Конденса́тор (от лат. condense — «уплотнять», «сгущать») — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

Обычно статическую емкость между двумя проводниками, на один из которых подан заряд +Q, на второй -Q, а разность потенциалов между проводниками равна U, обозначают через С, получаемую из вы­ражения. C = Q/U. Как показано на рис. 1-1, в случае подачи на проводник А за­ряда +Q из проводника А выходит электрический поток, который вхо­дит в проводник В. Если соединить места с одинаковым электриче­ским потенциалом, то образуются эквипотенциальные поверхности, изображенные на рис. 1-1. Линии, показывающие направление векто­ра электрического поля Е (сплош­ные линии на рис. 1-1), — это электрические силовые линии, обычно пересекающие эквипотен­циальные поверхности под прямым углом.

Рис. 1-1. Электрический поток смещения и эквипотенциальные поверхности.

На рис. 1-2 показан вид элек­трических силовых линий и эквипотенциальных поверхностей у плоского конденсатора. Во внутренней части силовые линии между параллельными пластинами совершенно однородны, однако по мере приближения к краю электродов однород­ность все более нарушается. Данное явление называют краевым эффектом.

Рис. 1-2. Краевой эффект у плоских конденсаторов. Рис. 1-3. Электрические силовые линии и эквипотенциальные поверхности, наблюдаемые со стороны поперечного сечения цилиндрического конденса­тора. S1 — эквипотенциальные поверхности.

На рис. 3 показаны электрические силовые линии и эквипотен­циальные поверхности в сечении бесконечно длинного цилиндрического конденсатора. Как видно из этого рисунка, напряженность электриче­ского поля внутри цилиндра не одинакова: у поверхности внутреннего электрода она максимальна.

Если проводники А и В любой формы заключены в однородную среду с диэлектрической проницаемостью εs и удельным объемным со­противлением ρ (рис. 1-4) и если емкость между проводниками А и В равна С, а сопротивление R, то имеет место следующая зависимость εsε0 = CR

В этой зависимости совершенно отсутствует погрешность, что ис­пользуется при измерениях. Например, чтобы исключить поверхност­ную утечку тока, при проведении электрических измерений используют образцы в форме, изображенной на рис. 1-5.

Эквивалентные схемы конденсатора при переменном токе показа­ны на рис. 1-6. Различие параллельной (а) и последовательной (б) схем отнюдь не препятствует применению любой из них, представляющейся более удобно при соответствующих расчетах. Диэлектрические потери характеризуются тангенсом угла диэлектрических потерь tg δ.

.

Рис. 1-4. Аналогия между электростатическим полем и полем электрического тока. Пространство между А и В заполнено однородной средой. R — общее сопротивление между А и В; .S1 — эквипотенциальная поверхность.

Рис. 1-5. Образцы для определения электрической прочности.

1,3 — электроды; 2 — диэлектрик.

Причина появления потерь у конденсаторов в условиях переменного тока заключается в появлении фазового запаздыва­ния различных видов электрической поляризации, по отношению к переменному полю. Следовательно, парал­лельное эквивалентное сопротивление Rρ, показанное на рис. 1-6,а, совсем не соответствует сопротивлению изоляции при постоянном токе.

Рис. 1-6. Векторные диаграммы и эквивалентные схемы конденсаторов, имеющих ди­электрические потери.

Значение tg δ у конденсаторов должно быть малым, но в зависи­мости от назначения требования могут различаться. Например, для схем настройки требуется, чтобы, по меньшей мере, tg δ <10-3, а для разделительных и шунтирующих конденсаторов tg δ <250∙10-4.

Кроме того, существуют электролитические конденсаторы большой емкости для фильтров источников тока, у которых допустим tg δ = 0,1÷0,5.

Кроме tg δ используется его обратная величина Q (электрическая добротность). Чем больше Q конденсатора, тем меньше потери.

У керамических конденсаторов tg δ определяют главным образом с помощью куметра или с помощью моста.

КЕРАМИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

КЕРАМИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ КОМПЕНСАЦИИ

На температурный коэффициент диэлектрической проницаемости εs (ТКε) керамических конденсаторных материалов для термокомпен­сации устанавливают различные стандарты: от +100 до -750∙10-6 К-1 (рис. 2-1).

Рис. 2-1. Температурные коэффициенты емкости (ТКС) керамических конденсаторов для термо­компенсации. Поскольку температурная зависи­мость диэлектрической проницаемости не совсем линейна.

Кроме того, ино­гда используют и такие осо­бые величины, как -1400, -2200, -3300 и -4700∙10-6 К-1. Как показано на рис. 2-1, если конденсатор имеет ТКε, равный -750∙10-6K-1, то с повышением температуры на 10° диэлек­трическая проницаемость εs понижается на 0,75%. Таков состав, близкий к чистой двуокиси титана. Имеющие­ся в продаже керамические конденсаторы с емкостью до 500 пФ обладают приведен­ными выше характеристиками. Конденсаторы с темпе­ратурным коэффициентом емкости ТКС = -750∙10-6 К-1 обозначают N750, с ТКС = + 100∙10-6 К-1 обо­значают Р100, а ТКС-0 обо­значают NP0. Ниже для удобства будут применяться подобные наименования.

На рис. 2-2 приведены результаты исследований Ваку Сигэру, касающихся керамических конденсаторных материалов для темпера­турной компенсации. На рис. 2-2,а показана зависимость ТКε от состава в двухкомпонентной системе MgO - ТiO2. В этой

системе можно получить любой температурный коэффициент в интерва­ле N800—Р160, однако существуют составы, где спекание совершенно невозможно.

На рис. 2-2,a приведена зависимость ТКε от состава при вве­дении в MgO - ТiO2 в качестве третьего компонента 0-10 масс. % СаО.

На рис. 2-2,б приведены температуры обжига и области соста­вов в трехкомпонентной системе MgO—TiO2—СаО, где спекание со­вершенно невозможно.

На рис. 2-2,г-е изображены зависимости диэлектрической про­ницаемости от состава в трехкомпонентных системах MgO—TiO2—СаО, MgO—TiO2— SrO и MgO—TiO2—BaO. Далее на рис. 2-2,ж-и приве­дены зависимости температурного коэффициента диэлектрической про­ницаемости от состава в этих системах.