ЧТО ТАКОЕ КОНДЕНСАТОРЫ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОНДЕНСАТОРОВ

Основа конструкции конденсатора — две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик

Слева — конденсаторы для поверхностного монтажа; справа — конденсаторы для объёмного монтажа; сверху — керамические; снизу — электролитические. На танталовых конденсаторах (слева) полоской обозначен «+», на алюминиевых (справа) маркируют «-».

SMD-конденсатор на плате, макрофотография

Различные конденсаторы для объёмного монтажа

Конденсатор является пассивным электронным компонентом. В СИ ёмкость конденсатора измеряется в фарадах.

Нередко для оценки зависимости 
диэлектриков, а также емкости конденсаторов
от температуры указывается температурный
коэффициент диэлектрической проницаемости:

и температурный коэффициент емкости:

Связь между коэффициентами может быть
получена при учете влияния температуры
на геометрические размеры конденсатора.
Рассмотрим конденсатор с обкладками
площадью S и диэлектриком
с проницаемостью 
и толщиной l.

l – температурный
коэффициент линейного расширения
материала диэлектрика. Рассматривая
конденсатор с квадратными обкладками
со стороной a, можно
показать, что если температурный
коэффициент линейного расширения
металлических обкладок lмо,
то S=2lмо.
Для конденсатора при свободном расширении
материала обкладок и конденсатора
получим

Если электроды имеют тот же коэффициент
линейного расширения, что и диэлектрик,
на который, например, нанесены тонкие
и прочно соединенные с ним металлические
слои, служащие электродами, получим

Если зависимость емкости от температуры
носит линейный характер, то величину
ТКЕ (К-1) можно вычислить по
формуле

где С1, С2
— емкости при температурах T1
и T2 соответственно.

Если требуется определить значение
температурного коэффициента емкости
ТКЕ для конденсатора, то для этого
по экспериментальным данным строится
график C=f(Т),
по которому с помощью графического
дифференцирования определяется ТКЕ
(рисунок 1.3 ).
С этой целью через точку А,
соответствующую температуре ТA,
для которой требуется определить ТКЕ,
проводится касательная. Затем строится
треугольник (произвольных размеров)
АВК.

Отношение вертикального катета ВК
к горизонтальному АВ (с учетом
масштабов) дает производную

Разделив полученную величину на СА
получим ТКЕ для температуры ТA.

Следует помнить, что в общем случае
производная не равнозначна тангенсу
угла наклона касательной к оси абсцисс
, так как тангенс
всякого угла – величина безразмерная,
а производная в рассматриваемом случае
имеет размерность пФ/К.

Основные параметры конденсатора

Емкостью
в одну фараду обладает конденсатор,
который накапливает заряд, величиной
в один кулон, если приложить к пластинкам
напряжение один вольт. Сном
зависит от материала диэлектрика и
конструкции конденсатора (взаимного
расположения обкладок)

εо
–
диэлектрическая постоянная εо
= 8,85 х 10-12
Ф/м,

ε
— относительная диэлектрическая
проницаемость, которая характеризует
способность диэлектрика к поляризации.
Диэлектрическая
проницаемость ε
показывает, во сколько раз заряд
конденсатора с данным диэлектриком
превосходит заряд аналогичного
накопителя, если между его пластинками
той же площади и находящихся на таком
же расстоянии вакуум. Для воздуха ε
равна единице, то есть практически ничем
не отличается от вакуума. Сухая бумага
обладает диэлектрической проницаемостью
в два раза больше воздуха; фарфор – в
четыре с половиной раза ε
= 4,5. Конденсаторная керамика имеет ε
= 10.200 единиц.

Отсюда вытекает
важный вывод: чтобы получить максимальную
емкость при сохранении прежних
геометрических размеров, следует
применять диэлектрик с максимальной
диэлектрической проницаемостью. Поэтому
в широко распространённых плоских
конденсаторах используют керамику.

S
– площадь обкладок конденсатора,

d
– расстояние
между обкладками (толщина диэлектрика).

Физический
смысл данной формулы следующий: чем
больше площадь обкладок, тем больше
зарядов на ней может расположиться
(накопиться); чем больше расстояние
между пластинами и соответственно между
зарядами, тем меньшая сила их взаимного
притяжения – тем слабее они удерживаются
на обкладках, поэтому зарядам легче
покинуть обкладки, что приводит к
снижению их числа, следовательно и
уменьшению емкости конденсатора.

Ранее часто можно
было услышать такое утверждение, что
емкость в 1 Ф – это очень много – почти
емкость нашей планеты. Однако сейчас,
с появлением суперконденсаторов так
больше не говорят, поскольку емкость
последних достигает сотни фарад. Тем
не менее в большинстве электронных схем
используют накопители меньшей C –
пикофарады, нанофарады и микрофарады.

Фактическое
значение емкости может отличаться от
номинального на величину допускаемого
отклонения в процентах.

Для
емкостей, также как для резисторов,
установлены семь рядов номинальных
значений: ЕЗ, Е6, Е12, Е24, Е48, Е95, Е192 . Каждый
ряд имеет свой класс точности

В
зависимости от класса точности
(допустимого отклонения) производятся
стандартные значения емкости, то есть
стандартные номиналы конденсаторов.
Емкость в приведенной ниже таблице
исчисляется пикофарадами. Любое значение
из таблицы может быть умножено на 0,1 или
1 или 10 и т.д.

Протекание
электрического тока через любой
радиоэлектронный элемент вызывает его
нагрев, ввиду неизбежного наличия
сопротивления. Чем больше ток и выше
сопротивление, тем интенсивнее нагревается
прибор. Такое явление в большинстве
случаев является вредным и может привести
к изменению параметров схемы, а
соответственно и нарушить режим работы
всего устройства. Поэтому нагрев
радиоэлектронных элементов всегда
учитывается при проектировании изделия.
Характеристики конденсаторов также
склонны изменятся с изменением температуры
и с этим обязательно нужно считаться.
Для этого введен температурный
коэффициент емкости,
сокращенно
ТКЕ.

ТКЕ
показывает, насколько отклоняется
емкость конденсатора от номинального
значения с ростом температуры. Значение
емкости С0
конденсатора
приводится для температуры окружающей
среды +20 С.

Рост температуры
может вызвать как рост емкости, так и
ее уменьшение. В зависимости от этого
различают конденсаторы с положительным
и отрицательным температурным
коэффициентом емкости.

Следует
знать, чем меньше значение ТКЕ, тем более
стабильными характеристиками обладает
конденсатор. Особое внимание уделяют
ТКЕ при разработке измерительного
оборудования высокого класса точности,
где критичны значительные отклонения
параметров любого радиоэлектронного
элемента.

Обратной
величиной тангенса угла потерь
конденсатора является добротность,
равная

Конденсаторы
высокого качества обладают добротностью
свыше тысячи единиц.

Номинальное
напряжение
— напряжение, обозначенное на конденсаторе
(или указанное в документации), при
котором он может работать в заданных
условиях в течение срока службы с
сохранением параметров в допустимых
пределах. Все конденсаторы имеют какое-то
предельное напряжение, которое можно
на них подавать. Дело все в том, что может
произойти пробой диэлектрика, и
конденсатор выйдет из строя. Чаще всего
это напряжение пишут на самом корпусе
конденсатора. Например, на электролитическом
конденсаторе.

Кроме
номинального рабочего напряжения в
технических условиях обычно указывается
испытательное напряжение. При выборочном
выходном контроле оценивают способность
конденсатора выдерживать кратковременные
перегрузки Uисп
= (1,5 – 2)U
ном

Дело все в том, что
какой бы ни был диэлектрик, конденсатор
все равно рано или поздно разрядится,
так как через диэлектрик, как ни странно,
все равно течет ток. Величина этого тока
у разных конденсаторов тоже разная.
Электролитические конденсаторы обладают
самым большим током утечки.

Также
ток утечки зависит от напряжения между
обкладками конденсатора. Здесь уже
работает закон Ома: I=U/Rдиэлектрика.
Поэтому, никогда не стоит подавать
напряжение больше, чем максимально
рабочее напряжение, прописанное на
конденсаторе.

Sподложки
– площадь,
которую занимает конденсатор на подложке.

Величина
удельной емкости должна быть максимально
возможной, т. к. желательно получить
конденсатор с необходимой величиной
емкости при минимальных размерах.

Хотите
сделать конденсатор с огромной удельной
емкостью, делайте площадь пластин как
можно больше, расстояние между пластинами
как можно меньше и выбирайте диэлектрик
с максимальным значением диэлектрической
проницаемости. К сожалению, все эти
способы получения максимальной Суд
имеют серьезные ограничения.

Уменьшение толщины
диэлектрика ограничено электрической
прочностью материала.

Выбор
материала с большой диэлектрической
проницаемостью приводит к ограничению
частотного диапазона применения
конденсатора, т.к. как правило, такие
материалы обладают большим значением
тангенса угла
диэлектрических потерь tg δ.

Поэтому часто, для
увеличения удельной емкости используют
разные конструктивные решения.

Слюдяной герметичный конденсатор в металлостеклянном корпусе типа «СГМ» для навесного монтажа

Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др.

По виду диэлектрика различают:

Керамический подстроечный конденсатор

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:

В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

Также различают конденсаторы по форме обкладок: плоские, цилиндрические, сферические и другие.

Применение конденсаторов и их работа

Батарея конденсаторов 150 кВ 75 МВ·А на электрической подстанции

Конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники.

Классификация конденсаторов по виду диэлектрика и тке

Для создания емкости в конденсаторе
применяют различные диэлектрики. В
зависимости от типа диэлектрика
конденсаторы разделяются на несколько
типов:

Основным недостатком конденсатора с
жидким диэлектриком является пониженная
стабильность емкости, обусловленная
резко увеличенным значением ТК,
что исключает возможность применения
конденсаторов этого типа для радиоаппаратуры
с высокой стабильностью частоты контура.

Самым широким диапазоном ТК
обладают твердые неорганические
диэлектрики, многие неорганические
диэлектрики отличаются небольшим
значением коэффициента линейного
расширения, что позволяет при использовании
таких диэлектриков получать малые
значения ТК.
В зависимости от ТК
вся конденсаторная керамика разделяется
на группы (таблица 1).

Таблица 1. Группы конденсаторной керамики
по ТК .

Таблица 2. Параметры диэлектрических
материалов

Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит зарядка или перезарядка конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течёт, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора, замыкаясь так называемым током смещения.

В методе гидравлических аналогий конденсатор — это гибкая мембрана, вставленная в трубу. Анимация демонстрирует мембрану, которая растягивается и сокращается под действием потока воды, что аналогично заряду и разряду конденсатора под действием электрического тока

С точки зрения метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом

где  — мнимая единица,
 — циклическая частота (радиан/с) протекающего синусоидального тока,
 — частота в герцах,
 — ёмкость конденсатора (фарад).

Отсюда также следует, что реактивное сопротивление конденсатора равно Для постоянного тока частота равна нулю, следовательно, для постоянного тока реактивное сопротивление конденсатора формально бесконечно.

При изменении частоты изменяются диэлектрическая проницаемость диэлектрика и степень влияния паразитных параметров — собственной индуктивности и сопротивления потерь. На высоких частотах любой конденсатор можно рассматривать как последовательный колебательный контур, образуемый ёмкостью собственной индуктивностью и сопротивлением потерь

Резонансная частота конденсатора равна:

При конденсатор в цепи переменного тока ведёт себя как катушка индуктивности. Поэтому конденсатор целесообразно использовать лишь на частотах , на которых его реактивное сопротивление носит ёмкостный характер. Обычно максимальная рабочая частота конденсатора примерно в 2—3 раза ниже резонансной.

Конденсатор может накапливать электрическую энергию. Энергия заряженного конденсатора:

где  — напряжение (разность потенциалов), до которого заряжен конденсатор,
 — электрический заряд на одной из обкладок.

• Гано А. Курс физики. Перевод Ф. Павленко, В. Черкасова. 1882.
• Grundlagen der Kondensatoren-Technologie, knowledge base des Kondensatorherstellers WIMA, abgerufen am 18. N OV. 2020.

Маркировка советских и российских конденсаторов

Существуют две системы обозначения советских/российских конденсаторов: буквенная (старая) и цифровая (новая).

Старая система обозначений

12 пФ, 20 кВ вакуумный конденсатор постоянной ёмкости с урановым стеклом у места входа в колбу выводов

Обозначение конденсаторов на схемах

Другие варианты обозначения различных конденсаторов на принципиальных электрических схемах

На электрических принципиальных схемах номинальная ёмкость конденсаторов обычно указывается в микрофарадах (1 мкФ = 1·106 пФ = 1·10−6 Ф) и пикофарадах (1 пФ = 1·10−12 Ф), и в нанофарадах (1 нФ = 1·10−9 Ф). При ёмкости не более ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом допустимо не указывать единицу измерения, то есть постфикс «пФ» опускают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения. Для электролитических конденсаторов, а также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала ёмкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах (В) или киловольтах (кВ). Например так: «10 мкФ × 10 В». Для переменных конденсаторов указывают диапазон изменения ёмкости, например так: «10—180».
В настоящее время изготавливаются конденсаторы с номинальными ёмкостями из десятичнологарифмических рядов значений Е3, Е6, Е12, Е24, то есть на одну декаду приходится 3, 6, 12, 24 значения, так, чтобы значения с соответствующим допуском (разбросом) перекрывали всю декаду.

Зависимость между пробивным напряжением и временем , в течение которого это напряжение приложено к зажимам конденсатора. Определяется эмпирической формулой где  — постоянный коэффициент, зависящий от свойств диэлектрика,

Интенсивность отказов за 1 час работы в нормальных условиях. Среднее время до первого внезапного отказа: , где  — постоянный коэффициент, зависящий от свойств диэлектрика,  — допускаемое напряжение,  — рабочее напряжение.

Влияние температуры на срок службы выражается формулой: где для бумажных, слюдяных и керамических конденсаторов постоянной ёмкости, для стеклоплёночных, и  — сроки службы конденсатора при температурах и соответственно.

Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q = CU). Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до тысяч микрофарад. Однако существуют конденсаторы (ионисторы) с ёмкостью до десятков фарад.

Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью каждая, расположенных на расстоянии друг от друга, в системе СИ выражается формулой:

где  — диэлектрическая проницаемость среды, заполняющая пространство между пластинами (в вакууме равна единице),
 — электрическая постоянная, численно равная

Эта формула справедлива, лишь когда намного меньше линейных размеров пластин.

Параллельное соединение конденсаторов

Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею:

Если у всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние между обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно представить как один большой конденсатор, разделённый на фрагменты меньшей площади.

Последовательное соединение конденсаторов

При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы, так как от источника питания они поступают только на внешние электроды, а на внутренних электродах они получаются только за счёт разделения зарядов, ранее нейтрализовавших друг друга.
Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна:

Эта ёмкость всегда меньше минимальной ёмкости конденсатора, входящего в батарею. Однако при последовательном соединении уменьшается возможность пробоя конденсаторов, так как на каждый конденсатор приходится лишь часть разницы потенциалов источника напряжения.

Если площадь обкладок всех конденсаторов, соединённых последовательно, одинакова, то эти конденсаторы можно представить в виде одного большого конденсатора, между обкладками которого находится стопка из пластин диэлектрика всех составляющих его конденсаторов.

Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью — отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.

Плотность энергии электролитического конденсатора зависит от конструктивного исполнения. Максимальная плотность достигается у больших конденсаторов, где масса корпуса невелика по сравнению с массой обкладок и электролита. Например, у конденсатора EPCOS B4345 с ёмкостью 12 000, максимально допустимым напряжением и массой плотность энергии при максимальном напряжении составляет или
Особенно важен этот параметр при использовании конденсатора в качестве накопителя энергии, с последующим мгновенным её высвобождением, например, в пушке Гаусса.

Другой не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах.

Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. Эксплуатационное напряжение на конденсаторе должно быть не выше номинального.

Современные конденсаторы, разрушившиеся без взрыва благодаря специальной разрывающейся конструкции верхней крышки. Разрушение возможно из-за нарушения режима эксплуатации (температуры, напряжения, полярности) или старения. Конденсаторы с разорванной крышкой практически неработоспособны и требуют замены, а если она просто вздувшаяся, но ещё не разорвана, то, скорее всего, скоро он выйдет из строя или сильно изменятся параметры, что сделает его использование невозможным.

Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком.
При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.

Опасность разрушения (взрыва)

Взрывы электролитических конденсаторов — довольно распространённое явление. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением эквивалентного последовательного сопротивления вследствие старения (актуально для импульсных устройств). В современных компьютерах перегрев конденсаторов — частая причина выхода их из строя вследствие близкого расположения с источниками тепла, например, рядом с радиатором охлаждения.

Для уменьшения повреждений других деталей и травматизма персонала в современных конденсаторах большой ёмкости устанавливают вышибной предохранительный клапан или выполняют надсечку корпуса (часто её можно заметить в виде креста или в форме букв X, Y, K или Т на торце цилиндрического корпуса, иногда, на крупногабаритных конденсаторах, она покрыта пластиком). При повышении внутреннего давления вышибается пробка клапана или корпус разрушается по надсечке, пары электролита выходят в виде едкого газа и даже брызг жидкости. При этом разрушение корпуса конденсатора происходит без взрыва, разбрасывания обкладок и сепаратора.

Взорвавшийся электролитический конденсатор на печатной плате жидкокристаллического монитора. Видны волокна бумажного сепаратора обкладок и развернувшиеся фольговые алюминиевые обкладки.

Старые электролитические конденсаторы выпускались в герметичных корпусах и в конструкции их корпусов не предусматривалась защита от взрыва. Скорость разлёта осколков при взрыве корпуса устаревших конденсаторов может быть достаточной для того, чтобы травмировать человека.

В отличие от электролитических, взрывоопасность танталовых (оксиднополупроводниковых) конденсаторов связана с тем, что такой конденсатор фактически представляет собой взрывчатую смесь: в качестве горючего служит тантал, а в качестве окислителя — двуокись марганца, и оба этих компонента в конструкции конденсатора перемешаны в виде тонкого порошка. При пробое конденсатора или при изменении полярности напряжения, выделившееся при протекании тока тепло инициирует реакцию между данными компонентами, протекающую в виде сильной вспышки с хлопком, что сопровождается разбрасыванием искр и осколков корпуса. Сила такого взрыва довольно велика, особенно у крупных конденсаторов, и способна повредить не только соседние радиоэлементы, но и плату. При тесном расположении нескольких конденсаторов возможен прожог корпусов соседних конденсаторов, что приводит к одновременному взрыву всей группы.

Реальные конденсаторы, помимо ёмкости, обладают также собственными последовательным и параллельным сопротивлением и индуктивностью. С достаточной для практики точностью эквивалентную схему реального конденсатора можно представить как показано на рисунке, где все двухполюсники подразумеваются идеальными.

Эквивалентная схема реального конденсатора и некоторые формулы. C0 — собственная ёмкость конденсатора; Rd — сопротивление изоляции конденсатора; Rs — эквивалентное последовательное сопротивление; Li — эквивалентная последовательная индуктивность.

Зависимость модуля импеданса реального конденсатора от частоты и формула импеданса.

Электрическое сопротивление изоляции диэлектрика конденсатора, поверхностные утечки и саморазряд

Сопротивление изоляции — это сопротивление конденсатора постоянному току, определяемое соотношением:

где  — напряжение, приложенное к конденсатору;
 — ток утечки.

Из-за тока утечки, протекающего через слой диэлектрика между обкладками и по поверхности диэлектрика, предварительно заряженный конденсатор с течением времени теряет заряд (саморазряд конденсатора). Часто в спецификациях на конденсаторы сопротивление утечки определяют через постоянную времени саморазряда конденсатора, которая численно равна произведению ёмкости на сопротивление утечки:

где  — время, за которое начальное напряжение на конденсаторе, неподключенном ко внешней цепи, уменьшится в e раз.

Хорошие конденсаторы с полимерными и керамическими диэлектриками имеют постоянные времени саморазряда, достигающие многих сотен тысяч часов.

Эквивалентное последовательное сопротивление — Rs

Эквивалентное последовательное сопротивление обусловлено главным образом электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контактов между ними, а также учитывает потери в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор, вследствие поверхностного эффекта.

В большинстве практических случаев этим параметром можно пренебречь, но иногда (напр., в случае использования электролитических конденсаторов в фильтрах импульсных блоков питания) достаточно малое его значение существенно для надёжности и устойчивости работы устройства. В электролитических конденсаторах, где один из электродов является электролитом, этот параметр при эксплуатации со временем деградирует вследствие испарения растворителя из жидкого электролита и изменения его химического состава, вызванного взаимодействием с металлическими обкладками, что происходит относительно быстро в низкокачественных изделиях («конденсаторная чума»).

Некоторые схемы (например, стабилизаторы напряжения) критичны к диапазону изменения ЭПС конденсаторов в своих цепях. Это связано с тем, что при проектировании таких устройств инженеры учитывают этот параметр в фазочастотной характеристике (ФЧХ) обратной связи стабилизатора. Существенное изменение со временем ЭПС применённых конденсаторов изменяет ФЧХ, что может привести к снижению запаса устойчивости контуров авторегулирования и даже к самовозбуждению.

Эквивалентная последовательная индуктивность

Эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена в основном собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. Результатом этой распределенной паразитной индуктивности является превращение конденсатора в колебательный контур с характерной собственной частотой резонанса. Эта частота может быть измерена и обычно указывается в параметрах конденсатора либо в явном виде, либо в виде рекомендованной максимальной рабочей частоты.

Тангенс угла диэлектрических потерь

Тангенс угла диэлектрических потерь — отношение мнимой и вещественной части комплексной диэлектрической проницаемости.

Потери энергии в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и обкладках. При протекании переменного тока через конденсатор векторы напряжения и тока сдвинуты на угол где  — угол диэлектрических потерь. При отсутствии потерь . Тангенс угла потерь определяется отношением активной мощности к реактивной при синусоидальном напряжении определённой частоты. Величина, обратная , называется добротностью конденсатора. Термины добротности и тангенса угла потерь применяются также для катушек индуктивности и трансформаторов.

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)

ТКЕ — относительное изменение ёмкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (кельвин). Т КЕ определяется так:

где  — изменение ёмкости, вызванное изменением температуры на .

Таким образом, изменение ёмкости от температуры (при не слишком больших изменениях температуры) выражается линейной функцией:

где  — изменение температуры в °C или К относительно нормальных условий, при которых специфицировано значение ёмкости,
 — ёмкость при нормальных условиях.

TKE применяется для характеристики конденсаторов с практически линейной зависимостью ёмкости от температуры. Однако ТКЕ указывается в спецификациях не для всех типов конденсаторов.

Для конденсаторов, имеющих существенно нелинейную зависимость ёмкости от температуры и для конденсаторов с большими изменениями ёмкости от воздействия температуры окружающей среды в спецификациях нормируются относительное изменение ёмкости в рабочем диапазоне температур или в виде графика зависимости ёмкости от температуры.

Эквивалентная схема конденсатора, моделирующая диэлектрическую абсорбцию. После кратковременного закорачивания выводов конденсатора дополнительные виртуальные конденсаторы не успевают разрядиться, так как включены через виртуальные резисторы, затем перезаряжают основной эквивалентный конденсатор, что выражается в медленном нарастании напряжения на выводах конденсатора после кратковременного закорачивания.

Если заряженный конденсатор быстро разрядить до нулевого напряжения путём подключения низкоомной нагрузки, а затем снять нагрузку и наблюдать за напряжением на выводах конденсатора, то оказывается, что напряжение на обкладках снова начинает появляться, как если бы мы разрядили конденсатор не до нуля. Это явление получило название диэлектрическая абсорбция (диэлектрическое поглощение). Конденсатор ведёт себя так, словно параллельно ему подключено множество последовательных RC-цепочек с различной постоянной времени. Интенсивность этого эффекта зависит в основном от свойств диэлектрика конденсатора.

Подобный эффект можно наблюдать практически на всех типах диэлектриков. В электролитических конденсаторах он особенно сильный и является следствием химических реакций между электролитом и обкладками. У конденсаторов с твердым диэлектриком (например, керамических и слюдяных) эффект связан с остаточной поляризацией диэлектрика. Наименьшим диэлектрической абсорбцией обладают конденсаторы с неполярными диэлектриками: тефлон (фторопласт), полистирол, полипропилен и т. п.

Особое внимание в связи с эффектом следует уделять измерительным цепям постоянного тока: прецизионным интегрирующим усилителям, устройствам выборки-хранения, некоторым схемам на переключаемых конденсаторах.

Многие керамические материалы, используемые в качестве диэлектрика в конденсаторах (например, титанат бария, обладающий очень высокой диэлектрической проницаемостью в не слишком сильных электрических полях) проявляют пьезоэффект — способность генерировать напряжение на обкладках при механических деформациях. Это характерно для конденсаторов с пьезоэлектрическими диэлектриками. Пьезоэффект ведёт к возникновению электрических помех в устройствах, где использованы такие конденсаторы, при воздействии акустического шума или вибрации на конденсатор. Это нежелательное явление иногда называют «микрофонным эффектом».

Также подобные диэлектрики проявляют и обратный пьезоэффект — при работе в цепи переменного напряжения происходит знакопеременная деформация диэлектрика, генерирующая акустические колебания, порождающие дополнительные электрические потери в конденсаторе.

Конденсаторы с металлизированным электродом (бумажный и пленочный диэлектрик) обладают важным свойством самовосстановления электрической прочности после пробоя диэлектрика. Механизм самовосстановления заключается в отгорании металлизации электрода после локального пробоя диэлектрика посредством микродугового электрического разряда.