В помощь изучающему электронику

Формулы, вычисления, ...

на сайте

www.electrosad.ru

- Некоторые особенности применения конденсаторов
в широкополосных цепях -

Данный справочник собран из разных источников. Но на его создание подтолкнула небольшая книжка "Массовой радиобиблиотеки" изданная в 1964 году, как перевод книги О. Кронегера в ГДР в 1961 году. Не смотря на такую ее древность, она является моей настольной книгой (наряду с несколькими другими справочниками). Думаю время над такими книгами не властно, потому что основы физики, электро и радиотехники (электроники) незыблемы и вечны.

Свойства и применение конденсаторов описаны в главе Конденсатор

Здесь мы рассмотрим применение конденсаторов в граничных режимах по частоте и мощности.

Это цепи фильтров питания устройств с мощной динамической нагрузкой и разделительные конденсаторы на выходе мощных низкочастотных генераторов и мощных широкополосных УНЧ.

Эквивалентная схема и исходящие из нее ограничения на применение разных типов конденсаторов.

Эквивалентная схема конденсатора на высоких частотах:

Рисунок 1.

Эта схема описывает процессы происходящие в конденсаторах всех типов.
Безвыводные конденсаторы имеют малую (не нулевую) индуктивность Lп и сопротивление потерь Rп на рабочих частотах.
Конденсаторы со стандартными выводами и намоточные имеют собственную индуктивность Lп которую необходимо учитывать на максимальных для конкретного типа частотах.
Оксидные конденсаторы имеют большие Lп и Rп которые требуют учета уже на частотах сотни герц для обычных конденсаторов и тысячи герц для специальных "широкополосных".

Наличие в цепи конденсатора собственной конструктивной индуктивности приводит к появлению резонанса на частоте:

Этой частотой ограничивается рабочий частотный диапазон конденсатора с малыми потерями. На более высоких частотах конденсатор ведет себя как индуктивность. Для устойчивой работы максимальную рабочую частоту надо выбирать в 2-3 раза ниже резонансной.

С учетом потерь (Rп) и паразитной индуктивности (Lп) относительное изменение емкости в диапазоне частот 0 < f < fр определяется выражением:

где:

C - емкость на низкой частоте;

Cд - умкость на частоте ω.

Кроме этого на снижение емкости Cд влияет снижение диэлектрической проницаемости с ростом частоты у некоторых видов диэлектриков, которое не учитывает приведенная выше формула.

tgδ_с

так же величина не постоянная и зависит от материала, конструкции конденсатора и частоты и показывает какая доля проходящей мощности выделяется данным конденсатором.

Где:

Pn – мощность потерь;

Pc – мощность в конденсаторе (реактивная);

Pm – мощность потерь в металле;

P_ς- мощность потерь в диэлектрике;

tgδ_m, tgδ_ς– тангенс угла потерь для металла и диэлектрика соответственно.

Как видно из формулы tgδ_m так же зависит от частоты.

Даже если не учитывать зависимость tgδ_cот частоты мощность потерь в конденсаторе можно оценить по формуле:

P_п = P_p tgδ_c= U² ωC tgδ_c

или мощность потерь пропорциональна частоте. При увеличении частоты в 10 раз пропорционально растет и мощность потерь. Поэтому в цепях фильтрации мощных импульсных устройств, в фильтрах импульсных блоков питания и в токовых цепях звуковых частот в аудио аппаратуре, характеризуемых широким спектром фильтруемых токов, применяются специальные оксидные конденсаторы.

Оксидные конденсаторы.

Оксидные конденсаторы характеризуются большой индуктивностью, в силу своих конструктивных особенностей, большими потерями в связи с применением в качестве носителей заряда ионов.

tgδ_с =1000-2000х10^-4 на частоте 50 Гц. Это значит, что на частоте 50 гц 1% проходящей мощности переменного тока (а пульсации в сетевых фильтрах блоков питания на промышленной частоте) переходят в тепло.

Для оксидных конденсаторов наблюдается сильное падение емкости уже на частотах 100 - 10000 Гц, поэтому и выпускают специальные виды оксидных конденсаторов. Но и они имеют ограниченный частотный диапазон.

Высокое качество оксидных конденсаторов японских фирм RUBICON, NEC, американской фирмы WESTON, голландской PHILIPS.

Допускающие повышенное напряжение пульсации (первый конденсатор в фильтре выпрямителя)

Безиндукционные или с пониженным реактивным сопротивлением

Предназначенные для испольования в аудиоаппаратуре на частотах звукового диапазона

Предназначенные для работы в цепях с ВЧ-составляющей напряжения (в фильтрах ВЧ- и ПЧ-каналов)

Керамические конденсаторы.

При использовании конденсатора на высоких частотах его эквивалентная схема имеет вид показанный на рис. 1

при этом на частотах f>f_р конденсатор ведет себя как индуктивность. Другими словами применение конденсатора по назначению возможно только на частоте f << f_р , где сопротивление конденсатора имеет емкостной характер. Ниже приведены данные по частотам собственного резонанса керамического конденсатора в зависимости от собственной емкости и длины выводов.

Емкость	Частота в МГц при длине выводов
Емкость	30 мм	25 мм	15 мм	10 мм
22 нф	8	9,2	11	13
10 нф	13	15	18	21
4,7 нф	16	18,5	22	25,7
2,2 нф	25	28,5	34	39,5
1 нф	43	52	62	73
470 пф	60	68	72	85
330 пф	62	71	86	100
100 пф	130	150	180	210
56 пф	205	242	290	350

При применении конденсаторов для фильтрации напряжений с частотами равными частоте собственного резонанса может привести к обратному результату. Возбуждению устройства куда подключен данный конденсатор.

Учет мощности рассеиваемой на конденсаторах фильтра.

Номинальные реактивные мощности конденсаторов с диэлектриком из высокочастотной керамики

Тип конденсатора	Pq' вар
КД-1	20,30,40
КД-2, КДУ	20,40,60,80,100
КДО-1, КДО-2	75
КТ-1	20,30,40,50
КТ-2	50,75,100,125,150
КТ-3	300,800,1000,1200
КО-1, КО-2	50,75
КТП-1	30,40
КТП-2	50,60
КТП-3	60,70
КМ-4, КМ-5	10,20,30,40
КМ-6	10,20,30
К10-7В	20,40,60,80,100

ВЧ керамика tgδ<0,002 при ς = 12-1500 10^-4 на частоте несколько мегагерц;

НЧ керамика tgδ<0,04 при ` = 1000-8000 10^-4 на частоте несколько мегагерц.

Но не смотря на все ухищрения изготовителей, оксидные конденсаторы не могут обеспечить эффективную фильтрацию в таких условиях.

Для этого применяют специальные схемные решения.

Подробнее о частотных свойствах конденсаторов и их применении в широкополосных цепях смотрите:

Литература.

Оглавление.

1.Единицы измерения

2. Сопротивление, резистор

3. Емкость, конденсатор

4. Катушка индуктивности

5. Электрические цепи постоянного тока.

Основные понятия. Замкнутая и разветвленная цепи постоянного тока

6. Цепи переменного тока

Основные понятия, Сопротивление в цепи переменного тока, Конденсатор в цепи переменного тока, Индуктивность в цепи переменного тока, Мощность переменного тока

7. Колебательный контур

Основные зависимости, Последовательный колебательный контур, Параллельный колебательный контур

8. Применение колебательных контуров

Входная цепь приемника

9. Схемы построенные на R, L, C

RC и LC фильтры - общие положения, RC фильтры, 9.3 LC фильтры

10. Аттенюаторы и согласование устройств

Аттенюаторы, Согласование источника с нагрузкой по мощности, току и напряжению

11. АНТЕННЫЕ УСТРОЙСТВА

Основные параметры передающих антенн, Параметры приемных антенн, Вибраторные антенны, Рамочные антенны, Приемные ферритовые антенны, Формулы для расчета вибраторных антенн

12. Распространение радиоволн

РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН В СВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ - Общие положения, ИОНОСФЕРА И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН, Преломление и отражение радиоволн в ионосфере, Особенности распространения сверхдлинных и длинных волн, Особенности распространения средних волн, Особенности распространения коротких волн, РАСПРОСТРАНЕНИЕ УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН В ПРИЗЕМНОМ ПРОСТРАНСТВЕ, Распространения радиоволн над поверхностью земли, дальний прием

13. Векторные диаграммы, действующее сопротивление, сдвиг фаз, амплитудно и фазо частотные характеристики цепей содержащих L,C,R

14. Основы теплообмена

15. Некоторые особенности применения конденсаторов в фильтрах

Собрал А. Сорокин

<<назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

/Неизвестный процессор/Охлаждение ПК/Электроника для ПК/Linux/Проекты, идеи/Полезные советы/Разное/
/Карта сайта/Скачать/Ссылки/Обои/Форум/Каталог/

При полном или частичном использовании материалов ссылка на "www.electrosad.ru" обязательна.
Ваши замечания, предложения, вопросы можно отправить автору через гостевую книгу или почтой.

2002-2012 год