Referat Fizica. Condensatoare lucrare Aplicative.

label Referate autorenew 2025-09-29, 16:56 history_edu Gabi Dobocan
CONDENSATOARE1.Scopul lucrarii: Cunoasterea structurii constructive a diverselor tipuri de condensatoare, a parametrilor caracteristici si realizarea unor masuratori specifice.2. Notiuni teoretice: Condensatorul este o componenta electronica pasiva cu impedanta capacitiva pna la o anumita frecventa. Capacitatea, principala caracteristica a condensatorului reprezinta raportul dintre sarcina care se acumuleaza intre doua armaturi conductoare si diferenta de potential care apare intre cele doua armaturi. Din punct de vedere constructiv un condensator este alcatuit dintr un mediu (izolator) dielectric plasat intre doua armaturi conductoare. Capacitatea unui condensator plan are expresia (v. fig. 1): (1)Fig1. Condensatorul plan. unde - o reprezinta permitivitatea absoluta a vidului; o =8,854 10-12 F/m - r permitivitatea relativa a dielectricului. - A=Ll aria armaturilorObservatie: Elementele conductoare sunt specifice domeniului electronic, att pentru realizarea interconectarii componentelor, precum si in structura oricarei componente electronice. Intre oricare doua elemente conductoare (trasee de cablaj, conductoare, terminale, etc) exista capacitati parazite (nedorite) care influenteaza mai mult sau mai putin functionarea componentelor circuitelor. In acest sens se poate spune ca un condensator este o componenta electronica pasiva realizata in scopul obtinerii unei capacitati concentrate intr-un spatiu ct mai mic.Din punct de vedere constructiv intlnim condensatoare fixe si variabile (reglabile si semireglabile).In functie de natura dielectricului se poate face urmatoarea clasificare:CONDENSATOARE cu dielectric solid anorganic: sticla, mica, ceramica (de tip I SAU II) organic: hrtie, pelicule plastice cu dielectric oxid metalic: condensatoare electrolitice cu Al (Elco) si cu Ta (Elta) cu dielectric gazos (aer, gaze) cu dielectric lichid (ulei)innd seama de aspectul constructiv putem enumera cteva tipuri de condensatoare: plane paralele bobinate cilindrice 2.1. Parametrii condensatoarelor Principalii parametrii ai condensatoarelor sunt enumerati in continuare: Capacitatea nominala Cn [F], reprezinta valoarea capacitatii care se doreste a se obtine in procesul de fabricatie si se marcheaza pe corpul condensatorului. Toleranta t [%], reprezinta abaterea relativa maxima a valorii reale a capacitatii condensatorului fata de valoarea sa nominala. La fel ca la rezistoare valorile nominale sunt cuprinse in seriile de valori in functie de toleranta condensatorului. Pentru capacitati mari se pot fabrica si valori in afara seriilor (este cazul condensatoarelor electrolitice). La condensatoarele electrolitice si la cele ceramice de tip II se dau de obicei tolerante nesimetrice (de ex. 20%, +80% ). Tensiunea nominala Un [V], este tensiunea continua maxima sau cea mai mare valoare efectiva a tensiunii alternative care se poate aplica in regim continuu de functionare la bornele condensatorului. Tangenta unghiului de pierderi tg , se defineste ca raportul dintre puterea activa disipata de condensator si puterea reactiva a acestuia. Daca se foloseste circuitul echivalent al condensatorului din fig. 2 tangenta unghiului de pierderi are expresia: (2)Fig. 2 Unghiul de pierderi.Coeficientul de variatie cu temperatura a [ K-1 ] se defineste prin relatia : (3)In cazul unei variatii liniare a capacitatii cu temperatura se poate folosi relatia (4) (4)unde marimile au urmatoarea semnificatie: C25 valoarea capacitatii la temperatura T25 ( 25 C ) C valoarea capacitatii la o temperatura T (de lucru) Rezistenta de izolatie Riz [ ], se defineste ca raportul dintre tensiunea continua aplicata unui condensator si curentul ce strabate acel condensator la un minut dupa aplicarea tensiunii. Valori uzuale pentru Riz sunt ( 100 M 100G ) cu observatia ca Riz depinde de conditiile de masura. In locul rezistentei de izolatie se pot da uneori in catalog alti parametri. Astfel pentru unele condensatoare se da constanta de timp =Riz Cn [s], iar pentru condensatoarele electrolitice se da curentul de fuga If.=Un / Riz Intervalul temperaturilor de lucru ( Tmin - Tmax ) [C], se defineste ca intervalul de temperatura in care condensatorul poate functiona un timp indelungat. Acest interval depinde in principal de natura dielectricului, dar si de celelalte materiale utilizate la realizarea condensatorului. Elemente parazite L,R Orice condensator prezinta elemente parazite de tip inductiv si rezistiv, elemente ce depind de structura connstructiva si de materialele folosite. Se poate da urmatoarea schema echivalenta valabila pentru o clasa mare de condensatoare:Fig. 3 Schema echivalenta a condensatorului real. Semnificatia elementelor din figura 3 este urmatoarea: rs rezistenta armaturilor si terminalelor L inductanta armaturilor si terminalelor Rp rezistenta de pierderi in dielectric Riz rezistenta dielectricului Schema din figura 3-a poate fi echivalata cu o schema serie(figura 3-b) unde Res si Ces au valorile date de formulele (5): (5)Aceasta modelare ne da o imagine asupra comportarii condensatorului in gama de frecventa. Se observa ca, lucrnd la frecvente diferite, capacitatea echivalenta CES variaza. Este posibil ca, depasind pulsatia de rezonanta caracterul capacitiv sa se transforme in caracter inductiv (capacitate negativa). 2.2 Structura constructiva a condensatoarelorStructura constructiva generala a condensatoarelor este data in figura 4 Fig. 4 Structura constructiva a condensatoarelor. In continuare se prezinta prin desene structura constructiva pentru cteva tipuri de condensatoare.2.2.1 Condensatoare ceramice monostrat Fig. 5 Condensatoare ceramice monostrat.2.2.2 Condensatoare ceramice multistrat Fig. 6 Condensatoare ceramice multistrata) sectiune; b) condensator "chip" neprotejat; c) condensator protejat2.2.3 Condensatoare cu polistiren (stiroflex) Fig. 7 Condensatoare cu polistiren.2.2.4 Condensatoare cu mylar Fig. 8 Condensator mylara) structura constructiva; b) variante de incapsulare2.2.5 Condensatoare electrolitice Fig. 9 Condensatorul electrolitic cu aluminiua) principiu de realizare; b) structura constructiva; c) varianta de incapsulareFig. 10 Condensatorul electrolitic cu tantal1 - terminal anodic; 2 - portanod; 3 - anod sinterizat; 4 - start MnO; 5 - strat de grafit;6 - strat de Ag; 7 - terminal catodic; 8 - sudura; 9 - lipitura; 10 - rasina 2.3. Marcarea condensatoarelor2.3.1.Condensatoare ceramice monostrat Condensatoarele ceramice monostrat disc sau placheta se marcheaza fie in clar fie prin codul culorilor. La marcarea in clar conform fig. 11- a) se marcheaza capacitatea nominala si toleranta.(de ex. C =68pF, t=+10% ). Pentru indicarea tipului dielectricului se folosesc litere A, H, P, U pentru tipul I si X,Y,Z pentru tipul II. Cunoscnd tipul dielectricului putem extrage ceilalti parametri din catalog. Fig. 11 Marcarea condensatoarelor ceramice monostrat.a) in clar; b) in codul culorilor Marcarea prin codul culorilor se face conform figurii 11-b.Semnificatia culorilor este data in Tabelul T1 .In fig. 11-b) sunt date trei situatii posibile: marcarea cu 3, 4 sau 5 bare colorate. Semnificatia cifrelor este urmatoarea: 1 Coeficientul de variatie cu temperatura 2 Prima cifra semnificativa 3 A doua cifra semnificativa 4 Coeficientul de multiplicare 5 Toleranta Exemplu: Presupunem ca avem un condensator marcat cu 5 culori in urmatoarea ordine violet, galben, violet, negru, alb. Prin identificare obtinem C = 47pF, t=10%, = 750 ppm/ oC.Tabelul T1Nr.crtNegruMaroRosuPortocaliuGalb.VerdeAlbastruVioletGriAlbAuriu1Coef. de varitie cu temperaturappm/0C0-33-75-150-220-330-470-750--+1002ValoareaPrima cifra semnificativa0123456789-3capacitatiiA doua cifra semnificativa0123456789-4Coeficient de multiplicare10010110210310410510610710-210-1-Tolerantac>10pF20----5---10-c<10pF21---0,5--0,251- Observatie: Exista doua mari categorii de dielectric ceramic folosite uzual in fabricatia condensatoarelor: dielectric ceramic de tip I si dielectric ceramic de tip II. Proprietatile dielectricilor determinate de natura lor chimica sunt date in tabelul T2, iar in tabelul T3 sunt date cteva utilizari specifice pentru condensatoarele ceramice monostrat. Tabelul T2parametrul dielectric ceramic tip I dielectric ceramic tip II r 60 120 2000 10000 coeficient de temperatura-750 250 ppm/C coeficient nedefinit, dar in interiorul unor limite impuse de intervalul de temperatura tg 15 10-4 350 10-4 compozitie TiO2 la care se adauga in diferite proportii AgCO3, BaCO3, CaF2, CaCO3, ZrO, talc, argila, etc. solutii solide de BaTiO3 (titanat de bariu) la care se adauga SrTiO3, CaTiO3, etc. domeniu de frecventainalta frecventainalta frecventaTabelul T3Tipul condensatoruluiGama de valoriUtilizaricondensatoare ceramice tip I0,8 pF 1 nFechipamente electronice profesionale si industriale de inalta frecventa, in special in circuite de rezonanta unde stabilitatea capacitatii cu temperatura si factorul de calitate sunt esentialecondensatoare ceramice tip II33 pF 100nFcircuite de cuplare si decuplare, filtre in echipamente de telecomunicatii si industriale, circuite de inalta tensiune 2.3.2. Condensatoare ceramice multistrat La aceste condensatoare culoarea cu care se face marcarea identifica tipul condensatorului. Astfel, negru corespunde tipului MC (tip I ), rosu tipului MZ (tip II ) iar violet tipului MX (tip II). Valoarea capacitatii nominale se marcheaza in clar, toleranta in cod literal (v.Tabelul T4 ) si tensiunea nominala cu urmatorul cod:1=25V ; 2=50V ; 3=100V ; 4=200V Fig.12 Marcarea condensatoarelor multistrat.Observatie: Diferenta dintre parametrii celor trei tipuri de condensatoare este data de dielectricul ceramic. Astfel pentru tipul MC se foloseste ceramica NP0, pentru MX ceramica Z5U iar pentru MZ ceramica X7R. Semnificatia acestei codificari este diferita pentru ceramicile de tip I si cele de tip II; la tipul I se codifica valoarea coeficientului de temperatura si toleranta sa iar la tipul II se codifica limita inferioara si cea superioara de temperatura precum si abaterea maxima in procente a capacitatii fata de capacitatea la 25 oC. (Ex. X7R X lim. inf. de temp. = 55 oC, 7 lim. sup. de temp. =+125 oC,R abaterea max. =+15,5% ). Tensiunea de 50 V poate fi marcata sau nemarcata Tabelul T4Toleranta [%]0,050,010,20,5 1 22,5 5 10 15 20 Cod literal W B C D F G H J K L M Fie condensatorul din figura 12 marcat cu culoare rosie. Condensatorul este de tip MZ, C =82nF, t= +20% (M), U =100V (3) 2.3.3.Condensatoare cu polistiren (stiroflex)La aceste condensatoare se marcheaza in clar capacitatea nominala si toleranta. Tensiunea nominala se marcheaza cu o culoare la un capat al corpului condensatorului, conform tabelului T5.Tabelul T5Un (V)25631602506301000Culoarealbastrugalbenrosuverdenegrumarcat in clar 2.3.4.Condensatoare cu mylar (polietilentereftalat)La aceste condensatoare se marcheaza valoarea nominala in F, toleranta si tensiunea nominala, in clar. 2.3.5.Condensatoare electroliticeLa aceste condensatoare se marcheaza valoarea nominala in F, tensiunea nominala, polaritatea si la cele cu Al codul condensatorului. Exemplu: 25/16 semnifica C =25 F, U =16V. 2.3.6.Condensatoare semireglabile discLa aceste condensatoare se marcheaza capacitatea minima si capacitatea maxima in pF, iar culoarea marcajului identifica ceramica folosita ca dielectric. 3. Desfasurarea lucrarii 3.1 Se urmareste cu ajutorul mostrelor existente in laborator structura constructiva pentru condensatoarele ceramice mono- si multistrat, polistiren, mylar electrolitice, precum si pentru cele semivariabile disc. 3.2.Se determina (prin masuratori si cu ajutorul catalogului) parametrii condensatoarelor din figura 13, completndu-se tabelul T6. Tabelul T6Tip condensator Parametrii marcati sau determinati Parametrii masurati Cn [nF] t [%] Un [V] tg [ppm/C] sau C/C [%] (*) Riz [G ] Tmin [C] Tmax [C] Cm [nF]tm [%]CGA 12060,12 1050015*10-4-75010-40850,117 2,5CGU 32100,23 106310-3-75010-40850,19 17CLX 12158,8 205003,5%-70 +30%3-40859,19 4,4CLZ 12082,3 105003,5%+/-20%3-40851,7 26CLY 321247 20253,5%-90/+30%3-408551,2 8,5MC 32022,2 2,51001,5*10-4+/-30%10-551252,17 1,3MZ 320447 201003%+/-20%4-5512538,5 18PS 00130,82 202500,1%-220100-10700,9 9,7PS 00143,83 2,51600,05%-220100-10703,8 0,7PMP 030210-4 202501%2%7,5-40850,8*10-4 20PMP 03051,5*10-4 205001%2%7,5-40851,5*10-40PMP 06011,5*10-5 102501%2%7,5-401001,4*10-5 6,6PMP090110-5 204001%2%7,5-401000,8*10-5 20OBS. (*) se refera la condensatoarele care nu au coeficientul termic definit.In Tabelul T6 s-a notat cu Cm valoarea capacitatii masurate si cu tm toleranta rezultata in urma masuratorii; tm se determina cu relatia :Fig. 13 Schema electrica a montajului cu condensatoare. 4. Intrebari, concluzii4.1. Cu ajutorul datelor din Tabelul T6 incercati sa comparati din punct de vedere al parametrilor tipurile de condensatoare masurate. 4.2. Calculati toleranta globala pentru un condensator ceramic monostrat tip I si pentru unul tip II, presupunnd ca functioneaza intr-un mediu ambiant cu temperatura cuprinsa in intervalul [-10, 85]C si presupunnd ca tolerantele de fabricatie sunt egale cu 2,5 %. 4.3. In ce tip de aplicatii sunt preferate condensatoarele ceramice de tip I Dar cele de tip II 4.4. Ce diferente exista intre condensatoarele ceramice disc si cele placheta 4.5. Incercati sa identificati elementele schemei din fig. 4 pentru condensatorul electrolitic. 4.6. innd cont de structura constructiva, care condensator are inductanta parazita mai mare, condensatorul stiroflex sau condensatorul mylar 4.7. De ce parametru (parametri) constructiv(i) depinde tensiunea nominala a unui condensator 4.8. Comparati (pe baza tabelului T6 ) diversele tipuri de condensatoare din punct de vedere al rezistentei de izolatie. 4.9. Ce intelegeti prin faptul ca un condensator electrolitic este polarizat 4.10.Un condensator stiroflex poate fi inlocuit intr un montaj, unde se cere o buna stabilitate cu temperatura, de un alt tip de condensator (Argumentati cu ce tip pe baza tabelului completat) 4.11. Coeficientul de variatie cu temperatura al capacitatii unui condensator depinde in principal de :1)Variatia cu temperatura a permitivitatii dielectricului.2)Variatia cu temperatura a dimensiunilor geometrice.3)Variatia cu temperatura a zonei de contactare.4)Variatia cu temperatura a permitivitatii elementului de protectie. 4.12. Factorul de calitate al unui condensator depinde de:1)Tipul dielectricului.2)Tensiunea nominala.3)Armaturi.4)Curentul nominal. 4.13. Rezistenta de izolatie a unui condensator depinde de :1)Terminale. 2)Armaturi. 3)Elementul de protectie. 4)Dielectric. 4.14. Domeniul de temperatura care este specific unui condensator precizeaza:1)Intervalul de temperatura in care componenta isi modifica valoarea cu toleranta atribuita.2)Intervalul minimal al temperaturii corpului componentei intr o functionare indelungata.3)Domeniul in care componenta isi mentine valoarea cu o toleranta admisa. 4)Intervalul temperaturii ambiante in care componenta poate fi utilizata. 4.15. Variatia capacitatii condensatorului variabil se obtine prin :1)Modificarea distantei dintre armaturi. 2)Modificarea permitivitatii materialului dielectric. 3)Modificarea grosimii dielectricului. 4)Modificarea ariei de suprapunere a armaturilor. Continutul referatului: Tabelele T6 si T7 completate, observatii, raspunsuri la intrebari.Bibliografie1. Svasta P. s.a. Tehnologie electronica -Indrumar de laborator Litografia I.P.B. 19902. Svasta P. s.a. Componente electronice pasive -probleme Litografia I.P.B. 19923. * * * Condensatoare-catalog I.P.E.E. Curtea de Arges.4. * * * Film capacitors -catalog MBLE Olanda