Сравнительные характеристики разных типов конденсаторов

Опубликовано 29.01.2011 Ведущий Антон Панкратов

Как известно, существуют разные типы конденсаторов с одинаковыми номиналами, однако между этими группами есть принципиальные различия, делающие, в большинстве случаев, бессмысленными замены определённого электролитического конденсатора на керамический конденсатор аналогичного номинала и напряжения. Рассмотрим коротко основные причины этого. Частотные свойства конденсаторов определяет зависимость их импеданса и эквивалентного последовательного сопротивления от частоты. Вот так выглядят типичные зависимости такого рода для керамических, танталовых и алюминиевых конденсаторов. Существенная разница в импедансе керамических конденсаторов на частотах выше 1 кГц с алюминиевыми электролитическими и свыше 10 Гц с танталовыми конденсаторами позволяет в некоторых случаях использовать для сглаживания пульсаций напряжения номиналы меньшей ёмкости для получения аналогичного эффекта. Для примера посмотрим на данные, характеризующие разницу в величине сглаживания паразитных синусоидальных пульсаций различных частот конденсаторами разного типа, но одинаковой ёмкости 10 мкФ. Таким образом, для обеспечения одинакового с танталовым конденсатором в 10 мкФ уровня подавления пульсаций частотой 1 МГц можно использовать керамический конденсатор ёмкостью 1,0–2,2 мкФ. Что делает очевидным экономию места на плате. Низкое эквивалентное последовательное сопротивление и связанные с ним малые потери позволяют значительно сильнее нагружать керамические конденсаторы, нежели электролитические, не вызывая при этом критического для детали разогрева, несмотря на их значительно более скромные габаритные размеры. Ещё одним немалым плюсом керамических конденсаторов является их способность выдерживать кратковременные высокие напряжения перегрузки, многократно превышающие номинальные. Кто выбирал сглаживающие конденсаторы для импульсных источников питания, знает, как это важно, ибо в моменты запуска и выключения в них могут генерироваться импульсы амплитудой до нескольких значений выходного напряжения, вынуждая использовать электролитические конденсаторы с большим запасом по напряжению. Рассмотрим сравнительные характеристики напряжения пробоя для различных типов конденсаторов по результатам тестов, проведённых фирмой Murata. Однако нужно заметить, что при всех своих достоинствах, керамические конденсаторы большой ёмкости производятся с использованием диэлектриков типа X7R, X5R и Y5V. Их отличительной особенностью является сильная зависимость диэлектрической проницаемости, а с ней и ёмкости от температуры и приложенного напряжения. При достаточно жёстких требованиях к стабильности номинала, например, во времязадающих цепях или при развязке постоянной и переменной составляющих, на замену электролитическим конденсаторам можно рекомендовать только керамические с диэлектриком X7R, который может оказаться ещё более интересным, если принять во внимание его допустимый диапазон рабочих температур -55 : +125°С, позволяющий ему найти применение как в аппаратуре, рассчитанной на работу на улице в условиях севера, так и в автомобильной технике, с её жёсткими требованиями к сохранению работоспособности при высоких температурах. Однако для сглаживающего конденсатора стабильность номинала не является критическим параметром. Поэтому здесь можно применять и менее стабильную керамику Y5V, из которой можно получить детали меньшего габарита.