«Металлисты», когда увидят конденсаторы типа зелёных бляшечек или рыжих подушечек, на платах с электронными компонентами, то сразу включают «умную камеру». Так они определяют, сколько в данном типе конденсатора содержится драгоценного палладия или же платины, пусть даже в соединениях.
Но зачем в какие-то пассивные радиодетали добавляют эти дорогущие металлы, цена на которые постоянно растёт. Не говоря уже о том, что и серебро-то содержится практически в любом современном конденсаторе.
Устройство и параметры конденсаторов
По своей конструкции конденсатор является наиболее простым, после индуктивности и проволочного резистора. Он состоит из 2-х или нескольких обкладок — металлических пластин с изоляционным материалом между ними. К каждой из этой пары обкладок или их группы прикреплены электроды, а само устройство упаковано в пластиковый, реже металлический корпус либо оклеено компаундом.
Работает конденсатор также просто, как он и устроен. При подаче напряжения на его выводы — электрический ток направляется в обкладки и поляризует диэлектрик, расположенный между ними. После зарядки на выводах конденсатора остаётся разность потенциала, равная тому напряжению, которое к нему прикладывалось. При подключении нагрузки к конденсатору или замыкании его выводов через образованную цепь потечёт ток разряда конденсатора.
Ёмкость конденсатора
Процесс наполнения обкладок зарядом зависит от ёмкости конденсатора. Она, в свою очередь увеличивается при:
· Уменьшении расстояния между обкладками;
· Росте площади диэлектрика, попадающего в зону перекрытия обкладок;
· Усиления диэлектрической проницаемости изолятора, расположенного между обкладками.
Итого, ёмкость конденсатора определяется формулой:
Измеряется ёмкость в фарадах. Но, так как 1Ф — очень большая для практической электроники и электрики величина, то применяют:
· Микрофарады — ×10ˉ⁶ Ф;
· Нанофарады — ×10ˉ⁹ Ф;
· Пикофарады — ×10ˉ¹² Ф.
Предельно допустимое напряжение конденсатора
Из соотношения, указанного выше видно, что чем меньше расстояние между обкладками конденсатора, тем больше заряда он может вместить. А значит и больше буден его ёмкость. Однако на практике это расстояние ограничивается максимально допустимым напряжением, которое может пробить диэлектрик. Поэтому конденсаторы, рассчитанные на напряжение в несколько сотен или тысяч вольт, почти всегда имеют большие габариты, хотя ёмкость у них может быть небольшая.
TKE — температурный коэффициент ёмкости
А что, если нагреть конденсатор или его охладить? Ведь физические размеры его изменятся, а значит и изменится его ёмкость. Так вот её изменение относительно номинального значения при изменении температуры среды, в которой находится конденсатор и определяется коэффициентом ТКЕ. Выражается он долями ёмкости конденсатора на градус, 10ˉ⁶/⁰С. Например, если этот параметр имеет величину +100, а конденсатор при +20⁰С имел ёмкость 1мкФ. то подогрев его 10⁰С — ёмкость его увеличится на 1 нФ. А при ТКЕ равном —200, то уменьшится на 2нФ.
Есть конденсаторы группы NPO (COG), которые обладают очень низким, практически нулевым значением ТКЕ. Для достижения таких характеристик в малогабаритных устройствах, например, в SMD-конденсаторах — неизбежно применение драгметаллов.
Ток утечки конденсатора
Из устройства конденсатора понятно, что постоянный ток идеальный конденсатор не проводит. Но на практике, для минимизации размеров конденсатора и увеличения его ёмкость стараются уменьшить расстояние между обкладками при значительной их площади. А это неминуемо приводит к уменьшению сопротивления изоляции. Большинство неэлектролитических конденсаторов имеют настолько малый ток утечки, что даже не указывается в характеристиках.
У электролитических конденсаторов в качестве диэлектрика служит оксид металла, из которого изготовлена обкладка положительного электрода. Для алюминиевых электролитических конденсаторов — это оксид алюминия. А он имеет пористую структуру. В эти поры просачиваются молекулы электролита, образуя тоненькие локальные микро-проводники. Это паразитное свойство вызывает проводимость конденсатора при постоянном напряжении и характеризуется током утечки.
Для чего используются драгметаллы в конденсаторах
Описывая характеристику «ток утечки» для неэлектролитических конденсаторов, следует отметить, что этот параметр может быть приобретённым в процессе эксплуатации. Если, к примеру, взять керамический конденсатор, то его диэлектрик, керамическая пластина — пористый материал, как сыр засушенный. Если обкладка конденсатора металлическая, то, вроде бы — ничего страшного.
Алюминий, третий по электропроводимости металл, к керамике плохо пристаёт, отслаивается. Медь, будучи вторым по электропроводности тоже имеет некоторые проблемы. А вот серебро (лидер электропроводности) — идеальный материал для обкладок конденсатора. Их удаётся изготовить напылением очень тонкими, при этом не увеличивается их внутреннее сопротивление. Многослойные конденсаторы с использованием серебра в качестве обкладок можно изготовить тонкими и ёмкими.
Но, вот здесь, как раз и кроется подвох. В процессе эксплуатации конденсатора на повышенных токах частицы серебра легко отрываются от плёнки и под действием напряжённости поля проникают в эти самые злополучные поры. В итоге — появляется ток утечки, который со временем эксплуатации в таких условиях будет просто расти. При этом заявленное максимальное напряжение становится не определяющим. Так, что его реальное значение может встретиться с действующим. В этом случае неминуемо произойдёт пробой конденсатора, в очень частых случаях с повреждениями диэлектрика.
Чтобы всего этого не произошло, обкладку конденсатора наносят напылением не на голый диэлектрик, а на покрытый плёнкой из палладиевой пасты. Она то и не позволяет частицам серебра оделяться и проникать куда им не следует. Так вот охотники за драгметаллами преследуют эту самую пасту, собирая конденсаторы для их размонтировки и химического «выковыривания» ценного вещества.
Есть ещё один метод борьбы с описанным явлением — покрытие пластин платиной. Этот драгметалл не подвергается эмиссии. Не зря его использовали (да и используют сейчас) в электролампах, покрывая им сетку и анод. Также им покрывают контакты реле, чтобы те не образовывали дугу при разрыве цепи во время действия ЭДС. А кто помнит, что платину собирают из каких-то советских резисторов? Зачем она там? Да чтобы металл со щётки токоснимателя, под действием электрического тока не переносился на резистивный слой, изменяя его сопротивление.
