- •Москва 2007
- •Введение
- •1. Основные термины и определения.
- •Контрольные вопросы.
- •2. Конструкторско-технологическая иерархия эвс
- •Контрольные вопросы:
- •3. Резисторы электронных устройств (эу).
- •Маркировка и условное графическое обозначение резисторов
- •Основные технические характеристики резисторов
- •Конструкция резисторов и используемые материалы
- •Особенности применения резисторов
- •Применение полупроводниковых резисторов
- •Контрольные вопросы
- •4. Конденсаторы эу.
- •Классификация конденсаторов
- •Маркировка и условное графическое обозначение конденсаторов
- •Основные электрические характеристики конденсаторов
- •Конструкция конденсаторов и используемые материалы
- •- Прямочастотная;
- •Полипропиленовые конденсаторы
- •Полиэтилентерефталатные конденсаторы
- •Поликарбонатные конденсаторы
- •Лакопленочные конденсаторы
- •Комбинированные конденсаторы
- •Особенности применения конденсаторов
- •Контрольные вопросы
- •5. Устройства отображения информации
- •Сегментные индикаторы
- •Матричные индикаторы
- •Система параметров индикаторов
- •Светоизлучательные диоды
- •Сегментные индикаторы
- •Матричные индикаторы
- •Жидкокристаллические индикаторы
- •Вакуумные люминесцентные индикаторы
- •Индикаторы на элт
- •Газоразрядные индикаторы, плазменные панели
- •Накальные индикаторы
- •Электролюминесцентные индикаторы
- •Электрохромные и электрофорезные индикаторы
- •Электрофорезные индикаторы
- •Сравнение различных типов индикаторов и перспективы их развития
- •Заключение
- •Контрольные вопросы
- •6.Устройства функциональной микроэлектроники
- •Конструктивное оформление микросхем
- •Функциональные компоненты
- •Компоненты функциональной оптоэлектроники
- •Функциональные приборы на жидких кристаллах
- •Функциональные приборы с зарядовой связью
- •Тестовые вопросы
- •Вопросы
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 Ср; фильтрового (развязывающего) Сф; шунтирующего Сш; нагрузочного Сн.
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
Обозначение |
Тип диэлектрика |
Основная область применения |
Конденсаторы постоянные |
||
К10 |
Керамические низковольтные высокочастотные |
Повышение стабильности работы РЧ цепей за счет осуществления термокомпенсации; обеспечение межкаскадных емкостных связей; устройства с фиксированной настройкой колебательных цепей; блокирование паразитных сигналов; частотная развязка; полосовые ВЧ фильтры |
|
Керамические низковольтные низкочастотные |
Обеспечение шунтирования нежелательных 3Ч сигналов; блокировка 3Ч цепей; фильтрация пульсирующих сигналов; сглаживание выпрямленного напряжения вторичных источников питания; межкаскадные связи в 3Ч усилителях |
К15 |
Керамические высоковольтные высокочастотные |
Межкаскадные связи РЧ мощных устройств; колебательные контуры выходных каскадов мощных передатчиков; цепи импульсных устройств |
К21 |
Стеклянные |
В цепях блокировки, фиксированной настройки РЧ колебательных контуров, обеспечение емкостной связи между каскадами, цепи шунтирования нежелательных сигналов |
К22 |
Стеклокерамические |
|
К23 |
Стеклоэмалевые |
|
К31 |
Слюдяные малой мощности |
В цепях блокировки, фиксированной настройки высокочастотных колебательных контуров, обеспечение фильтрации сигналов, цепи шунтирования нежелательных сигналов |
К32 |
Слюдяные высокой мощности |
|
К40 |
Бумажные с фольговыми обкладками низковольтные |
Цели блокировки, шунтирования, фильтрации сигналов, емкостная связь между высокочастотными кас кадами |
К41 |
Бумажные с фольговыми обкладками высоковольтные |
Цепи блокировки, шунтирования, фильтрации сигналов, емкостная связь между высокочастотными каскадами |
К42 |
Бумажные с металлизированными обкладками (металл обумажные) |
Цепи частотной развязки, фильтры |
Обозначение |
Тип диэлектрика |
Основная область применения |
К50 |
Оксидные алюминиевые |
Цепи частотных и сглаживающих фильтров, цепи шунтирования, цепи формирования импульсов
|
К51 |
Оксидные танталовые |
Таблица 8. (Продолжение) Области применения конденсаторов
Обозначение |
Тип диэлектрика |
Основная область применения |
|
К53 |
Оксидно-полупроводниковые |
|
|
К60 |
С воздушным диэлектриком |
Конденсаторы высокочастотных колебательных контуров, цепи высоковольтной блокировки и развязки, эталоны емкости |
|
К61 |
Вакуумные |
|
|
К70 |
Полистирол ьные с фольговыми и с металлизированными обкладками
|
Интегрирующие цепи, дифференцирующие цепи, цепи формирования прецизионных колебаний, колебательные контуры высокой добротности, образцовые по точности цели
|
|
К71 |
|||
К72 |
Фторопластовые |
При повышенных температурах и высоких требованиях к электрическим характеристикам: интегрирующие цепи, дифференцирующие цепи, цели формирования прецизионных колебаний, колебательные контуры высокой добротности, образцовые по точности цели |
|
К73 |
Полизтиленфталатные с фольговыми и металлизированными обкладками
|
При повышенных требованиях к электрическим характеристикам: цепи блокировки, шунтирования, фильтрации сигналов, емкостная связь между высокочастотными каскадами
|
|
К74 |
|||
К75 |
Комбинированные |
При повышенных требованиях к надежности: Цепи блокировки, шунтирования, фильтрации сигналов, емкостная связь между высокочастотными каскадами |
|
К76 |
Лахопленочные |
Цепи блокировки, шунтирования, фильтрации сигналов, емкостная связь между низкочастотными каскадами; частично могут заменять оксидные конденсаторы |
|
К77 |
Поликарбонатные |
На повышенных частотах: цепи блокировки, шунтирования, фильтрации сигналов, емкостная связь между каскадами |
|
К78 |
Полипропиленовые |
В телевизионных и бытовых РЭС |
|
Обозначение |
Тип диэлектрика |
Основная область применения |
|
Конденсаторы подстроечные |
|||
КТ1 |
Вакуумные |
В профессиональных и специальных РЭС |
|
KT2 |
С воздушным диэлектриком |
В радиоприемных и телевизионных устройствах общего назначения |
|
КТЗ |
С газообразным диэлектриком |
В профессиональных и специальных РЭС |
|
KT4 |
С твердым диэлектриком |
В радиоприемных и телевизионных устройствах общего назначения |
Таблица 8. (окончание)Области применения конденсаторов
Обозначение |
Тип диэлектрика |
Основная область применения |
Конденсаторы переменной емкости |
||
КП1 |
Вакуумные |
В профессиональных и специальных РЭС |
КП2 |
С воздушным диэлектриком |
В радиоприемных и телевизионных устройствах общего назначения |
КПЗ |
С газообразным диэлектриком |
В профессиональных и специальных РЭС |
КП4 |
С твердым диэлектриком |
В радиоприемных и телевизионных устройствах общего назначения |
Примечание: 3Ч- звуковые частоты; РЧ - радиочастоты. |
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.