WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |

Проблема расширения диапазона рабочих частот оксидных конденсаторов решается главным образом посредством усовершенствования конструкции. Так, были разработаны танталовые и ниобиевые оксидно-полупроводниковые конденсаторы с плоскими объемнопористыми анодами, что позволило расширить область рабочих частот до 10 МГц (конденсаторы типа К53-25, 28). Такие аноды были изготовлены с помощью оригинального способа формообразования объемно-пористого тела путем электрофоретического осаждения танталового порошка из суспензии на плоский танталовый носитель.

Применение этого способа обеспечивает более однородную структуру объемно-пористого анода по сравнению с традиционными методами его формообразования, что улучшает частотные характеристики конденсатора. Увеличение рабочей частоты конденсатора при заданном его импедансе ведет к значительному уменьшению необходимой емкости, улучшению массогабаритных показателей изделий (до раз) и экономии дорогостоящего тантала.

Улучшение частотных характеристик алюминиевых оксидноэлектролитических конденсаторов достигается за счет образования пакета чередующихся между собой анодных и катодных пластин, а также повышенного качества бумаги, обеспечивающей ее высокую впитывающую способность и использования новых рабочих электролитов с пониженным значением удельного сопротивления. В этом случае сопротивление прокладок существенно понижается и величина импеданса на частоте собственного электрического резонанса может быть снижена до 0,001 Ом (конденсатор типа К50-41). Снижению величины индуктивности конструкционных элементов конденсатора, которая начинает сказываться на самых высоких частотах, способствуют такие конструктивные решения, как увеличение количества выводов, минимизация длины выводов в пределах секций и расстояния между ними, а также такое взаимное расположение выводов вне секции, при котором направления токов в паре ближайших выводов противоположны (конденсатор типа К50-33А).

Расширение диапазона рабочих температур алюминиевых оксидно-электролитических конденсаторов осуществляется посредством применения соответствующих трудноиспаримых электролитов.

Обычно в качестве основы высокотемпературных электролитов используются диметилформамид, а низкотемпературных - гликолиборат.

Существуют разработки, включающие в себя технологию изготовления анодной фольги с повышенной температурной стабильностью емкости и соответствующие рецептуры рабочих электролитов (например, на основе смеси - бутиралактана и N - метилпирролидона), дающие возможность создать низковольтный высокочастотный конденсатор с рабочим диапазоном температур -60... +155 0С.

Успешное решение проблем совершенствования конденсаторов с оксидным диэлектриком позволило к настоящему времени сформировать широкую номенклатуру изделий этого класса, отвечающую всей совокупности требований к компонентам радиоэлектронной аппаратуры.

4. КОНДЕНСАТОРЫ С ОРГАНИЧЕСКИМ ДИЭЛЕКТРИКОМ Конденсаторы этого типа изготавливают обычно намоткой тонких длинных лент органического диэлектрика, разделенных металлическими электродами.

На протяжении многих лет в качестве рабочего диэлектрика конденсаторов этого типа использовалась главным образом специальная конденсаторная бумага в виде длинных и тонких листов, пропитанная минеральным маслом с целью заполнения воздушных пор и повышения электрической прочности материала (бумажные конденсаторы с фальговыми электродами КБГ, БМ, БГМ, БМТ, КБГП и др., металлобумажные конденсаторы с пленочными металлическими электродами МБГП, МБГЦ, МБГО, МБМ и др.).

Это было обусловлено рядом достоинств конденсаторной бумаги: высокими прочностными свойствами, дешевизной, возможностью создания на ее основе широкой номенклатуры конденсаторов по величинам номинальных напряжений и емкости. Так, диапазон номинальных емкостей бумажных конденсаторов составляет от сотен пикофарад до сотен микрофарад. Важной особенностью работы металлобумажного конденсатора является его способность к самовосстановлению электрической прочности после пробоя. В местах пробоя диэлектрика выделяется энергия, достаточная для расплавления и испарения тонкого слоя металла, в результате чего пробитый участок изолируется и электрическая прочность восстанавливается.

Вместе с тем, бумага обладает и рядом недостатков, не приемлемых в условиях возросших требований к параметрам конденсаторов: точности и стабильности емкости, величине и стабильности постоянной времени, коэффициенту диэлектрической абсорбции, тангенсу угла потерь и др. Эти требования могут быть удовлетворены при использовании в качестве рабочего диэлектрика конденсаторов синтетических высокомолекулярных пленочных материалов, обладающих лучшими характеристиками по сравнению с бумагой. Параметры органических конденсаторных диэлектриков приведены в табл. 6.

Таблица Основные параметры органических конденсаторных диэлектриков Рабочий ди- Тип конТmax, °С Епр, электрик денсатора при кВ/мм кГц Полистирол 2,5 1020 3 150-300 60-70 К70ф, К71ф Политетра- фторэтилен 2,0 1020 2 150-200 250 К(фторопласт) Полипропилен 2,1 1017 8 140-200 100-110 КПолиэтилен- терефталат 3,2 1015 50 160-300 125 К73м, К74ф (лавсан) Поликарбонат 3,0 1015 12 180-250 140 ККонденса- К40,К41ф, 2-6 1015 60 120-160 торная бумага К42м в таблице обозначены: ф - фольговые обкладки, м - металлизированные обкладки.

Кроме того, синтетические пленки изготавливаются значительно меньших толщин, отличаются высокой степенью однородности и обладают высокими прочностными характеристиками.

В современном конденсаторостроении применяется бумага и ряд пленочных диэлектриков толщиной 4 - 7 мкм, а при использовании специальных технологических приемов - толщиной 1,5--v tg при, Ом см кГц, мкм. Использование диэлектрика малой толщины при высоких значениях рабочих напряженностей электрического поля, несмотря на небольшие значения диэлектрической проницаемости у органических материалов, позволяет получать на их основе относительно высокие значения удельной емкости и удельной энергии конденсатора. Механизированный способ изготовления секций таких конденсаторов путем намотки их на специальных станках (полуавтоматах или автоматах) дает возможность получения конденсаторов больших емкостей, достигающих сотен микрофарад.



Бумага и синтетические пленки полярных материалов (полиэтилентерефталат, поликарбонат) имеют сравнительно большие величины тангенса угла диэлектрических потерь, что ограничивает частотный диапазон конденсаторов. Конденсаторы на основе этих диэлектриков предназначаются в основном для включения в цепи постоянного тока и низкой частоты. Значительный интерес здесь представляют синтетические пленки поливинилиденфторида (ПВДФ), обладающего существенно большей, по сравнению с другими материалами, диэлектрической проницаемостью (= 10 - 12) и электрической прочностью 600 - 800 кВ/мм. К недостаткам ПВДФ с точки зрения конденсаторного применения следует отнести значительный тангенс угла диэлектрических потерь ( 1,5 10-2) и низкую нагревостойкость (Т max = +60 °С) этих пленок.

В каталогах фирм стран, где налажено промышленное производство пленок ПВДФ приборного качества, имеются сведения о конденсаторах на основе ПВДФ и его сополимеров.

У конденсаторов на основе пленочных неполярных диэлектриков (полистирол, политетрафторэтилен, полипропилен), благодаря малой величине угла потерь, существенно расширен диапазон рабочих частот, а также значительно выше значения постоянной времени. Появившаяся в 70-х годах полипропиленовая пленка, близкая по электрическим характеристикам к полистирольной, отличается большей нагревостойкостью, что позволяет использовать ее в качестве рабочего диэлектрика конденсаторов, работающих в режиме переменного и импульсного напряжений. Рабочие частоты таких конденсаторов достигают десятков мегагерц.

Особенно перспективным диэлектриком для создания конденсаторов, предназначенных для работы при высоких (~ 250 °С) температурах, является полиимидная (полипиромелитимид-ная) пленка.

При современном уровне технологии наименьшая толщина пленок составляет 2 мкм, а механическая прочность превышает кг/см2. Использование диэлектриков столь малых толщин даже при сравнительно небольшой диэлектрической проницаемости позволяет получать высокие значения удельной емкости и удельной энергии конденсаторов.

Промышленностью налажен выпуск конденсаторов в металлических и пластмассовых корпусах прямоугольной и цилиндрической форм. Кроме того, изготавливаются бескорпусные конденсаторы, защищенные липкой лентой или покрытые слоем эпоксидного компаунда ("окукленные").

Совершенствование конденсаторов с органическим диэлектриком в соответствии с современными требованиями изготовителей радиоэлектронной аппаратуры направлено на повышение их удельных характеристик и расширение функциональных возможностей. Стратегические подходы здесь, как и вообще в конденсаторостроении, состоят в поиске новых диэлектрических материалов и конструктивнотехнологических решений. Так, применение в качестве конденсаторного диэлектрика полиэтилентерефталатной пленки толщиной до 1,- 2,0 мкм позволило создать конденсаторы с удельным зарядом более 180 мкКл/см3, а использование поликарбонатной пленки, наряду с достаточно высоким удельным зарядом (~ 120 мкКл/см3), достигнуть повышенной температурной стабильности и расширения диапазона рабочих частот.

Наибольшей удельной емкостью среди конденсаторов с органическим диэлектриком обладают лакопленочные конденсаторы со сверхтонкими металлизированными полярными пленками, например лак на основе триацетата. Недостатком однослойных конденсаторов этого типа является проникновение металла в тонкие поры пленки, приводящее к потере сопротивления изоляции.

Существенное повышение удельных параметров и стабильности эксплуатационных характеристик конденсаторов может быть достигнуто посредством использования комбинированных (многослойных) диэлектрических структур. В таких структурах используют три разновидности последовательного и параллельного включения диэлектриков: полярной пленки и конденсаторной бумаги; неполярной пленки и конденсаторной бумаги; полярной и неполярной пленки.

При последовательном включении двух слоев в комбинированном диэлектрике, как известно, емкость конденсатора CCC =, (4.1) C1 + Cгде С1 = S / h1 и C2 = S / h2 - емкости, обусловленные первой о 1 о пленкой толщиной h1 и второй пленкой толщиной h2 соответственно (1 и 2 - диэлектрическая проницаемость первого и второго материалов соответственно), а сопротивление R = R1+R2.

При параллельном включении слоев С= С1+С2;

RRR = (4.2) R1 + RПодбирая диэлектрические пленки разного типа при различном соотношении их толщин и реализуя в конструкции определенные схемы включения слоев, можно создавать пленочные конденсаторы с различными и широко меняющимися значениями ТКЕ, в том числе и температурно-стабильные конденсаторы.

Улучшение удельных характеристик конденсаторов при использовании комбинированного диэлектрика обусловлено тем, что дефектные участки одного слоя ("генетические" или биографические, например, возникающие при вакуумной металлизации) перекрываются другим, бездефектным слоем диэлектрика, что позволяет обеспечить более высокие значения рабочего напряжения. Так, использование комбинированного бумажно-лавсанового диэлектрика с масляной пропиткой позволило существенно повысить удельную энергию конденсаторов. Двухслойное покрытие комбинацией лаков в лакопленочных конденсаторах позволяет существенно ослабить влияние на их свойства дефектов каждого из слоев лака.





Перспективны комбинированные диэлектрики для создания стабильных пленочных конденсаторов, предназначенных для работы в высокоомных низковольтных цепях, когда не может быть реализовано присущее конденсаторам с металлизированными обкладками полезное свойство самовосстановления ("выгорание"металлического электрода в месте пробоя) в силу малости величины тока. Использование в качестве диэлектрика поликарбонатной пленки толщиной мкм, взятой в два слоя, позволило повысить удельный заряд конденсаторов до 250-300 мкКл/см3 и обеспечить высокую стабильность сопро-тивления изоляции при их эксплуатации.

Особенно ощутим эффект при сочетании материаловедческих и конструкторско-технологических решений. Использование комбинированного диэлектрика в сочетании с усовершенствованной базовой конструкцией - переходом к цилиндрической конструкции с монолитным изоляционным (эпоксидным) корпусом - позволяет рассчитывать на повышение удельных параметров высоковольтных конденсаторов с органическим диэлектриком в 1,5 - 2 раза. Это решение реализовано, в частности, в отечественных сериях конденсаторов общего применения К75-47 и К75-54, охватывающих диапазоны номинального напряжения от 2,5 до 100 кВ, номинальной емкости от 0,001 до 10 мкФ и рабочей температуры от -60 до +85° С.

Наряду со слоистыми диэлектрическими структурами, интерес для конденсаторостроения представляют композиционные материалы на основе органических диэлектриков с наполнителем, обладающим высокой диэлектрической проницаемостью, например полимер - сегнетокерамика. В предельном случае - это металлодиэлектрические композиционные материалы, обнаруживающие резкий рост диэлектрической проницаемости при концентрации металлического наполнителя вблизи порога протекания. Проблема здесь состоит в критичности проводимости и tg к изменению содержания наполнителя в пороговой области концентраций. Для ее решения, по-видимому, необходимы новые технологические приемы изготовления конденсаторного диэлектрика.

5. ИОНИСТОРЫ Изделия этого типа занимают особое место среди конденсаторов, поскольку их емкость реализуется без участия диэлектрика. В основе принципа действия ионисторов - формирование на границе двух фаз двойного электрического слоя (ДЭС) тонкого (молекулярной толщины) слоя, сформированного двумя пространственно разделенными слоями электрических зарядов разного знака. По этой причине изделия данного типа охватывают диапазон емкостей до 100 Ф.

Существующие типы ионисторов часто называют конденсаторами с двойным электрическим слоем.

В качестве иллюстрации рассмотрим возникновение ДЭС на границе раздела металл - электролит. Выход из металла некоторой части электронов приводит к его положительному заряжению и, как следствие, притяжению к поверхности металла подвижных отрицательно заряженных ионов из электролита. При высокой концентрации ионов в растворе электролита (~1022 см-3 ) поле заряда металла экранируется в электролите на расстояниях порядка единиц ангстрем. Возникающее между разноименно заряженными слоями электрическое поле препятствует выходу электронов из металла и при наступлении динамического равновесия на границе металл - электролит возникает скачок потенциала, составляющий доли вольта.

Таким образом, ДЭС представляет собой молекулярный конденсатор, роль обкладок в котором играют заряженные слои. В силу малости расстояния d между ними ДЭС обладает весьма высокой емкостью: в расчете на 1 см2 она составляет порядка 10 - 100 мкФ.

Следует отметить, что емкость ДЭС давно уже нашла применение в конденсаторостроении в качестве катодной емкости оксидно-электролитических конденсаторов, где ее большая величина позволяет практически полностью реализовать анодную емкость (анодная и катодная емкости конденсатора соединены последовательно).

Использовать же высокую емкость ДЭС как емкость конденсатора длительное время не удавалось из-за низкого рабочегонапряжения, что связано с низким напряжением разложения электролита.

Положение изменилось в 70-х годах в связи с развитием низковольтной электроники и соответственно потребностей в низковольтных конденсаторах с различной и охватывающей широкий диапазон емкостью. К этому времени были созданы новые материалы, обеспечивающие возможность создания ионисторов.

В зависимости от рабочего материала электролита существующие ионисторы можно классифицировать следующим образом:

- ионисторы на основе водных растворов кислот и щелочей (так называемые суперконденсаторы);

- ионисторы на основе апротонных электролитов;

- ионисторы на основе твердого электролита.

На рис. 22, представлены схема ионистора первого типа на основе 38 %- го водного раствора H2SO4 в отсутствии и при наличии приложенного напряжения и эквивалентная электрическая схема ионистора.

1 - + - + - + - + - + - + H2SO4 - + - + H2SO4 - + - + - + - + - + - + - + - + o o a Cк Rэ Са -+ б Рис.22. Схема неполярного ионистора (а): 1 - симметричные электроды с электронной проводимостью, 2 - электролит; б - простая эквивалентная электрическая схема Емкость здесь создается двумя ДЭС на границах раздела электролита с симметричными электродами с электронной проводимостью. Последние обладают высокоразвитой поверхностью, что дает соответствующий выигрыш в емкости.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.