Elektronika (nie tylko) dla informatyków (42) Kondensatory foliowe – parametry

W poprzednim odcinku scharakteryzowaliśmy ogólnie kondensatory foliowe. Zgodnie z zapowiedzią w tym odcinku przyjrzymy się bliżej parametrom różnych kondensatorów foliowych.

Zacznijmy od rysunku 1 z materiałów Vishay, który pokazuje porównanie klasycznych kondensatorów foliowych: KS – styrofleksowych, KT – poliestrowych, KC – poliwęglanowych i KP – polipropylenowych.

Z kolei rysunek 2 pomija kondensatory styrofleksowe, natomiast przedstawia dodatkowo właściwości wersji metalizowanych: MKT, MKC i MKP. Okazuje się, że w najpopularniejszych i najtańszych kondensatorach poliestrowych MKT i KT straty (Dissipation factor) są największe, a pojemność maleje ze wzrostem częstotliwości – już przy 100 kHz jest o kilka procent mniejsza niż przy małych częstotliwościach.

Na takie niedostatki trzeba jednak spojrzeć rozsądnie. W sumie nawet najpopularniejsze i najtańsze poliestrowe MKT i KT mają dobre parametry, całkowicie wystarczające do większości zastosowań. Kondensatory polipropylenowe KP i MKP wyglądają na najlepsze. Są stosowane między innymi w układach impulsowych, głównie ze względu na małe straty.

Interesująca jest sytuacja w dziedzinie audio. Od lat znana jest opinia, że do sprzętu audio wysokiej klasy najlepsze są kondensatory poliwęglanowe. Dziś są one trudniej dostępne i kosztowne, a z technicznego punktu widzenia korzystniejsze właściwości mają kondensatory polipropylenowe, stosowane głównie w układach impulsowych, ale często spotykane również w sprzęcie audio HiEnd. Inna sprawa, że producenci oraz sprzedawcy często wykorzystują tego rodzaju nie do końca prawdziwe obiegowe opinie i każą sobie słono płacić za kondensatory o rzekomo cudownych właściwościach audio.

Co ciekawe, zaprzestanie produkcji folii poliwęglanowej przez głównego wytwórcę (Bayer) wywołało zainteresowanie różnymi innymi tworzywami. Dziś obok wcześniej znanych, właśnie wymienionych, spotyka się kondensatory z innymi dielektrykami foliowymi. Często w bardziej wymagających zastosowaniach, zamiast poliwęglanowych MKC i polipropylenowych KP, MKP i PP, są stosowane nieco lepsze zamienniki, oznaczane PPS. W kondensatorach PPS (Polyphenylene-Sulphide) dielektrykiem jest polisulfid (polisiarczek) fenylenu, oczywiście w postaci cieniutkiej folii.

Z kolei zamiast wciąż bardzo popularnych poliestrowych MKT, proponowane są podobne, nieco ulepszone zamienniki, oznaczane PEN i PET. PEN to skrót od Polyethylene naphthalate, po polsku polinaftalan etylenu. PET (Polyethylene terephthalate) to bardzo popularny Politereftalan etylenu, wykorzystywany też powszechnie do produkcji butelek, często nazywanych właśnie PET. Rysunek 3 pokazuje podstawowe charakterystyki kondensatorów z takimi dielektrykami niejako w porównaniu z wcześniej zaprezentowanym dielektrykiem polipropylenowym (krzywe niebieskie).

W katalogach kondensatorów podawane są jeszcze inne charakterystyki i parametry. I tak rysunek 4 pokazuje dodatkowe charakterystyki kondensatorów MKT o napięciu nominalnym 100 V. Jak widać, skuteczna wartość dopuszczalnego napięcia przemiennego na kondensatorze zmniejsza się z częstotliwością.

Ma to związek z faktem, że czym większa częstotliwość, tym większy prąd płynie przez kondensator. W pewnym sensie jest tu więc też informacja o prądzie maksymalnym kondensatora. Dla niektórych kondensatorów, np. przeciwzakłóceniowych, podaje się wprost prąd maksymalny – rysunek 5.

Dość często w katalogach spotyka się wykresy przebiegu (modułu) impedancji, jak z lewej strony rysunku 6. Można stąd odczytać i wartość częstotliwości rezonansu własnego, i minimalnej oporności. Rzadziej zamieszczona jest niosąca mniej informacji zależność częstotliwości rezonansu własnego od pojemności. Oba takie wykresy pozwalają zorientować się, w jakim zakresie częstotliwości może sensownie pracować dany kondensator, gdy rzeczywiście ma właściwości kondensatora.

Profesjonalny konstruktor musi brać pod uwagę szereg wspomnianych tu właściwości i czynników, także inne, nieomówione w artykule, jak choćby związane z niezawodnością. Informacje te znajduje w katalogach. Hobbysta nie jest w stanie rozróżnić po wyglądzie, jaki to typ kondensatora foliowego. A zewnętrzne oznaczenia czasem są skrótowe, jak pokazuje fotografia 7.

Najczęściej podana jest pojemność, tolerancja w postaci dużej litery (J, K, M) i maksymalne napięcie pracy, zwykle podane w postaci liczby, rzadziej małej litery (a, b, c, d, e, f, l, m), jak na fotografii 8. Kody literowe tolerancji i napięcia nominalnego podane były w tym odcinku.

I jeszcze jeden szczegół: ogólnie biorąc, kondensatory foliowe, zwłaszcza te o wysokim napięciu nominalnym, mają duże rozmiary. Są dużo większe od kondensatorów ceramicznych o takiej samej pojemności. Ale co ciekawe, dostępne są też kondensatory foliowe SMD o stosunkowo dużej pojemności. Szereg producentów oferuje pojemności do 1 uF włącznie, ale dostępne są też wyższe nominały. I tak na przykład niemiecka WIMA oferuje kondensatory SMD z dielektrykiem PEN i PPS o pojemnościach do 6,8 mikrofarada. Kondensator SMD 6,8 uF 63 VDC, jak pokazuje rysunek 9, ma rozmiar 6054, czyli 15,3 × 13,7 mm, a wysokość H wynosi 7 mm.

Samoregeneracja

Koniecznie trzeba wiedzieć, że współczesne metalizowane kondensatory foliowe (z wyjątkiem styrofleksowych) mają zdolność tzw. samoregeneracji, inaczej samonaprawiania. Otóż bardzo cienka folia dielektryka przy napięciach bliskich nominalnemu może ulec przebiciu. Między okładkami kondensatora przez dielektryk popłynie wtedy przez chwilę duży prąd, powstanie łuk (plazma), a co bardzo ważne, wytworzy się wysoka temperatura i nastąpi coś w rodzaju mikrowybuchu. Ten mikrowybuch i temperatura spowodują, że metalowa warstewka w pobliżu przebicia odparuje, uniemożliwiając dalszy przepływ prądu i przerywając zwarcie. Kondensator sam się naprawi, a co najwyżej straci znikomą część swej pojemności. Oczywiście kondensator, pracujący w warunkach granicznych, w którym takie przebicia występowałyby bardzo często, stopniowo i pomału będzie tracił pojemność właśnie na wskutek degradacji metalizowanych okładzin.

W następnym odcinku zajmiemy się kondensatorami elektrolitycznymi.

Piotr Górecki