Конденсаторы

Требования, предъявляемые к конденсаторам, предназначенным для использования в современных ламповых усилителях, существенно отличаются от требований для обычной бытовой радиоаппаратуры. Начнем с переходных или разделительных конденсаторов, включаемых между анодом лампы предыдущего каскада и управляющей сеткой последующего.

Рис. 1 Cp - Разделительный конденсатор в цепи анода предыдущего каскада и сетки последующего.

Как правило, к обкладкам такого конденсатора бывает приложе­но довольно высокое постоянное напряжение (100...450 В), поэтому первое требование к ним - это соответствующее рабочее напряжение, которое должно, по крайней мере, на 30...50% превышать реально приложенное в схеме, т.е. иметь паспортное значение 150...900 В.

Нынешнее поколение радиолюбителей, воспитанное на полупроводниковой элементной базе, уже успело отвыкнуть от таких значений рабочих напряжений, поэтому на этот параметр следует обратить особое внимание.

Но главное требование к переходным (разделительным) конденсаторам - это недопустимость сколько-нибудь заметной утечки. Для того чтобы это было понятно, напомним, что переходной конденса­тор одним концом подключен к источнику постоянного напряжения 200...450 В (анод предыдущей лампы), а другим - к сетке лампы следующего каскада, в цепи которой включен резистор утечки сетки сопротивлением 0,5 … 1 МОм. Если даже ток утечки конденсатора составит всего 1 мкА, то на резисторе сопротивлением 1 МОм он создаст падение напряжения в 1 В, а это сдвинет на характеристике рабочую точку лампы также на 1 В, что сделает бессмысленной саму идею создания высококачественного усилителя.

Поэтому все без исключения конденсаторы для переходных цепей должны быть предварительно проверены и отобраны по параметру отсутствия тока утечки.

Для проверки тока утечки конденсаторов можно собрать устройство по схеме, приведенной на рисунке 2 и с его помощью, осуществить
индивидуальный отбор, подвергнув разбраковке, возможно, не один десяток конденсаторов.

Рис. 2 Схема устройства проверки конденсаторов для применения их в качестве переходных.

Инструкция по эксплуатации устройства

Предостережение 1.

Поскольку ток утечки по абсолютной величине весьма мал, для его измерения необходимо воспользоваться микроамперметром. А чтобы случайно не вывести этот высокочувствительный и дорогой прибор из строя, необходимо строжайше придерживаться следующего порядка действий:

1. Установить переключатель S3 в положение Контроль.

2.  Проверить испытуемый конденсатор тестером на отсутствие короткого замыкания (пробоя).
3. Подключить конденсатор к зажимам Сx.
4. К зажимам U= подключить высокое напряжение (300, 400 или 500 В, в зависимости от рабочего напряжения конденсатора) и по шкале вольтметра проверить значение напряжения.
5. Переключатель S3 перевести в положение Работа.
6. Не ранее чем через 30 с нажать на кнопку S2 и посмотреть на шкалу миллиамперметра, стрелка которого не должна отклониться ни на одно деление, после чего кнопку отпустить.
7. Левой рукой нажать кнопку S1, после чего, не отпуская кнопку S1, правой рукой нажать кнопку S2 и по шкале микроамперметра определить ток утечки конденсатора в микроамперах.

Предостережение 2.

Если в пункте 6 инструкции, стрелка миллиамперметра отклонилась от нуля, хотя бы на ничтожную величину, ни в коем случае не нажимайте на кнопку S1 микроамперметра, а конденсатор отложите как непригодный для использования в вашем УЗЧ.

Какой тип конденсаторов лучше всего применять?

Вопрос этот весьма непростой, потому что большинство переходных конденсаторов должны иметь емкость 0,1 0,5 мкф при рабочем напряжении 300 … 500 В. Чаще всего это бумажные или металлобумажные конденсаторы, а именно они, как правило, имеют большой ток утечки.

Считается, что наилучшей электрической изоляцией а, следовательно и наименьшим током утечки, обладают конденсаторы с фторопластовой, полистирольной и полипропиленовой изоляцией. Однако большинство радиолюбителей не в состоянии определить тип изоляции конденсатора ни по его внешнему виду, ни даже по маркировке. В этом случае можно воспользоваться таблицей №1, в которой приведены наиболее подходящие типы из числа выпускаемых отечественной промышленностью.

Таблица №1

Именно к разделительным конденсаторам предъявляются самые жесткие требования, поскольку именно они являются передаточным межкаскадным звеном, в максимальной степени влияющим на величину искажений звукового сигнала.

Рис. 3 Конденсатор К10-47.

Рис. 4 Конденсатор К73-17.

В последнее время ходят упорные слухи о том, что заморские специальные аудиофильные конденсаторы творят чудеса и исключают искажения звука, причем, чем дороже конденсатор, тем он более качественный. Это хорошая теория для увеличения продаж импортных конденсаторов среднего качества за сумасшедшие деньги. Если мы говорим о частотах звукового диапазона, то скорее всего эту теорию нужно рассматривать как антинаучный бред.
Даже если предположить, что технологии производства конденсаторов в Японии или в Европейских странах намного чище наших и они позволяют достигать очень низких значений тангенса угла диэлектрических потерь и чистоты диэлектрика конденсатора, то это всё равно не является причиной того, что нужно покупать переходные конденсаторы по 300 долларов за штуку.

Основной совет следующий:

1. Необходимо проводить тщательный подбор конденсаторов по току утечки, который должен быть близок к нулю.
2. Коэффициент изменения ёмкости, в зависимости от приложенного напряжения должен быть минимальным.
3. Коэффициент изменения ёмкости, в зависимости от температуры окружающей среды должен быть минимальным.
4. Использовать только рекомендованные типы конденсаторов – слюдяные, фторопластовые, плёночные, а из бумажных только герметизированные КБГ-И или К-40-У9.

Для низковольтных цепей, - например в устройствах регулировки громкости и тембра, тонкомпенсации, частотнозависимой обратной связи и т.п. выбор типов конденсаторов менее критичен по отношению к току утечки и практически не ограничивает конструктора. В то же время для этих цепей на первый план выступает требование минимального отклонения фактической емкости от указанного номинала, что для разделительных конденсаторов несущественно.

Следует отметить, что порой не так важно абсолютное значение емкости конденсатора, оно вполне может отличаться от указанного на схеме даже на 10%, как одинаковость фактической емкости двух конденсаторов в двух одноименных цепях симметричной схемы.

К конденсаторам фильтров выпрямителей или оксидным конденсаторам в катодных цепях ламп требования наименее жесткие. Можно использовать любые имеющиеся в распоряжении типы, лишь бы они обеспечивали достаточный запас по значению рабочего напряжения и подходили по размерам и способу крепления. Необходимо напомнить, что в отдельных узлах, - например в выпрямителе-удвоителе, некоторые конденсаторы имеют незаземленный отрицательный вывод, который в старых моделях конденсаторов, обычно соединен с корпусом. В этих случаях корпус такого конденсатора должен быть надежно изолирован от корпуса усилителя, чтобы полностью исключить возможность случайного замыкания или поражения током высокого напряжения.

Рис. 5 Конденсатор в цепи катода лампы предварительного каскада.

Что такое ёмкость конденсатора?

Электрическая емкость конденсатора, измеряется в Кулонах на Вольт.

C = q / U

где q - заряд на обкладках конденсатора (в K);
U - напряжение на обкладках (в V).
Единица измерения - Кулон на вольт называется Фарад (F).
Микрофарад равняется одной миллионной частью Фарада.

1 F = 106 mF
Пикофарад равняется одной миллионной частью микрофарада.

1 mF = 106 pF

Емкость плоского конденсатора, состоящего из двух пластин, определяется следующей формулой:

С = (0,88*εr*S) / a

где:
C – емкость конденсатора (в pF);
S - площадь обкладок конденсатора (в см2);
εr - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, находящегося между обкладками конденсатора;
а - расстояние между обкладками (в мм).

Емкость плоского конденсатора, состоящего из n, параллельно соединенных пластин, определяется следующей формулой:

С = (0,88*εr*S*(n-1)) / a

Последовательное соединение конденсаторов

Рис. 6 Последовательное соединение конденсаторов.

Последовательное соединение конденсаторов представлено на рисунке 6. Общее напряжение равно сумме напряжений на отдельных конденсаторах.

U = U1 + U2 + U3

Напряжения на конденсаторах обратно пропорциональны их емкостям.

U1 : U2 : U3 = 1/С1 : 1/С2 : 1/С3

Такое распределение напряжений наблюдалось бы только при отсутствии проводимости у конденсаторов. Если же сопротивления между обкладками (сопротивления утечки) конечны по величине и отличны от нуля, то напряжения на конденсаторах будут пропорциональны их сопротивлениям утечки. Поэтому при последовательном включении конденсаторов их шунтируют внешними сопротивлениями, чтобы напряжения на них определялись величинами этих сопротивлений, а не случайными значениями сопротивлений утечки.

На рисунке 7 показана схема последовательных включений конденсаторов с шунтирующими сопротивлениями для выравнивания напряжений.

Внимание!!! Схемы с шунтирующими сопротивлениями, практически не используются в качестве переходных или разделительных конденсаторов, из-за влияния на рабочие точки характеристик ламповых каскадов усиления и, возникающие при этом искажения.

Рис. 7 Последовательное соединение конденсаторов с шунтирующими сопротивлениями.

Общая емкость определяется по формуле:

1/С = 1/С1 + 1/С2 + 1/С3

и будет меньше емкости наименьшего конденсатора данной цепи.

Если речь идет о двух последовательно включенных конденсаторах, тогда можно воспользоваться таблицей №2 для расчета емкости и напряжений, прикладываемых к каждому конденсатору.

Таблица №2

При последовательном соединении N одинаковых по емкости конденсаторов C1 общая емкость расчитывается по формуле:

С = C1/N

Параллельное соединение конденсаторов

Напряжения на каждом конденсаторе одинаковы и равны U.
Общая емкость С - равна сумме емкостей параллельно соединенных конденсаторов:

C = C1 + C2 + C3

Схема параллельного соединения конденсаторов приведена на рисунке 8

Рис. 8 Параллельное соединение конденсаторов.

При параллельном соединении N одинаковых по емкости конденсаторов C1 общая емкость расчитывается по формуле:

С = C1*N

Общие характеристики конденсаторов

Электрические характеристики конденсатора определяются его конструкцией и свойствами используемого диэлектрика.
Основными параметрами конденсатора являются:

• номинальное значение емкости (мкФ, нФ, пФ);
• рабочее напряжение - максимальное значение напряжения, при котором конденсатор может работать длительно без - изменения своих свойств;
• допуск - возможный разброс значения емкости конденсатора;
• температурный коэффициент емкости (ТКЕ) - зависимость емкости конденсатора от температуры окружающей среды.

В таблице № 3, приведены основные характеристики конденсаторов различных типов.
Таблица № 3

Обозначение и маркировка конденсаторов

Отечественная система обозначения конденсаторов Сокращенное обозначение состоит из букв и цифр, например, К53-4, где буква указывает на тип конденсатора, первое число - на материал диэлектрика, последнее число - на конструктивное исполнение. В таблице № 4, приведена система обозначения конденсаторов в зависимости от материала диэлектрика.

Таблица № 4

В основу обозначений по старой системе брались различные признаки: конструктивные, технологические, эксплуатационные и другие (например: КД - конденсаторы дисковые; ФТ - фторопластовые теплостойкие и т.д.). Системы обозначений конденсаторов зарубежных фирм-производителей не приводится, поскольку каждая из них имеет свою собственную систему. Наиболее широко применяются конденсаторы следующих номинальных рядов емкостей: ЕЗ, Е6, Е12, Е24. В таблице № 5, приведены числовые множительные коэффициенты четырех, наиболее распространенных, номинальных рядов.

Таблица № 5

Маркировка конденсаторов

Установлено два вида маркировки конденсаторов. Она может быть либо буквенно-цифровой, либо цветовой. Буквенно – цифровая маркировка конденсаторов, содержит следующие параметры:
- сокращенное обозначение конденсатора;
- емкость конденсатора;
- рабочее номинальное напряжение конденсатора;
- величину допуска девиации емкости;
- группу ТКЕ;
- дату изготовления.
В зависимости от размеров конденсаторов возможно применение полных или сокращенных (кодированных) обозначений номинальных емкостей и их допустимых отклонений. Бескорпусныё конденсаторы не маркируются, а их характеристики указываются на упаковке. Полное обозначение номинальных емкостей состоит из цифрового обозначения номинальной емкости и обозначения единицы измерения (пФ - пикофарады, мкФ - микрофарады, Ф - фарады).

Кодированное обозначение номинальных емкостей состоит из трех или четырех знаков, включающих две или три цифры и букву. Буква из русского или латинского алфавита обозначает множитель:
П (р) - пико = 10-12;      Н (п) - нано = 10-9;       М (μ или m) - микро = 10-6.
Примеры: 2,2 пФ - 2П2 (2p2);      1500 пФ - 1Н5 (1n5);   0,1 мкФ - Ml (μ1);        10 мкФ - 10M (10μ).
На рисунке 9 показан внешний вид конденсаторов различных типов и исполнения.

Рис. 9 Внешний вид конденсаторов различных типов и исполнения.

В таблице № 6, приведены допуски девиации емкости. По новой системе они обозначаются латинскими буквами и соответствуют принятой международной системе обозначений, по старой - буквами русского алфавита.

Таблица № 6