях с большими токами и напряжениями высоких частот есть данные об их реактивной мощности, например такие керамические конденсаторы КВИ и К15-У:

Читайте также:  Генераторы переменного тока для мотоциклов

маломощные керамические конденсаторы предназначенные для работы в ВЧ цепях, например К10-47 тоже имеют нормированную реактивную мощность, правда малую 1 . 40 ВАр, даже керамические подстроечные конденсаторы, например для подстроечных конденсаторов КТ4-23 эта мощность 25 ВАр.
Реактивная мощность конденсатора далеко не всегда зависит от его габаритов!
Например, реактивная мощность слюдяных конденсаторов КСО-13 всего 150 ВАр, хотя они имеет внушительные габариты, конденсатор 1500пф на 5000 вольт — 65х40х14 мм (без выводов).
Мала и реактивная мощность конденсаторов К15-5, причина тому плохая керамика, применяемая в них в качестве диэлектрика (они не рассчитаны на работу в ВЧ цепях).

Какие конденсаторы где уместно применять?
Простые электролитические (К50-35, . ) Линейные аналоговые УНЧ (разделительные, фильтры по питанию).
Электролитические с низким ESR (импорт, серии: «SC», «SX»), Танталовые Импульсные устройства (фильтрация питания).
Плёночные K78-2 (CBB 81) Импульсные устройства (в силовых цепях), «низкое» ВЧ (до единиц мегагерц, но не в частотозадающих цепях).
Керамические ВЧ устройства (в том числе и в частотозадающих цепях, справедливо для конденсаторов с нормированным ТКЕ, не группы Н70), импульсные устройства.
КВИ (КВИ-1, КВИ-2, КВИ-3) ВЧ цепи с большими ВЧ напряжениями и токами (но не в частотозадающих цепях), импульсные устройства
К15-У ВЧ цепи с большими ВЧ напряжениями и токами (в том числе и в частотозадающих цепях), импульсные устройства.
Вакуумные (КВН, КВК, КП1) ВЧ цепи с большими ВЧ напряжениями и токами (в том числе и в частотозадающих цепях), импульсные устройства.

Общие правила, которым стоит придерживаться при выборе конденсатора в ту или иную цепь:
— Если ТКЕ не нормирован, не нужно ставить такой конденсатор в частотозадающую цепь.
— Если реактивная мощность конденсатора не нормирована, не нужно ставить такой конденсатор в мощную ВЧ цепь.
— Если вы не знаете с низким ESR электролитический конденсатор или самый дешевый, зашунтируете его керамикой или хорошей плёнкой, например К78-2 как можно большей ёмкости.

Источник

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Что такое ток утечки конденсатора и как его уменьшить

Ток утечки конденсатора: причины и особенности

Конденсатор является наиболее распространенным компонентом в электронике и используется почти во всех электронных устройствах. Есть много типов конденсаторов, доступных на рынке для различных целей в любой электронной схеме. Они доступны во многих различных значениях емкости от 1 пикофарадного до 1-фарадного конденсатора и суперконденсатора (ионистора). Конденсаторы также имеют различные типы характеристик, такие как рабочее напряжение, рабочая температура, допуск на номинальное значение и ток утечки.

Что такое ток утечки конденсатора и как его уменьшить

Ток утечки конденсатора является критическим фактором для применения, особенно если он используется в силовой электронике или аудиоэлектронике. Различные типы конденсаторов обеспечивают разные значения тока утечки. Помимо выбора идеального конденсатора с надлежащей утечкой, цепь также должна иметь возможность контролировать ток утечки. Итак, сначала мы должны иметь четкое понимание тока утечки конденсатора.

Ток утечки конденсатора имеет прямую связь с диэлектриком конденсатора. Давайте посмотрим на следующее изображение.

Что такое ток утечки конденсатора и как его уменьшить

Это изображение представляет собой внутреннюю конструкцию алюминиевого электролитического конденсатора. Алюминиевый электролитический конденсатор состоит из нескольких частей, которые заключены в компактную герметичную упаковку. Эти части: анод, катод, электролит, диэлектрический слой изолятора и т. д.

Диэлектрический изолятор обеспечивает изоляцию проводящей пластины внутри конденсатора. Но поскольку в этом мире нет ничего идеального, изолятор не является идеальным изолятором и имеет допуск на изоляцию. Из-за этого через изолятор будет проходить очень небольшое количество тока. Этот ток называется током утечки.

Такое протекание тока может быть продемонстрировано с помощью схемы простого конденсатора и резистора.

Что такое ток утечки конденсатора и как его уменьшить

Резистор имеет очень высокое значение сопротивления, которое можно идентифицировать как сопротивление изолятора, а конденсатор используется для воспроизведения фактического конденсатора. Поскольку резистор имеет очень высокое значение сопротивления, ток, протекающий через резистор, очень низкий, как правило, в нескольких наноампер. Сопротивление изоляции зависит от типа диэлектрического изолятора, поскольку различные типы материалов изменяют ток утечки. Низкая диэлектрическая постоянная обеспечивает очень хорошее сопротивление изоляции, что приводит к очень низкому току утечки. Например, конденсаторы полипропиленового, пластикового или тефлонового типа являются примером низкой диэлектрической проницаемости. Но для этих конденсаторов емкость меньше. Увеличение емкости также увеличивает диэлектрическую проницаемость. Электролитические конденсаторы обычно имеют очень высокую емкость, и ток утечки также высок.

От чего зависит ток утечки конденсатора

Ток утечки конденсатора обычно зависит от следующих четырех факторов: диэлектрический слой, температура окружающей среды, температура хранения, приложенное напряжение. Рассмотрим влияние этих факторов на ток утечки.

Конструкция конденсатора требует химического процесса. Диэлектрический материал является основным разделением между проводящими пластинами. Поскольку диэлектрик является главным изолятором, ток утечки имеет с ним большие зависимости. Поэтому, если диэлектрик закаливается в процессе производства, это будет непосредственно способствовать увеличению тока утечки. Иногда в диэлектрических слоях присутствуют примеси, что приводит к слабости слоя. Более слабый диэлектрик уменьшает ток, что также способствует медленному процессу окисления. Не только это, но и неправильное механическое напряжение также способствуют диэлектрической слабости в конденсаторе.

Конденсатор имеет рейтинг рабочей температуры. Максимальная рабочая температура может варьироваться от 85 градусов Цельсия до 125 градусов Цельсия или даже больше. Поскольку конденсатор представляет собой химически составленное устройство, температура имеет прямую связь с химическим процессом внутри конденсатора. Ток утечки обычно увеличивается, когда температура окружающей среды достаточно высока.

Хранение конденсатора в течение длительного времени без напряжения – плохо для конденсатора. Температура хранения также является важным фактором для тока утечки. Когда конденсаторы хранятся, оксидный слой подвергается воздействию материала электролита. Оксидный слой начинает растворяться в материале электролита. Химический процесс отличается для разных типов электролита. Электролит на водной основе нестабилен, тогда как инертный электролит на основе растворителя обеспечивает меньший ток утечки из-за уменьшения окислительного слоя.

Каждый конденсатор имеет номинальное напряжение. Поэтому использование конденсатора выше номинального напряжения – это плохо. Если напряжение увеличивается, ток утечки также увеличивается. Если напряжение на конденсаторе выше номинального напряжения, химическая реакция внутри конденсатора создает газы и разлагает электролит.

Если конденсатор хранится в течение длительного времени, например, в течение многих лет, конденсатор необходимо восстановить в рабочее состояние, обеспечив номинальное напряжение в течение нескольких минут. На этой стадии окислительный слой снова накапливается и восстанавливает конденсатор в функциональной стадии.

Как уменьшить ток утечки конденсатора

Как обсуждалось ранее, конденсатор имеет зависимости от многих факторов. Первый вопрос: как рассчитывается срок службы конденсатора? Ответ заключается в подсчете времени до истечения электролита. Электролит расходуется окислительным слоем. Ток утечки является основным компонентом для измерения степени загрязнения окислительного слоя. Следовательно, уменьшение тока утечки в конденсаторе является основным ключевым компонентом для срока службы конденсатора.

Производство или производственная установка – это первое место в жизненном цикле конденсаторов, где конденсаторы тщательно изготавливаются для обеспечения низкого тока утечки. Необходимо принять меры предосторожности, чтобы диэлектрический слой не был поврежден.

Второй этап – хранение. Конденсаторы должны храниться при надлежащей температуре. Неправильная температура влияет на электролит конденсатора, что еще более ухудшает качество окислительного слоя. Убедитесь, что конденсаторы хранятся при надлежащей температуре окружающей среды, меньше максимальной величины.

На третьем этапе, когда конденсатор припаян на плате, температура пайки является ключевым фактором. Потому что для электролитических конденсаторов температура пайки может стать достаточно высокой, превышающей температуру кипения конденсатора. Температура пайки влияет на диэлектрические слои на свинцовых выводах и ослабляет окислительный слой, что приводит к высокому току утечки. Чтобы преодолеть это, каждый конденсатор поставляется с паспортом, где производитель указывает безопасную температуру пайки и максимальное время выдержки. Нужно быть осторожным с этими оценками для безопасной работы соответствующего конденсатора. Это также применимо к конденсаторам поверхностного монтажа (SMD), пиковая температура пайки оплавлением или волной не должна превышать максимально допустимого значения.

Поскольку напряжение на конденсаторе является важным фактором, напряжение на конденсаторе не должно превышать номинальное напряжение.

Не менее важна балансировка конденсатора в последовательном соединении. Последовательное соединение конденсаторов представляет собой сложную работу по балансировке тока утечки. Это связано с дисбалансом тока утечки, делением напряжения и разделением между конденсаторами. Раздельное напряжение может быть различным для каждого конденсатора, и может быть вероятность того, что напряжение на конкретном конденсаторе может быть больше, чем номинальное напряжение, и конденсатор начнет работать со сбоями.

Чтобы преодолеть эту проблему, два отдельных резистора добавляются параллельно конденсаторам, чтобы уменьшить ток утечки. На рисунке ниже показана методика балансировки, при которой два последовательно соединенных конденсатора уравновешиваются с помощью высококачественных резисторов.

Что такое ток утечки конденсатора и как его уменьшить

Используя метод балансировки, можно регулировать разницу напряжения, которая влияет на ток утечки.

Источник