Конденсаторы
Конденсаторы (постоянной и переменной емкости) имеются практически в любом электронном приборе. Основные величины, характеризующиеконденсатор, — это его емкость и рабочее напряжение. Третьей важной характеристикой, определяющей область применения конденсаторов, является способность их работать в цепях с токами высокой частоты. Конструкция конденсаторов в зависимости от назначения и величины емкости может быть самой разнообразной.
Общепринятой международной единицей измерения емкости является фарада (Ф). Однако фарада как единица емкости очень велика и для практических целей мало пригодна. Поэтому емкость конденсаторов обычно измеряется в производных величинах — в микрофарадах (мкФ) при относительно большом значении емкости (1 Ф = 106 мкФ) и в пикофарадах (пФ) — при малом (1 мкФ=106пФ).
Допускаемое отклонение емкости от номинала обычно указывают в процентах, но на конденсаторах очень малых емкостей допускаемое отклонение от номинала обозначают в пикофарадах. Если на конденсаторе указано «100± 10%», это означает, что емкость его не может быть меньше 90, и больше 11О пФ. Если в маркировке допуск не указан, то у такого конденсатора допускаемое отклонение от номинала ±20%. На конденсаторах, изготовляемых только с одним, определенным допускаемым отклонением от номинала, например, оксидных (старое название — электролитические) конденсаторов серии КЭ, сегнетокерамических КДС, допуск также не указывается.
При работе конденсатора в цепи, где имеется и переменная и постоянная составляющие, общая сумма напряжения постоянного тока и амплитудного значения напряжения, переменного тока не должна превышать номинального напряжения. Если переменная составляющая напряжения мала (что имеет место во всех каскадах усиления высокой и промежуточной частот приемника), то, выбирая конденсатор, достаточно учитывать только постоянное напряжение на нем. Но в цепях оконечного каскада и выпрямителя надо учитывать также и переменную составляющую..
Следует, однако, иметь в виду, что запас по напряжению не должен слишком завышаться, так как у конденсаторов с большим номинальным напряжением обычно больше габариты, что приводит к увеличению габаритов всего устройства в целом, а также в конечном итоге к повышению стоимости устройства.
Оксидные конденсаторы (или как их ранее называли — электролитические) не рекомендуется использовать при напряжениях переменной составляющей, близких к половине рабочего напряжения конденсатора. Это объясняется особенностями устройства и режимом их работы.
При нормальной температуре фактическая емкость оксидного конденсатора может быть на 20% меньше и на 80% больше обозначенной на его корпусе. При максимальной рабочей температуре, которая для конденсатора широкого применения составляет 70 — 80°С, емкость может увеличиваться на 20 — 30% по сравнению с измеренной при нормальной температуре. У конденсаторов, предназначенных для бытовой аппаратуры, емкость при температуре — 10° С может уменьшиться в два раза но сравнению с емкостью при нормальной температуре (кондсенсаторы К50-6, К50-7). В аппаратуре для полевых, условий работы используются конденсаторы (К50-3, К50-ЗА, К50-ЗБ), у которых емкость снижается не более чем в два раза при температуре — 40 ... — 60° С.
Оксидные конденсаторы полярны. Они хорошо работают в цепях постоянного и пульсирующего напряжения. Вместе с тем выпускаются и неполярные оксидные конденсаторы с алюминиевыми и танталовыми фольговыми электродами. Такие конденсаторы могут работать в цепях переменного тока.
Номинальные напряжения выпускаемых промышленностью оксидных конденсаторов находятся в пределах от 3 до 450 В, а номинальные емкости — от долей микрофарады до нескольких тысяч микрофарад, причем конденсаторы с большой емкостью, как правило, имеют меньшие номинальные напряжения.
Так как максимально допустимое напряжение включает в себя и амплитуду переменной составляющей, то для полярных оксидных конденсаторов с рабочим напряжением 100 — 450 В величина переменной составляющей не должна превышать 8% от этих напряжений. Чем больше емкость и номинальное напряжение, тем меньше допустимая амплитуда переменного тока. Если переменная составляющая имеет большую величину, оксидный конденсатор перегревается. В таких случаях оксидные конденсаторы следует заменять конденсаторами других типов, например, бумажными большой емкости.
К особенностям оксидных конденсаторов относится и то, что в фильтрах выпрямителей их можно применять лишь на частотах до 1000 Гц. При повышении частоты (выше 50 Гц) действующая емкость их будет становиться все меньше и меньше по отношению к номинальной, При более высоких частотах допустимая амплитуда переменной составляющей также уменьшается обратно пропорционально частоте. Так, при частоте 100 Гц допустимая амплитуда вдвое меньше, чем при частоте 50 Гц.
Оксидные конденсаторы имеют сравнительно низкое сопротивление изоляции. При номинальном для данного типа конденсаторов рабочем напряжении ток утечки может доходить до 0, 1 мА на каждую микрофараду емкости. Утечка свыше этой нормы свидетельствует о плохом качестве конденсатора. Такой конденсатор необходимо заменить.
Оксидные конденсаторы применяют преимущественно в фильтрах блоков питания, в развязывающих фильтрах, а в транзисторной аппаратуре — в цепях связи между транзисторными каскадами и для шунтирования резисторов в цепях эмиттеров транзисторов. Используются они также для шунтирования резисторов в цепях катодов электронных ламп.
Как и для других радиодеталей, требования к жесткости допускаемых отклонений емкости от номинального значения определяются для конденсаторов в зависимости от того, какую функцию они выполняют в том или другом аппарате. Так, для конденсаторов, шунтирующих резисторы в цепях катодов ламп усилителей ВЧ и ПЧ, конденсаторов фильтра и блокирующих в анодных и экранных цепях, емкости могут быть сколь угодно большие, но не меньше номинальной, указанной на схеме; для разделительных конденсаторов, применяемых в усилителях низкой частоты, отклонения от номинала могут составлять 20 — 30%. Емкость конденсаторов, применяемых в корректирующих цепях, улучшающих частотную характеристику усилителей низкой частоты, не должна отличаться более чем на ±10% от расчетной. Столь же жесткие требования предъявляются и к конденсаторам, используемым в супергетеродинных приемниках для сопряжения контуров.
Тип диэлектрика, используемого в конденсаторе, играет решающую роль при определении области применения конденсатора. В колебательных контурах диапазона длинных и средних волн можно использовать практически конденсаторы самых разных типов, в том числе и со слюдяным диэлектриком, хотя такие конденсаторы не всегда обладают достаточно малыми потерями.
Во всех цепях токов высокой частоты можно применять керамические конденсаторы (при емкостях до 1000 — 5000 пФ) или безындукционные бумажные (при емкостях более 1000 — 5000 пФ).
В цепях экранирующих сеток ламп и в анодных фильтрах высокочастотных, каскадов для развязывания цепей допустимо применять безындукционные бумажные конденсаторы; при этом должна быть заземлена или соединена с проводом общего минуса наружная обкладка конденсатора (этот вывод помечается соответствующим знаком на корпусе или торце безындукционных конденсаторов). В низкочастотных каскадах все конденсаторы могут быть бумажные.
Конденсаторы переменной емкости для настройки колебательного контура приемников желательно иметь с воздушным диэлектриком. Еще в большей мере это от- носится к колебательным контурам измерительных приборов. Из подстроечных конденсаторов лучшими являются конденсаторы с воздушными и керамическими диэлектриками.
Основные неисправности конденсаторов: пробой изоляции (короткое замыкание между обкладками), большой ток утечки (плохая иаоляция между обкладками), обрыв выводов, а у оксидных (электролитических) — и потеря емкости.
Проверка исправности конденсаторов. Неисправности конденсаторов, особенно большой емкости, такие, как потеря емкости, короткое замыкание и большой ток утечки, могут быть легко обнаружены с помощью мегаомметра, а также омметра или даже простейшего пробника.
Если конденсатор большой емкости исправен, то при подключении к нему пробника стрелка прибора сначала резко отклонится вправо, причем отклонение это будет тем больше, чем больше емкость конденсатора, а затем относительно медленно начнет возвращаться влево и установится над одним из делений в начале шкалы. Если же конденсатор неисправен, то есть потерял емкость или имеет утечку, то в первом случае стрелка прибора вообще не отклонится вправо, а во втором — отклонится почти на всю шкалу, а затем установится на одном из делений в конце ее в зависимости от величины сопротивления утечки. Проверяя конденсатор этим способом, следует всегда обращать внимание на то, не превышает ли на-пряжение питания прибора допустимого напряжения конденсатора, иначе в конденсаторе может произойти пробой изоляции уже при проверке.
Состояние изоляции у конденсаторов емкостью порядка микрофарад, а иногда и десятых долей микрофарады может быть оценено и по интенсивности искры, если конденсатор подключить сначала к источнику напряжения и зарядить, а затем замкнуть его выводы. Таким способом можно проверять конденсаторы любых типов (кроме электролитических).
В ряде случаев вызывает затруднение проверка конденсаторов малой емкости (порядка десятков и сотен пикофарад), у которых искра при разряде незначительна, а сопротивление утечки настолько велико, что конденсатор с обрывом вывода может быть легко принят за вполне исправный с высоким сопротивлением утечки.
Рис. 8. К описанию способа измерения емкости электролитического конденсатора
Если имеется несколько однотипных конденсаторов небольшой емкости, то выбрать из них конденсатор с наименьшей утечкой можно с помощью обычного лампового приемника. Антенну в этом случае отсоединяют от приемника, а регулятор громкости устанавливают в положение максимальной громкости. Каждый из конденсаторов, пробивное напряжение которых должно быть больше, чем напряжение на экранной сетке лампы, присоединяют одним выводом к шасси приемника, а другим — к экранной сетке лампы.
Если утечка конденсатора мала, то щелчок будет слышен только при первом прикосновении к экранной сетке лампы, а все последующие прикосновения не будут сопровождаться щелчками. Если же конденсатор имеет значительную утечку, то щелчком будет сопровождаться каждое прикосновение. Этим способом можно проверять конденсаторы емкостью от 50 пФ до 0, 1 мкФ.
Конденсаторы, включенные в цепь высокого напряжения, можно проверять другим способом — с помощью вольтметра постоянного тока (на 500 — 600 В), например авометра. Для этого необходимо отпаять вывод конденсатора, соединенный с шасси приемника или усилителя, и подключить между этим выводом и шасси вольтметр. Затем .приемник или усилитель включают в сеть. Если конденсатор исправен, то стрелка прибора после прогрева ламп отклонится на несколько делений, а затем вернется на нуль. Если же стрелка на нуль не возвращается, это указывает на наличие утечки в конденсаторе, причем величина тока утечки в известной мере пропорциональна показаниям вольтметра.
С помощью омметра или авометра в режиме измерения сопротивлений можно в случае необходимости определить полярность оксидного конденсатора (типа К50-6 и др.). При подключении к конденсатору прибор в. зависимости от того, как подключены щупы, в одном положении покажет большее, а в другом меньшее сопротивление. Большее сопротивление соответствует тому случаю, когда плюсовой щуп прибора соединен с положительным полюсом конденсатора.
Рис. 9. Прибор для проверки конденсаторов
Достаточно простым способом — с помощью вольтметра (авометра) и секундомера можно определить неизвестную емкость оксидного конденсатора. Измерительный прибор должен иметь при этом сопротивление не менее 10 кОм/В. Собрав схему рис. 8, конденсатор через размыкающую кнопку Кн1 подключают к источнику постоянного напряжения и заряжают. Если после этого нажать кнопку, то конденсатор начнет разряжаться через вольтметр, причем напряжение на нем будет уменьшаться по экспоненциальному закону. Вреня, в течение которого напряжение достигнет 0, 37 первоначального значения, называется постоянной времени Т. Емкость конденсатора в этом случае рассчитывают по формуле:
C=T/R
где С — неизвестная емкость конденсатора, мкФ;
Т — постоянная времени, т. е. продолжительность разряда конденсатора до 0, 37 первоначального значения, с;
R — сопротивление разрядной цепи, МОм;
Практически для схемы рис. 8 R равно сопротивлению добавочного резистора, включенного последовательно с рамкой подвижной системы вольтметра. Простой прибор для проверки конденсаторов. Для проверки конденсаторов (емкостью от долей микрофарады до десятков микрофарад) может быть использован также простой прибор, схема которого приведена на рис. 9. Прибор может быть применен для проверки конденсаторов разных типов, в том числе и оксидных (электролитических), однако в последнем случае необходимо следить за полярностью их включения. Следует помнить также, что проверять этим способом низковольтные конденсаторы нельзя, так как напряжение, подаваемое на конденсатор, относительно высоко — от 90 до 210 В. Так как в приборе нет разделительного трансформатора, то подключение к нему конденсаторов во избежание поражения током следует производить только при пол ном-отключении прибора от сети.
Рис. 10. Способ «подстройки» конденсатора постоянной емкости
При проверке подключенных к прибору конденсаторов переключатель В2 должен быть разомкнут. В случае исправных конденсаторов неоновая лампа вспыхивает на короткое время, а затем сразу же погасает. Если конденсатор имеет утечку, лампа погасает медленно. Если конденсатор пробит, лампа светится не погасая.
В случае когда проверяются конденсаторы очень малой емкости, прибор может показать лишь утечку и короткое замыкание.
При проверке конденсаторов большой емкости, например конденсаторов фильтров, переключатель В2 следует замкнуть. Процедура проверки остается прежней. Конденсаторы большой емкости после проверки этим прибором следует разряжать, так как на них может оставаться заряд.
Подстройка конденсатора постоянной емкости. При настройке приемника часто приходится подбирать конденсаторы гетеродинных и входных контуров. Если в приемнике используются конденсаторы КТК, то подбор емкости конденсаторов в этих контурах можно упростить. Для этого на корпус конденсатора рядом с выводом наматывают плотно несколько витков провода ПЭЛ 0, 3 (рис. 10) и один из концов этой спиральки подпаивают к выводу конденсаторов. Раздвигая и сдвигая витки спиральки, можно в небольших пределах регулировать емкость конденсатора. Может случиться, что, подключив конец спиральки к одному из выводов конденсатора, добиться изменения емкости не удается. В этом случае спираль следует подпаять к другому выводу.
Замена конденсаторов. При отсутствии конденсатора соответствующей емкости его часто удается заменить двумя (или несколькими) последовательно или параллельно соединенными конденсаторами. Общая емкость двух конденсаторов при последовательном соединении может быть рассчитана по формуле:
CОбщ=(С1*С2)/(С1 + С2)
где С1 и С2 — емкости каждого из последовательно соединенных конденсаторов.
Если конденсаторы соединены параллельно, то общая емкость равна сумме их емкостей.
Оксидные (электролитические) конденсаторы, имеющие полярные выводы, также могут быть включены и параллельно и последователыю. Однако при последовательном их включении всегда следует принимать дополнительные меры для предотвращения пробоя изоляции. Особенно это важно, когда при отсутствии оксидных конденсаторов на нужные рабочие напряжения их заменя-ют конденсаторами меньше-го рабочего напряжения. Чтобы выровнять напряжения, параллельно каждому из последовательно соединенных конденсаторов (рис. 11, а) подключают резисторы одинакового сопротивления (0, 5 — 1, 5 МОм). Потери, которые вызываются подключением таких резисторов, незначительны, и практически не отражаются на-работе выпрямителя. Общая емкость двух одинаковых по емкости конденсаторов, последовательно соединенных по схеме рис. 11, а, равна половине емкости каждого из них.
Оксидные конденсаторы можно включать также встречно-последовательно (рис. 11, б), подсоединяя параллельно каждому из них диоды, рассчитанные на соответствующее напряжение, не меньшее номинальных напряжений каждого из конденсаторов. Таким образом соединенные конденсаторы могут работать в цепи переменного тока. При двух одинаковых по емкости конденсаторах общая емкость их равна емкости одного конденсатора, а общее для всей цепи напряжение — номинальному значению напряжения одного конденсатора.
Рис. 11. Способы включения оксидных конденсаторов:
а — последовательное соединение; б — встречно-последовательное соединение;