Predavanje V
II semestar (2+2+1)
Nastavnik: Prof. dr Dragan Pantić, kabinet 337
[email protected]
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
2
Pasivne komponente
Kondenzatori
o kondenzatorima
 Kondenzatori stalne
kapacitivnosti
 Kondenzatori promenljive
kapacitivnosti
 Opšte
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
3
Opšte o kondenzatorima
 Kapacitivnost
kondenzatora
 Klase tačnosti; označavanje kondenzatora
 Dielektrici i dielektrična konstanta (er, e0)
 Otpornost izolacije i vremenska konstanta
kondenzatora
 Frekventna svojstva kondenzatora
 Gubici u kondenzatoru
 Stabilnost karakteristika kondenzatora
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
4
Kondenzator predstavlja sistem
od najmanje dva provodna tela
(ploče, folije, metalizirane folije)
razdvojena dielektrikom koji
ima sposobnost akumulacije
električne energije
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
5
Opšte o kondenzatorima
 Kapacitivnost kondenzatora
 Klase tačnosti; označavanje kondenzatora
 Dielektrici i dielektrična konstanta
 Otpornost izolacije i vremenska konstanta
kondenzatora
 Frekventna svojstva kondenzatora
 Gubici u kondenzatoru
 Stabilnost kondenzatora
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
6
Kapacitivnost kondenzatora
 Osnovna
veličina kondenzatora električna
kapacitivnost C, određena je odnosom
količine naelektrisanja Q i napona U na
oblogama kondenzatora:
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
7
Nazivna
kapacitivnost je
kapacitivnost kondenzatora pri
normalnim radnim uslovima i
označena je na samom
kondenzatoru.
 Nazivne
kapacitivnosti kondenzatora
sa dozvoljenim tolerancijama biraju
se iz nizova E6, E12...
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
8
se izražava u faradima – F,
(češće se koriste μF, nF, pF)
 Kapacitivnost
Kapacitivnost
kondenzatora
zavisi od:
 vrste dielektrika,
 geometrijskog oblika, i
 dimenzija.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
9
 Uticaj
dielektrika na kapacitivnost je
uslovljen intenzitetom polarizacije
samog dielektrika.
 Sposobnost dielektrika da se polarizuje u
električnom polju karakteriše se
dielektričnom propustljivošću, koja se
još zove i dielektrična konstanta
εr − relativna dielektrična konstanta dielektrika
εo − dielektrična konstanta vakuuma (8,85⋅10-12 F/m)
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
10
Konstrukcija kondenzatora
Cilindrični kondenzator
Pločasti kondenzator
Disk kondenzator
Pločasti kondenzator sa N obloga
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
Tubasti kondenzator
11
Pločasti kondenzator
S
e
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
12
Pločasti kondenzator sa N obloga
Pogled odozgo
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
13
Cilindrični kondenzator
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
14
Disk kondenzator
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
15
Tubasti kondenzator
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
16
Konstrukcija kondenzatora
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
17
Veza kondenzatora
Redna veza
3/19/2012
Paralelna veza
Elektronske komponente Pasivne komponente
18
 Kapacitivnost
kondenzatora
 Klase
tačnosti; označavanje
kondenzatora
 Dielektrici
i dielektrična konstanta
 Otpornost izolacije i vremenska konstanta
kondenzatora
 Frekventna svojstva kondenzatora
 Gubici u kondenzatoru
 Stabilnost kondenzatora
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
19
Klase tačnosti – označavanje kondenzatora
je to moguće, vrednosti kapacitivnosti
kondenzatora, kao i dozvoljena odstupanja
kapacitivnosti od nazivne vrednosti, nazivni
napon, itd. ispisuju se na samom telu
kondenzatora.
 Ako nije posebno naglašeno vrednost
kapacitivnosti je u pF
 Dozvoljena odstupanja kapacitivnosti od
nazivne vrednosti, koja se izražavaju u
procentima, definisana su klasama tačnosti.
 Kada
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
20
Klase tačnosti – označavanje kondenzatora
 Odstupanja mogu biti:
 simetrična (±10%, ±20%), i
 nesimetrična (−10%, +30%).
 Zbog malih dimenzija kondenazatora,
na njima nema mesta za ispisivanje
tolerancije kapacitivnosti, pa je uveden
sistem slovnog označavanja
 Isti standard važi i za označavanje
tolerancije otpornosti otpornika
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
21
Klasa tačnosti
Dozvoljeno odstupanje
Oznaka
0.001
0.002
0.005
0.01
0.02
I
II
III
IV
V
VI
±0.1%
±0.25%
±0.5%
±1%
±2%
±5%
±10%
±20%
-10%; +30%
-10%; +50%
-20%; +50%
B
C
D
F
G
J
K
M
Q
T
S
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
22
označavanje kondenzatora
koriste se i boje koje se
nanose u obliku trake ili tačke.
Način označavanja
kondenzatora bojama, kao i
slovima i ciframa, nije
jedinstven za sve vrste
kondenzatora i često
odstupa od standarda.
Za
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
23

Kada se kapacitivnost u pF označava pomoću tri
cifre, treća cifra pokazuje koliko nula ima iza
prve i druge cifre.
Na primer:
220pF
221
47pF
470
56nF = 56000pF

563
Kada se kapacitivnost označava tačkom iza koje
je neka cifra, onda je kapacitivnost u µF.
Na primer:
4.7nF = 0.0047 µF
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
.0047
24
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
25
 Kapacitivnost
kondenzatora
 Klase tačnosti; označavanje kondenzatora
 Dielektrici
i dielektrična
konstanta
 Otpornost
izolacije i vremenska konstanta
kondenzatora
 Frekventna svojstva kondenzatora
 Gubici u kondenzatoru
 Stabilnost kondenzatora
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
26
Dielektrici i dielektrična konstanta


Kapacitivnost i karakteristike kondenzatora znatno
zavise od toga koji je dielektrik upotrebljen u
kondenzatoru.
Podela na polarne i nepolarne dielektrike,
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
27
Dielektrici i dielektrična konstanta

Grupe dielektrika:
 Liskun, staklo, keramika sa malim gubicima
(keramika tipa I) i njima slični; koriste se za
kondenzatore čije su kapacitivnosti od nekoliko pF do
nekoliko stotina pF.
 Keramika sa velikom vrednošću dielektrične
konstante (keramika tipa II i tipa III); koristi se za
kondenzatore kapacitivnosti od nekoliko stotina do
nekoliko desetina hiljada pF.
 Papir i metalizirani papir; koristi se za kondenzatore
kapacitivnosti od nekoliko hiljada pF do nekoliko mF.
 Oksidni slojevi; koriste se za elektrolitske
kondenzatore kapacitivnosti reda mF i veće.
 Dielektrici u obliku folija, kao što su stirofleks,
poliester, polikarbonat, itd.; koriste se za kondenzatore
kapacitivnosti od stotinu pF do nekoliko mF.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
28
 Vrednost
dielektrične
konstante zavisi od:




temperature,
napona,
učestanosti promene električnog polja između
obloga kondenzatora, I
drugih spoljašnjih faktora.
kondenzatora je takođe
funkcija pomenutih veličina.
 Kapacitivnost
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
29
 Kapacitivnost
kondenzatora
 Klase tačnosti; označavanje kondenzatora
 Dielektrici i dielektrična konstanta
 Otpornost
izolacije i vremenska
konstanta kondenzatora
 Frekventna
svojstva kondenzatora
 Gubici u kondenzatoru
 Stabilnost kondenzatora
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
30
Otpornost izolacije i vremenska
konstanta kondenzatora

Realni dielektrici poseduju elektroprovodnost,
uslovljenu postojanjem slobodnih jona i
elektrona u njima.
 Konstantna struja Icu koja protiče kroz dielektrik
pod uticajem napona i koja je, praktično, struja
gubitaka, zove se struja curenja
 Otpornost dielektrika, odnosno otpornost
izolacije kondenzatora, a to je otpornost između
obloga kondenzatora, jednaka je:
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
31

Struja curenja Icu je vrlo mala, reda stotog ili
hiljaditog dela mikroampera (izuzev kod
elektorlitskih kondenzatora) i raste sa
temperaturom približno po eksponencijalnom
zakonu,
 Otpornost izolacije jako zavisi od temperature i
veoma je velika (izražava se u MW, GW i TW).
 Otpornost izolacije prvenstveno zavisi od
specifične zapreminske otpornosti dielektrika ρ i
od njegovih dimenzija (debljine d i površine S):
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
32
Otpornost izolacije različitih
vrsta dielektrika u funkciji
temperature pri 500 V
jednosmernog napona na
oblogama kondenzatora:
1 − liskun zatopljen epoksidnom
smolom;
2 − izolovana keramika;
3 − neizolovana keramika;
4 − namotan impregnisan papir;
5 − liskun zatpoljen bakelitom;
6 − metalizirani papir;
7 − impregnisani papir.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
33
 Veličina tC
= RC se zove vremenska
konstanta kondenzatora i izražava se u
sekundama.
 Ne zavisi od dimenzija kondenzatora, već
samo od fizičkih osobina dielektrika.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
34



Vremenska konstanta kondenzatora predstavlja vreme za koje
količina elektriciteta opadne na 1/e deo (ili 36.8%) početne
vrednosti.
Određuje vreme punjenje i pražnjenje kondenzatora.
Kada je kondenzator priključen na jednosmerni napon E, napon na
kondenzatoru neće trenutno dostići tu vrednost, već će se
povećavati po zakonu:
PRAŽNJENJE
PUNJENJE

Ako je kondenzator bio napunjen i na njegovim oblogama je bio
napon E, pri njegovom slobodnom pražnjennju napon na
kondenzatoru će se smanjivati po zakonu
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
35
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
36
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
37

Treba naglasiti da su vremenske konstante
kondenzatora čije su kapacitivnosti manje od
100 nF više uslovljene konstrukcijom i
spoljašnjim izgledom kondenzatora, nego
samim osobinama dielektrika.
 Za različite tipove kondenzatora vrednost
vremenske konstante iznosi od nekoliko sekundi
do nekoliko dana
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
38
Zavisnost vrednosti vremenske konstante
kondenzatora od temperature
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
39
 Kapacitivnost
kondenzatora
 Klase tačnosti; označavanje kondenzatora
 Dielektrici i dielektrična konstanta
 Otpornost izolacije i vremenska konstanta
kondenzatora
 Frekventna
svojstva
kondenzatora
 Gubici
u kondenzatoru
 Stabilnost kondenzatora
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
40
Frekventna svojstva kondenzatora


Kapacitivnost kondenzatora zavisi od učestanosti i to
zbog toga što se sa učestanošću menja dielektrična
konstanta i, znatno češće, zbog toga što kondenzator
poseduje i parazitne veličine, kao što su parazitna
otpornost i parazitna induktivnost LC.
Na visokim učestanostima svaki kondenzator se može
predstaviti ekvivalentnom šemom
LC je reda nH
Otpornost gubitaka r (aktivna
otpornost obloga kondenzatora
i izvoda) je reda 0.1W
3/19/2012
Otpornost R >> r je otpornost
izolacije kondenzatora
Elektronske komponente Pasivne komponente
41

Postojanje sopstvene induktivnosti uslovljava
pojavu rezonance koja nastaje pri rezonantnoj
učestanosti fr
 Kondenzator se pri učestanostima f > fr ponaša
kao impedansa koja ima induktivni karakter.
 Kondenzator treba koristiti pri učestanostima
f < fr, pri kojima impedansa kondenzatora ima
kapacitivni karakter.
 Najčešće se radni opseg učestanosti bira tako
da je najviša učestanost 2÷3 puta niža od
rezonantne učestanosti kondenzatora.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
42
Zavisnost impedanse kondenzatora od učestanosti:
a) Al elektrolitski; b) MFP
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
43
povećanje fr postiže se smanjenjem Lc (primena
kratkih izvodnica ili SMD kondenzatora).
 fup određena gubicima na rednoj otpornosti r (na
metalnim delovima kondenzatora - izvodima,
sloju metala, prelaznim kontaktnim
otpornostima, itd.) i parazitnoj induktivnosti Lc,
nezavisno od tipa dielektrika.
 fdown određuju gubici u parazitnim
kapacitivnostima, do kojih neminovno dolazi
usled konstruktivnih izvođenja kondenzatora
(inkapsulacija, zalivanje ili presovanje u
plastične mase, itd.), kao i gubici na Riz.

3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
44
Frekventni opseg primene kondenzatora
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
45
 Kapacitivnost
kondenzatora
 Klase tačnosti; označavanje kondenzatora
 Dielektrici i dielektrična konstanta
 Otpornost izolacije i vremenska konstanta
kondenzatora
 Frekventna svojstva kondenzatora
 Gubici u kondenzatoru
 Stabilnost kondenzatora
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
46
Gubici u kondenzatoru





U realnom kondenzatoru, koji je priključen u
električno kolo, jedan deo energije se uvek
bespovratno izgubi.
Ovaj gubitak energije je posledica zagrevanja
kondenzatora i rasejavanja toplote u okolnu sredinu.
Izdvojena toplota može u kondenzatoru da dovede
do nedopustivog povećanja njegove temperature.
Povećanje temperature iznad temperature okolne
sredine direktno je proporcionalno snazi
gubitaka Pa
Kondenzatori velikih reaktivnih snaga, kod kojih
gubici energije imaju i ekonomski smisao,
karakterišu se dopustivim gubicima snage Pa,dop.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
47

Ukupna snaga gubitaka Pa u kondenzatoru


Pε snaga gubitaka u dielektriku,
Pm snaga gubitaka u metalnim delovima
kondenzatora.

Gubici u dielektriku su, u osnovi, povezani sa
procesom polarizacije dielektrika i njegovom
provodnošću.
 Gubici u metalnim delovima uslovljeni su
zagrevanjem obloga, izvoda i kontakata.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
48
Snaga gubitaka u kondenzatoru
može se izraziti preko gubitaka
na ekvivalentnoj rednoj otpornosti
kondenzatora Re
Ugao δ, koji dopunjuje
ugao između vektora
struje I i napona U do
90o zove se ugao gubitaka
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
49
Tangens tog ugla, čija je vrednost pri zadatoj
kapacitivnosti kondenzatora C i učestanosti ω
direktno proporcionalna otpornosti gubitaka Re,
zove se tangens ugla gubitaka kondenzatora
 Veličina inverzno proporcionalna tangensu ugla
gubitaka (Q = 1/tgδ) jeste faktor dobrote
kondenzatora (Q-faktor)

3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
50
Zavisnost tgδ: a) od učesatnosti za kondenzatore sa nepolarnim
dielektrikom; b) od učesatnosti za kondenzatore sa polarnim dielektrikom;
c) od temperature za kondenzatore sa nepolarnim dielektrikom; d) od
temperature za kondenzatore sa polarnim dielektrikom; e) od napona.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
51
 Kapacitivnost
kondenzatora
 Klase tačnosti; označavanje kondenzatora
 Dielektrici i dielektrična konstanta
 Otpornost izolacije i vremenska konstanta
kondenzatora
 Frekventna svojstva kondenzatora
 Gubici u kondenzatoru
 Stabilnost
karakteristika
kondenzatora
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
52
Stabilnost karakteristika
kondenzatora
 Električna
svojstva i radni vek
kondenzatora zavise od dejstva spoljašnjih
klimatskih i mehaničkih uticaja:





temperature,
pritiska,
vlažnosti,
radijacije,
vibracija, itd.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
53
Stabilnost kondenzatora – uticaj temperature
 Promena




temperature utiče na promenu:
kapacitivnosti,
ugla gubitaka (Q-faktora),
električne čvrstoće, i
osobina dielektrika
Temperaturni koeficijent kapacitivnosti
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
54
Stabilnost kondenzatora – uticaj vlage
 Vlaga




utiče na:
promenu kapacitivnosti (menja se εr);
smanjenje Riz (rastu gubici naročito pri
povišenim temperaturama);
smanjenje električne čvrstoće (povećana
verovatnoća toplotnog proboja);
nastajanje elektrohemijskih pojava u
dielektriku;
 zatopljeni
u plastične mase do 90%,
 hermetizovani do iznad 98%.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
55
Pasivne komponente
Kondenzatori
o kondenzatorima
 Kondenzatori stalne
kapacitivnosti
 Kondenzatori promenljive
kapacitivnosti
 Opšte
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
56
Kondenzatori stalne kapacitivnosti
 Papirni
kondenzatori
 Kondenzatori sa plastičnim i metaliziranim
plastičnim folijama
 Liskunski kondenzatori
 Stakleni kondenzatori
 Keramički kondenzatori
 Elektrolitski kondenzatori
 UltraCap kondenzatori
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
57
Papirni kondenzatori
 papir
najstariji dielektrik ("kondenzatorski
papir" impregniše se da bi se smanjila
higroskopnost);
 najčešće tubastog oblika;
 papirne trake debljine (10 - 20)mm;
 kondenzatorske obloge aluminijumske
folije, debljine oko 6mm.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
58
Osnovne osobine papirnih kondenzatora
 εr




= 3.4 - 4.5 ; zavisi od gustine papira, načina i
vrste impregnacije;
tan δ = (30 - 50)10-4 (na 50 Hz i 25 - 60°C);
zavisi od gustine papira, načina i vrste
impregnacije;
frekventni opseg je veoma uzak f = 0 - 1 kHz;
αc = (50 - 200)10-6 1/°C (na 20 - 60°C); zavisi od
oblika i dimenzija kondenzatora, zategnutosti
papira i metalnih folija prilikom motanja i od vrste
impregnacinog sredstva;
probojni napon opada sa porastom
temperature; jednosmerni napon 2 - 3 puta veći
od naizmeničnog napona.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
59
Kondenzatori sa metaliziranim papirom








delimično su eliminisani nedostaci papirnih kondenzatora
(postojanje vazdušnih mehurića u papiru i velike dimenzije);
jedna strana papirne trake metalizirana;
dobra osobina ovih kondenzatora je autoregeneracija;
papir za metalizaciju je posebne izrade, debljine (5 - 20)mm, εr = 3.5
- 4 i može izdržati temperaturu od (90 - 100)°C pri kontinualnom
radu;
metalizacija papira katodnim naparavanjem sloja Zn i Al;
impregnacija papira mikrokristalnim voskom (jednosmerni napon) ili
sintetičkim uljima (naizmenični napon);
napon ispitivanja maksimalni napon pri kome se vrši regeneracija,
a da pri tom ne dolazi do pogoršanja karakteristika kondenzatora
(1.5 · radni napon);
maksimalni napon koji se može priključiti na kondenzator u trajanju
najviše 50 s predstavlja napon iskrenja (2 · radni napon).
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
60
Osnovne karakteristike
 tan
δ = 0.005 - 0.015 (na 20°C); relativno
veliki;
 frekventni opseg znatno širi f = 0 - 100
MHz;
 Riz znatno manja nego kod papirnih
kondenzatora;
 tc je 6 - 10 puta manja od vremenske
konstante papirnih kondenzatora iste
kapacitivnosti.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
61
Kondenzatori sa plastičnim i
metaliziranim plastičnim folijama
imaju znatno veću Riz i istovremeno manji tan d nego
papirni kondenzatori;
 kao dielektrik koriste se nemetalizirane i metalizirane folije:









stirofleks (polistiren i polistirol),
poliester,
polikarbonat,
polipropilen, itd.;
metalizacija folija nanošenjem tankih slojeva Al a ponekad
Zn; ukupna debljina folije sa metalizacijom iznosi oko 2mm;
kontaktiranje direktno sa izvodnicama ili posredstvom
metalnog držača;
izrazito bolje karakteristike u odnosu na papirne
kondenzatore i kondenzatore sa metaliziranim papirom u
pogledu Riz, gubitaka, tc, Q - faktora i frekventnog opsega;
NEDOSTATAK relativno mala zapreminska kapacitivnost.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
62
Detalji konstrukcije blok kondenzatora
sa plastičnim folijama
3/19/2012
metaliziranim plastičnim folijama
Elektronske komponente Pasivne komponente
63
Spoljašnji izgled kondenzatora
metal-film kondenzatori
stirofleksni kondenzatori
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
64
Spoljašnji izgled različitih vrsta
poliesterskih kondenzatora
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
65
Uporedne zavisnosti promene kapacitivnosti sa temperaturom (a),
tgδ sa temperaturom (b) i učestanošću (c) i otpornosti izolacije sa temperaturom (d) za stirofleksne i poliesterske kondenzatore
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
66
Spoljašnji izgled različitih vrsta
polikarbonatskih kondenzatora
polikarbonatski kondenzatori su veoma slični stirofleksnim
kondenzatorima, ali za razliku od njih imaju 10÷15 puta manju
zapreminu (manjih su dimenzija) i mogu se koristiti u širem
temperaturnom opsegu
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
67
Spoljašnji izgled različitih vrsta polipropilenskih kondenzatora
polikarbonatski kondenzatori su veoma slični stirofleksnim kondenzatorima,
ali za razliku od njih imaju 10÷15 puta manju zapreminu (manjih su dimenzija)
i mogu se koristiti u širem temperaturnom opsegu
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
68
Liskunski kondenzatori



Liskun je mineral složenog hemijskog sastava (silikat aluminijuma
sa dodatkom kiselina alkalnih metala); može se cepati na tanke
listiće (20 ÷ 50)µm, a specijalnim tehnološkim postupcima i do
0.25µm;
ρ = 1015Ωcm ÷ 1017Ωcm; εr = 6.8 ÷ 7.5; odlična temperaturna
izdržljivost (osobine se neznatno menjaju do temperature od
600°C); velika stabilnost u odnosu na primenjeni napon; izvanredno
se ponaša pri kompleksnim signalima i impulsnim režimima i tokom
vremena njegove karakteristike ostaju izuzetno stabilne;
Liskunski kondenzatori imaju:






izuzetno malu rednu otpornost;
maksimalni odnos C i zapremine;
mali i jako stabilan αc;
uske tolerancije kapacitivnosti;
izuzetno mali tanges ugla gubitaka (5·10-5 < tan δ < 1·10-4) u širokom
frekventnom opsegu;
- NEDOSTATAK male kapacitivnosti.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
69
Spoljašnji izgled nekih liskunskih
kondenzatora
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
70
Stakleni kondenzatori




Stakleni kondenzatori su namenjeni za visoke učestanosti;
kao dielektrik se koristi borsilikatno staklo, tan δ = 10·10-4 i εr = 4;
PREDNOSTI kondenzatori su monolitni, izvanredno hermetički
zatvoreni; homogenost dielektrika se odlično kontroliše; otpornost
izolacije je veoma velika; kondenzatori su stabilni čak i pri radu na
visokim temperaturama i pri povišenoj vlažnosti; gubici su vrlo mali
na visokim učestanostima; smanjena je zapremina kondenzatora;
Osnovne karakteristike staklenih kondenzatora su:




αc = (140 ± 25)·10-61/°C (T = -55°C ÷ +125°C i f = 100 kHz ÷ 1
MHz);
tan δ se ne menja značajno sa temperaturom i ostaje stabilan i
pri visokim učestanostima, bez obzira na vrednost kapacitivnosti
kondenzatora;
Q konstantan i Q > 1000 u celom temperaturnom opsegu sve do
30 MHz;
promena kapacitivnosti usled starenja je mala.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
71
Spoljašnji izgled nekih staklenih
kondenzatora
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
72
Keramički kondenzatori

Keramike tipa I su stabilne (titanati magnezijuma ili kalcijuma);





Keramike tipa II (senjetokeramike) su temperaturno nestabilne i imaju
veoma veliku vrednost dielektrične konstante (titanati i cirkonati barijuma ili
stroncijuma); temperaturni koeficijent je vrlo promenljiv, a gubici u njima su
znatni; karakteristike ove keramike su:




dielektrična konstanta: εr = 5 ÷ 470;
specifična otpornost: ρ = (106 ÷ 1015)Ωcm;
temperaturni koeficijent: αc = (-3000 ÷ +350)·10-61/°C;
ugao gubitaka: tan δ ~ 10·10-4;
dielektrična konstanta: εr = 700 ÷ 15000;
temperaturni koeficijent αc: promenljiv i nestabilan;
ugao gubitaka: tan δ = (50 ÷ 500)·10-4;
Keramike tipa III imaju vrlo velike vrednosti dielektričnih konstanti;
najčešće se proizvode u obliku pločica ili diskova; sve više su u upotrebi
višeslojni keramički kondenzatori, "čip" i "kapastog" oblika (zaliveni);
proizvode se i od keramike tipa I i od keramike tipa II.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
73
Temperaturne zavisnosti kapacitivnosti keramičkih
kondenzatora tipa I; oznaka, npr. N1500, znači da je
temperaturni koeficijent kapacitivnosti negativan i da
iznosi αC = −1500⋅10-6 1/oC
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
74
Temperaturne promene kapacitivnosti keramičkih kondenzatora tipa II
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
75
Temperaturna zavisnost kapacitivnosti keramičkih kondenzatora tipa III
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
76
Elektrolitski kondenzatori



Osnovna osobina elektrolitskih kondenzatora je velika
zapreminska kapacitivnost, posebno izražena pri
malim radnim naponima.
Velika kapacitivnost se postiže upotrebom veoma tankih
oksidnih slojeva Al i Ta) kao dielektrika;
Pri istim vrednostima površine S i relativne dielektrične
konstante dielektrika εr, kapacitivnost će biti veća ukoliko
je debljina dielektrika d manja.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
77
Elektrolitski kondenzatori

Da bi se obezbedio dobar (ravnomeran)
električan kontakt između površine tako tankog
dielektrika (tj. oksida metala) i druge elektrode
(jedna elektroda je metalna folija ili štapić na
kojoj je oksid, a druga obično neoksidisana
metalna folija)
 Neophodno je da se upotrebi provodna tečnost
− zato se koristi tečan elektrolit ili mangan
dioksid − koji ima poluprovodničke osobine.
 Drugim rečima, elektrolit ima ulogu „produžetka“
druge elektrode.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
78
Aluminijumski kondenzatori sa
tečnim elektrolitom
 Polarizovani
 Nepolarizovani
3/19/2012
(bipolarni)
Elektronske komponente Pasivne komponente
79
Polarizovani Al elektrolitski kondenzatori





namenjeni su za rad pri
jednosmernoj polarizaciji.
anoda aluminijumska folija
debljine (100 ÷ 120)µm,
koja je posebnim
postupkom oksidisana
(oksidni sloj predstavlja
dielektrik);
debljina je f(E) 0.0012 ÷
0.0015µm/V a εr = 10;
katoda je izvedena preko
provodnog elektrolita (npr.
rastvora glikla, borne
kiseline i amonijaka);
kontakt sa elektrolitom je
druga aluminijumska folija;
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
80
Nepolarizovani Al elektrolitski kondenzatori



katodna neoksidisana folija
je zamenjena oksidisanom
folijom;
mogu raditi pri jednosmernoj
i naizmeničnoj polarizaciji;
debljina dielektrika je
dvostruko veća tako da je pri
istom nazivnom naponu
kapacitivnost nepolarnih
kondenzatora dva puta
manja u odnosu na
kapacitivnost polarnih
kondenzatora;
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
81


impedansa aluminijumsih elektrolitskih kondenzatora
jako zavisi od učestanosti i temperature
Pri višim učestanostima, kada se zanemari otpornost
izolacije, koja je Ri> 100MΩ, ekvivalentna šema
kondenzatora je:

U tom slučaju je moduo impedanse:

r je ekvivalentna redna ili serijska otpornost elektrolitskog
kondenzatora (ESR), koja za određenu temperaturu,
odgovara minimalnoj vrednosti |Z|
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
82
R = ESR = |Z|min
a) niskonaponski (100µF/63V) i b) visokonaponski (47µF/350V)
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
83
 tangens
ugla gubitaka jako zavisi od
učestanosti i temperature.
 vrednosti tgδ aluminijumskih
elektrolitiskih kondenzatora nisu male.
 zbog tako velikih vrednosti tgδ, posebno
na niskim temperaturama i relativno niskim
učestanostima preporučljivo je ove
kondenzatore koristiti samo pri
jednosmernim režimima, a ako je to
neophodno, pri naizmeninim strujama vrlo
niske učestanosti.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
84
a − niskonaponski (100 µF/63V); b − visokonaponski (47 µF/350V)
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
85

kod elektrolitskih kondenzatora struja curenja
nije mala i ovde se ona češće zove struja
gubitaka
 predstavlja struju koja pri priključenju
jednosmernog napona protiče kroz
kondenzator.
 struja gubitaka raste sa temperaturom
 kada je reč o zavisnosti ove struje od vremena,
treba reći da je odmah po uključenju napona
ona velika i zatim opada, tako da posle izvesnog
vremena dostiže konstantnu vrednost
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
86
Zavisnost struje gubitaka od: a − temperature, b − vremena
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
87
Tantalni elektrolitski kondenzatori
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
88
Princip rada tantalnih kondenzatora je sličan radu
aluminijumskih elektrolitskih kondenzatora.
 Manjih su dimenzija, ali su skuplji od aluminijumskih
elektrolitskih kondenzatora.
 Prednosti u poređenju sa aluminijumskim elektrolitskim
kondenzatorima su:








veća zapreminske kapacitivnosti,
povećano vreme uskladištenja (od 5 do 10 godina), s obzirom da
je oksidni sloj na tantalu stabilniji nego na aluminijumu;
manju struju gubitaka;
manji tangens ugla gubitaka;
duže vreme života;
mogućnost rada pri znatno višim učestanostima (do 100 kHz).
tantal ne reaguje sa drugim materijalima sa kojima je u dodiru,
što dopušta upotrebu elektrolita visoke provodnosti, čime se
obezbeđuje niska redna otpornost.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
89







Tantal kondenzatori sa tečnim i sa čvrstim elektrolitom
Češće se primenjuju tantalni kondenzatori sa čvrstim
elektrolitom.
Anoda je sinterovani otpresak tantalnog praha, žica
tantala (za kondenzatore manje kapacitivnosti), ili štapić
od tantala.
Dielektrik je tantal-oksidni sloj
Kao elektrolit kod čvrstih tantalnih elektrolitskih
kondenzatora koristi se mangandioksid (MnO2).
Provodnik za katodu je grafitna i srebrna prevlaka, koja
se nanosi na sloj mangandioksida MnO2
MnO2 ima poluprovodničke osobine, čega se ovi
kondenzatori zovu i oksidno-poluprovodnički
Nedostatak: u slučaju proboja, ponašaju se kao kratak
spoj, a zamena pola dovodi do ekspolozije samoga
kondenzatora.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
90
Impedansa tantal elektrolitskih kondenzatora jako zavisi od učestanosti.
Zadržavaju kapacitivne osobine do znatno viših učestanosti.
Al elektrolitski kondenzatori
a − sa čvrstim elektrolitom (8,2 µF/35 V); b − sa tečnim elektrolitom (20 µF/60 V)
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
91
UltraCap kondenzatori





UltraCap kondenzatori su komponente koje su
namenjene za čuvanje energije - imaju izuzetno velike
vrednosti kapacitivnosti, iznad farada: 5F, 10F, 110F,
čak do 5000F.
Radni naponi ultraCap kondenzatora su niski (Un≤2.5V)
Radni vek jako zavisi od temperature i vrednosti napona
sa kojima su radili
Za postizanje većih vrednosti napona formiraju se moduli
sa više redno i paralelno vezanih ultraCap kondenzatora
Istovremno se mora obezbediti hlađenje tih modula, da
bi se temperatura održavala što nižom, jer se jedino u
tom slučaju, može garantovati njihov dug radni vek.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
92
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
93

ultraCap kondenzator je elektrohemijski
dvoslojni kondenzator kojeg čine dve elektrode
uronjene u elektrolit.
 Ovi kondenzatori nemaju klasičan dielektrik, već
je tu ulogu preuzima elektrohemijski ostvarena
suprotstavljena količina naelektrisanja na
oblogama od aktivnog ugljenika
 Rastojanje između pozitivnog i negativnog
naelektrisanja (kvazidielektrik) iznosi samo d =
(2÷5) nm, što uslovljava izuzetno velike
vrednosti kapacitivnosti (zbog C = εoεr S/d).
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
94
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
95
Kondenzatori promenljive
kapacitivnosti
Obrtni
kondenzatori
Polupromenljivi kondenzatori −
trimeri
Varikap diode
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
96
Obrtni kondenzatori
Obrtni kondenzatori promenljive kapacitivnosti se sastoje od grupe nepokretnih
paralelnih ploča − statora i grupe pokretnih paralelnih ploča − rotora.
Rotorske ploče su tako smeštene da se između svake dve statorske ploče
nalazi po jedna rotorska ploča. Pri obrtanju rotorskih ploča menja se aktivna
površina između ploča, tj. menja se kapacitivnost kondenzatora.
Od oblika kondenzatorskih ploča
jako zavisi promena kapacitivnosti
u funkciji ugla obrtanja,
 pravolinijiska promena učestanosti
(koriste u oscilatornim kolima u
kojima se sa obrtanjem rotorskih
ploča učestanost menja linearno
sa uglom obrtanja) - rotorske
ploče su srpastog oblika,
 linearna promena talasne dužine ploče bubrežastog oblika

3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
97
Polupromenljivi kondenzatori - trimeri


Kapacitivnost se menja samo u toku podešavanja
elektronskih kola, a u toku eksploatacije ostaje stalna.
Vazdušni polupromenljivi kondenzatori i kondenzatori sa
čvrstim dielektrikom.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
98
Varikap diode
Varikap diode su poluprovodničke diode sa
kontrolisanim kapacitivnim osobinama.
 Koristi se kapacitivnost inverzno polarisanog p-n
spoja, pri čemu se promenom inverznog napona
menja širina prelazne oblasti p-n spoja, a time i
kapacitivnost varikap diode.

Varikap diode u različitim kućištima
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
99

Prednosti varikap dioda u odnosu na
vazdušne promenljive kondenzatore su:



neuporedivo su manjih dimenzija i mogu da se oklope
zajedno sa kalemom, čime se izbegavaju parazitne
sprege;
otpornije su na mehanička dejstva (udare, potrese,
itd.) i atmosferski uticaj;
ne postoji osovina kao kod vazdušnih promenljivih
kondenzatora, već se promena kapacitivnosti vrši
promenom napona na diodi, što se može ostvariti
promenom otpornosti potenciometra, koji može biti
daleko od same diode.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
100
promene napona na varikap diodi
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
101
 Nedostaci
varikap dioda kao
kondenzatora su:


gubici su veći nego kod vazdušnih
promenljivih kondenzatora;
kapacitivnost je nelinarna funkcija napona,
usled čega nastaju izobličenja, što dovodi
do pojave viših harmonika.
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
102
Od posebnog značaja su varikap diode sa
superstrmim p-n spojem kod kojih je
promena kapacitivnosti sa inverznim
naponom Vinv data izrazom
Vk - kontaktna razlika potencijala koja za
silicijumske diode iznosi oko 0,9 V
C0 - je kapacitivnost nepolarisane varikap
diode
učestanost oscilatornog kola se linearno menja sa naponom
3/19/2012
Elektronske komponente Pasivne komponente
103
Download

Kondenzatori