Особенности применения конденсаторов

Конденсаторы составляют значительную долю общего количе­ства компонентов РЭС и поэтому оказывают заметное влияние на надежность собранных устройств.

При создании новых РЭС разработчик из множества выпус­каемых компонентов выбирает конкретные их типы, исходя из необ­ходимости обеспечения режимов работы компонентов в пределах установленных норм (напряжение, ток, мощность, температура и др.). Ввиду множества разновидностей конденсаторов их выбор для конкретного схемотехнического решения и условий будущей экс­плуатации не всегда однозначен.

Рекомендации по применению конденсаторов направлены, главным образом, на обеспечение таких условий работы конденсато­ров, которые позволяют ожидать высокой их эксплуатационной на­дежности. Следует отметить, что в современных РЭС доля конденса­торов составляет около 20-30%, а выход из строя устройств по при­чине отказа конденсаторов - около 3-10%. Практически все отказы обусловлены либо условиями эксплуатации, способствующими разви­тию физико-химических процессов в диэлектрике, либо дефектами, внесенными в процессе производства, и конструктивными причинами.

Большинство отказов конденсаторов (в среднем) вызвано пробоем диэлектрика (около 80%) и постепенной потерей емкости (около 15%). Это соотношение существенно зависит от типа конден­саторов.

Ионизационный пробой диэлектрика чаще всего возникает под воздействием переменного электрического поля (особенно при вы­соких амплитудах и частоте) в тех местах материала, где сосредото­чены его локальные неоднородности (поры, воздушные зазоры меж­ду диэлектриком и пластинами). На постоянном токе доминируют отказы, вызванные химической активностью дендритов¹, обладаю­щих изменчивой ионной проводимостью и переносом ионов, и элек­тронной проводимостью диэлектрика в сильных электрических по­лях. Повышение температуры и влажности окружающего воздуха интенсифицирует указанные процессы.

При небольших рабочих напряжениях (менее 10 В) проявляет­ся неустойчивость электрических контактов соединений выводов конденсаторов с обкладками (у тех типов конденсаторов, где ис­пользуется контакт давлением: пленочных, слюдяных, некоторых оксидных) и постепенно растет угол диэлектрических потерь.

Рис. 30. Резистивный усилитель, в который включены конденсаторы раз­личного функционального назначения

В табл. 8 перечислены основные области функцио­нального применения конден­саторов с различными диэлек­триками и их цифробуквенное обозначение.

На рис. 30 приведен пример резистивного каскада с транзистором, включенным по схеме с общим эмиттером. В этом каскаде конденсаторы использованы в качестве: раз­делительного С_р; фильтрового (развязывающего) С_ф; шунти­рующего С_ш; нагрузочного С_н.

При длительной работе на постоянном токе в материале ди­электрика действует электрическое поле, которое вместе с темпера­турой окружающей среды и ее влажностью провоцирует электрохи­мические процессы окисления, деградации, диффузии, полимериза­ции, миграции и др. Уровень влияния этих процессов на характери­стики конденсаторов зависит от особенностей конструкции, качества использованных материалов и условий эксплуатации.

Таблица 8. (Начлао) Области применения конденсаторов

Таблица 8. (Продолжение) Области применения конденсаторов

Таблица 8. (окончание)Области применения конденсаторов

Поскольку эквивалентная схема замещения конденсатора на высокой частоте представляет собой последовательный колеба­тельный контур, следует обязательно иметь в виду, что конденсатор выполняет свои функции только на частотах ниже резонансной.

Работу конденсатора в электрической цепи может сопровож­дать эффект «мерцания» емкости (небольшое скачкообразное из­менение емкости конденсатора, имеющего металлизированные об­кладки), вызванный образованием в металлической пленке изолиро­ванных островков металла, которые, под действием приложенного электрического поля и температуры, могут электрически спонтанно подключаться к металлизации обкладки, увеличивая емкость. В мо­мент подключения образуется микродуга, являющаяся причиной по­явления дополнительных потерь и случайных шумов. Изменение емкости при этом явлении составляет десятые доли процента от номинала и растет с повышением приложенного напряжения.

Конструктивно конденсаторы выполняются в незащищенном, защищенном, неизолированном, изолированном, уплотненном и герметизированном вариантах. Незащищенные конденсаторы можно применять только в составе герметизированного узла. Защищенные конденсаторы - в РЭС любой конструкции. Неизолированные кон­денсаторы (имеющие, как правило, тонкое лакокрасочное покрытие) следует монтировать так, чтобы они не касались своим корпусом других компонентов и токоведущих частей узла. Уплотненные кон­денсаторы снабжаются корпусом в виде оболочки из органических материалов. Герметичные конденсаторы имеют металлокерамические или стеклянные корпуса.

При наличии заметных механических воздействий в период эксплуатации конденсаторы, имеющие увеличенные размеры и массу, следует устанавливать на монтажную плату с помощью крепежного устройства (скобой, хомутиком, приклеиванием, запивкой в форму), исключающего повреждения поверхности конденсатора и его выво­дов. Допускается монтаж конденсатора вплотную (без зазора) к по­верхности печатной платы, если ее толщина не менее 2,5...3 мм.

В составе гибридных интегральных схем и микросборок исполь­зуются специальные типы конденсаторов: К10-9; К10-9М; К1О17; К10-27; К10-28; К10-42; К10-43; К10-45; К10-47; К10-49; К10-50; К10-52; К21-5; К21-8; К21-9; К22У-1; К22-4; КТ4-27; К53-15; К53-15А; К53-22; К53-25; К53-26. Монтаж этих и подобных им конденсаторов про­изводится пайкой их тонких выводов или контактных поверхностей к плате печатного монтажа. Продолжительность пайки - не более 3 с, а мощность паяльника - не более 25 Вт. Перед пайкой конденсато­ры с тонкими выводами сначала приклеивают к плате, а безвывод­ные конденсаторы подогревают. Плата должна быть достаточно же­сткой и не коробиться при пайке.