Стабилизация частоты любительской аппаратуры

Стабилизация частоты самодельного трансивера или приемника для радиолюбителей всех поколений представляла непростую задачу. Требуется время для приобретения опыта, чтобы затем начать собирать трансиверы, частота которых не “плавает” и не “плачет”.

Нестабильность частоты параметрического генератора, генератора, в котором значение частоты зависит от величины индуктивности катушки и емкости контурного конденсатора, зависит от двух главных параметров. Первое, это стабильность параметров частотозадающих цепей, а второе, стабильность параметров элементов, как пассивных так и активных, составляющих схему генератора. Но конечно главным врагом для стабильности частоты генераторов является температура. Преодолев влияние изменения температуры на работу частотозадающих цепей можно создать стабильный генератор.

К сожалению, в реальности все не так просто. Более того, в настоящее время наблюдается интересная тенденция. Уровень развития радиоэлектроники с каждым годом растет, количество транзисторов на один миллиметр площади исчисляется в тысячах, а стабильность частоты гетеродинов в большинстве самодельной радиолюбительской аппаратуре не повышается, а даже понижается.

Причины того, почему это происходит, почему многие старые ламповые самодельные конструкции приемников и трансиверов (например, знаменитый в свое время “ UW 3 DI ”) “держат” частоту гораздо лучше многих современных самодельных трансиверов, мы рассмотрим ниже.

Температурная нестабильность катушки и конденсатора

Наиболее распространенной причиной изменения частоты генератора является нагрев его деталей в процессе работы. Это связано с тем, что при изменении температуры радио деталей изменяются их размеры. Чем быстрее прогреваются, и следовательно изменяются в размерах, детали генератора, тем больше изменение частоты генератора. Радиолюбители хорошо знают этот эффект, который называют “начальный выбег частоты”. При включении аппаратуры в течение первых 15- 30 минут происходит основной нагрев деталей генератора, вследствие этого частота генератора изменяется особенно значительно.

При нагревании увеличивается в размерах катушка индуктивности задающего генератора. Вследствие этого увеличивается индуктивность этой катушки и понижается частота генератора. Относительное изменение значения индуктивности катушки индуктивности от ее температуры выражает в ТКИ.

ТКИ – температурный коэффициент индуктивности, показывает относительное изменение индуктивности катушки при изменении ее температуры на 1 градус С.

Для перестройки генераторов по частоте обычно используют переменные воздушные конденсаторы. При нагреве эти конденсаторы увеличиваются в размерах. С увеличением всех физических размеров переменного конденсатора происходит увеличение его емкости. Относительное изменение значения емкости конденсатора от его температуры выражает в ТКЕ. Нестабильности частоты генератора будет зависеть от типа конденсатора, используемого в частотозадающей цепи.

ТКЕ – температурный коэффициент емкости, показывает относительное изменение емкости конденсатора при изменении его температуры на 1 градус С.

Из переменных воздушных конденсаторов особенно нестабильны конденсаторы из алюминиевых сплавов. Эти конденсаторы переменной емкости широко используются в бытовых радиоприемниках. ТКЕ переменных конденсаторов выполненных из алюминиевых сплавов и имеющих зазор между пластинами 0,3- 0,6 мм находится в пределах (100- 200)*10 -6 град -1 .

Переменные конденсаторы, выполненные на основе медных сплавов (из конденсаторной латуни), меньше подвержены воздействию температуры. Для специальных целей производят высокостабильные переменные конденсаторы из “нечувствительных” к воздействию температуры сплавов, в частности из инвара. Для стабильных конденсаторов используются высококачественные изоляторы. Высококачественные переменные конденсаторы иногда выпускают с посеребренным покрытием. Пластины конденсаторов из медных сплавов обычно имеют специальное защитное покрытие, допускающее пайку и исключающее коррозию пластин конденсатора при воздействии влаги. Высокостабильные переменные конденсаторы выполняют с зазором между пластинами 1- 1,5 мм. ТКЕ высокостабильных переменных конденсаторов может быть в пределах (10-30)*10 -6 град -1 . В 10- 20 раз стабильнее, чем ТКЕ простых бытовых переменных конденсаторов сделанных из алюминия!

Итак, ситуация, складывающаяся с температурной стабильностью частотозадающих цепей генератора, получается непростой. ТКИ катушки, находящейся в частотозадающей цепи, имеет положительное значение. Конденсатор переменной емкости тоже имеет положительный ТКЕ. Следовательно, с прогревом частотозадающей цепи, содержащей такую катушку и такой конденсатор, его частота будет понижаться. Это явление хорошо знакомо каждому радиолюбителю. Частота трансивера или приемника при его включении плавно ползет вниз.

Включение нерационально сконструированного трансивера на передачу может вызвать добавочное увеличение нестабильности частоты. Это связано с тем, что при работе на передачу выходной каскад трансивера проводит дополнительный нагрев внутренностей трансивера и следовательно, деталей генератора. Частота во время передачи начинает плыть вниз. После окончания передачи детали выходного каскада остывают, температура внутри трансивера понижается, и частота снова начинает плыть, но уже вверх.

В частотозадающие цепи включены не только катушка индуктивности с переменным конденсатором. В эту цепь обычно еще включены другие постоянные конденсаторы. При помощи этих добавочных конденсаторов производится температурная стабилизация частоты. Рассмотрим работу этих конденсаторов.

Стабилизация частоты при помощи конденсаторов

На первый взгляд представляется логичным, что все конденсаторы с твердым диэлектриком тоже будут иметь положительный ТКЕ. Это действительно так, и большинство конденсаторов с твердым диэлектриком выполненном из натуральных материалов обладает положительным ТКЕ. Однако диэлектрическая проницаемость синтетической конденсаторной керамики зависит от температуры. При повышении температуры, в зависимости от сорта керамики, ее диэлектрическая проницаемость может увеличиваться или уменьшаться. Следовательно, используя специальные сорта конденсаторной керамики можно изготовить конденсаторы постоянной емкости имеющие отрицательный ТКЕ .

Включив конденсатор, имеющий отрицательный ТКЕ, в частотозадающий контур, катушка и переменный конденсатор которого имеют положительный ТКЕ, можно произвести температурную стабилизацию частоты. По этой причине конденсаторы с отрицательным ТКЕ носят название термокомпенсирующих конденсаторов.

ТКЕ конденсатора обычно указывают на его корпусе рядом со значением емкости. Для некоторых старых типов конденсаторов прошлых лет выпуска их ТКЕ указывает цвет корпуса. ТКЕ слюдяных конденсаторов (типа СГМ) можно определить по букве на его корпусе. Таблица 1 показывает значение ТКЕ для слюдяных конденсаторов по букве и для керамических конденсаторов прошлых лет выпуска по цвету корпуса.

Таблица 1

ТКЕ слюдяных и “старых” керамических конденсаторов

Керамические конденсаторы		Слюдяные конденсаторы
Цвет	ТКЕ (группа)	Группа по ТКЕ	ТКЕ на 1 градус Цельсия
красный	М700		не нормируется
оранжевый	не нормировано		200×10 -6
зеленый	М1300		100×10 -6
синий	П120		50×10 -6
серый	П30		120×10 -6
белый	М80
голубой	М50

· М - ТКЕ отрицателен (минус)

· П – ТКЕ положителен (плюс)

Обратите внимание, что для слюдяных конденсаторов ТКЕ указан как “+-“. Для подавляющего большинства слюдяных конденсаторов ТКЕ положителен. Слюда, используемая в качестве диэлектрика в слюдяных конденсаторах, проходит специальную обработку, так называемую тренировку перед производством этих конденсаторов. В результате чего свойства слюды фиксируются, и достигается производство слюдяных конденсаторов с нормированным ТКЕ. Но с течением времени, и при работе в определенном интервале температур, некоторое количество слюдяных конденсаторов может приобрести отрицательный ТКЕ.

Радиолюбитель может считать, что ТКЕ слюдяных конденсаторов имеет положительное значение. Необходимо помнить, что слюдяные конденсаторы в особенности и некоторые керамические обладают неприятным эффектом, который носит название “мерцание емкости” .

Эффект “мерцания емкости” проявляется в виде быстрых, нерегулярных изменениях емкости и потерь конденсатора, находящегося под напряжением высокой частоты. Если мерцающий конденсатор находится в частотозадающем контуре, частота этого контура тоже будет хаотически меняться.

Попадание такого конденсатора в частотозадающий контур приведет у печальным последствиям для работы генератора… При изготовлении немерцающих керамических конденсаторов используют как минимум трехкратное серебрение керамики. Керамический диэлектрик имеет повышенную толщину. Работа конденсаторов при пониженном высокочастотном напряжении уменьшает эффект мерцания. Однако выпускают специальные немерцающие конденсаторы, которые могут работать под значительным высокочастотным напряжением.

На конденсаторах многих типов, выпускаемых в последние годы, их параметры - допуск, напряжение и ТКЕ кодируются буквами латинского алфавита. В маркировке таких конденсаторов первая буква после обозначения их номинала указывает допустимое отклонение в процентах, вторая - ТКЕ, третья (может и не быть) - напряжение. В конденсаторах где ТКЕ не является существенной величиной, например в электролитических, вторая буква всегда означает напряжение. Таблица 2 показывает буквенное обозначение ТКЕ для современных типов конденсаторов.

Таблица 2 Буквенное обозначение ТКЕ

ТКЕ	П100	П60	П33	МП0	М33	М47	М75	М150	М220
Маркировка
ТКЕ	М330	М470	М750	М1500	М2200	М3300
Маркировка		T

· МП0- конденсатор имеет нулевой ТКЕ, т.е. при изменении температуры емкость конденсатора не изменяется

Для конденсаторов, выполненных из низкочастотной керамики, параметр ТКЕ не используют. Используют обозначения “Н10” … “Н90”, где цифра обозначает возможное отклонение емкости конденсатора в процентах в интервале температур от –60 до +85 градусов относительно емкости конденсатора при температуре 20 градусов. Конечно, такие конденсаторы ни в коем случае нельзя применять в частотозадающих цепях! В некоторых современных типах конденсаторов это отклонение емкости указывается латинской буквой. Таблица 3 приводит эти буквенные обозначения для конденсаторов из низкочастотной керамики.

Таблица 3 Буквенное обозначение конденсаторов из низкочастотной керамики

Отклонение емкости	Н10	Н20	Н30	H 50	H 70
Маркировка

Итак, при помощи термокомпенсирующего конденсатора нам необходимо произвести компенсацию температурной нестабильности во- первых, конденсатора с воздушным диэлектриком, использующимся для перестройки по частоте этого генератора, а во вторых катушки индуктивности генератора. Если компенсацию температурной нестабильности переменного конденсатора с воздушным диэлектриком произвести относительно несложно, то при обеспечении температурной компенсации катушки индуктивности могут возникнуть серьезные сложности.

Катушка индуктивности в схеме генератора

Катушка индуктивности является основным элементом, вносящим нестабильность в частотозадающую цепь генератора. В отличии от конденсаторов, катушки индуктивности выпускающиеся радиозаводами России не являются унифицированными деталями. Это означает, что радиозаводы не выпускают катушки с определенной индуктивностью и ТКИ. При выпуске определенного изделия, содержащего катушки индуктивности, завод, выпускающий это изделие, обычно сам производит для него катушки индуктивности, пользуясь при этом своими специфическими требованиями.

То же самое сейчас касается многих радиолюбителей. Делая какую- то конструкцию, радиолюбитель часто самостоятельно изготавливает для него катушки индуктивности. В наш век всеобщей унификации такое положение дел кажется даже немного странным… Впрочем, на Западе уже давно производят унифицированные катушки индуктивности, которые широко используются как в промышленности, так и радиолюбителями при изготовлении самодельных конструкций. Конечно, использование готовых конструкций катушек для частотозадающих цепей значительно облегчает жизнь радиолюбителю.

Выполнение самостоятельно стабильной катушки предназначенной для работы в частотозадающей цепи представляет собой сложную задачу. Без необходимого опыта, без соответствующих материалов радиолюбитель не сможет с ней справиться. Поэтому, если есть возможность, необходимо использовать в частотозадающей цепи катушку индуктивности от какого либо промышленного устройства. Причем эта катушка должна быть выполнена с учетом мер, обеспечивающих ее стабильность.

Что же влияет на стабильность параметров катушки индуктивности? Конечно, наиболее значительный по своему влиянию фактор представляет собой температура. С увеличением температуры увеличиваются размеры катушек и следовательно возрастает их индуктивность. Но температура влияет не только на ТКИ. При увеличении температуры возрастают диэлектрические потери в материале, из которого сделан каркас катушки и увеличивается активное сопротивление провода катушки. В результате этого добротность катушки понижается. Понижение добротности в катушках промышленного изготовления может составить 10% при увеличении температуры катушки на 30 градусов. Для самодельных катушек снижение их добротности при нагревании может составить еще большую величину. Понижение добротности катушки используемой в частотозадающей цепи ведет к уменьшению амплитуды генерируемых колебаний и к возрастанию шума генератора.

Конечно, самым неприятным для радиолюбителя является то, что при увеличении температуры катушки возрастает ее индуктивность. ТКИ катушек промышленного изготовления, используемых в частотозадающих цепях, может быть в пределах от (10- 300)10 -6 град -1 . Катушки имеющие небольшой ТКИ являются весьма дорогими в изготовлении. Для изготовления их каркаса используются специальные материалы, применяются специальные способы намотки.

Но, как правило, катушка индуктивности выполненная без специальных элементов температурной компенсации будет иметь положительный, пусть даже небольшой, ТКИ. Обычно Для приведения ТКИ катушки, используемой в частотозадающей цепи, к нулевому значению применяют компенсацию индуктивности катушки при помощи ее сердечника. В высококачественных катушках используют компенсацию при помощи сердечников размещенных внутри катушки. Они выполняются из специальных немагнитных металлических сплавов из меди или из алюминия. При нагревании сердечник расширяется, и уменьшает индуктивность катушки. Для недорогих катушек для температурной компенсации используют специальные ферритовые сердечники. При увеличении температура магнитная проницаемость ферритовых сердечников (ТКМП) уменьшается, что приводит к уменьшению индуктивности катушки.

ТКМП - температурный коэффициент магнитной проницаемости показывает относительное изменение проницаемости материала при изменении его температуры на 1 градус С.

ТКМП ферритовых изделий может находиться от -(20 – 2000)10 -6 град -1 . Небольшими значениями ТКМП обладают высококачественные ферриты предназначенные для использования в катушках частотозадающих цепей.

Влияет на магнитную проницаемость сердечника наличие внешнего магнитного поля. Оно может быть вследствие прохождения постоянного тока через катушку индуктивности. Для исключения изменения магнитной проницаемости сердечника за счет изменения внешнего магнитного поля, которое может произойти при изменении постоянного тока, протекающего через катушку, генераторы, в которых используется катушка с ферритовым сердечником, собирают по схеме, когда исключается протекание постоянного тока через катушку.

Итак, для того, чтобы катушка индуктивности обладала малым ТКИ, она должна быть изготовлена соответствующим образом и из соответствующих материвалов. Например, каркас катушки должен иметь определенную толщину. Обмотка катушки должна иметь определенное количество витков… Термокомпенсирующий сердечник должен находиться в определенной части катушки… И так далее… Для того, чтобы изготовить действительно стабильную катушку индуктивности для какого то серийного изделия необходимо провести множество практических экспериментов. Это кроме предварительных расчетов этой катушки. Поэтому мой совет радиолюбителю, в руки которого попадет специальная катушка, предназначенная для работы в частотозадающей цепи. Используйте ее только в оригинальном виде. Не крутите ее сердечник. Используйте только полное включение витков катушки. Включение части витков катушки приведет к увеличению ТКИ для этой катушки. Если катушка помещена в герметично запаянный корпус, не распаивайте его. Распайка корпуса катушки приведет к существенному повышению ее ТКИ а также к понижению ее добротности. Не подпаивайтесь к виткам катушки, все это обязательно скажется на ее стабильности.

При использовании в схеме генератора стабильной керамической катушки понадобятся стабильные конденсаторы имеющие низкое значение ТКЕ. Обычно требуются конденсаторы имеющие группу ТКЕ МП (нулевой), М33-47, П33-47-100. Из этих конденсаторов комбинируется термокомпенсирующий конденсатор, который подключается к катушке индуктивности. Использование конденсаторов с большим значением ТКЕ нежелательно. Температурная стабильность частоты генератора в этом случае понизится. Использовать конденсатор с большим значением ТКЕ – М330 – 750 можно только в том случае, если этот конденсатор имеет величину емкости не менее чем в десять раз меньшую, чем суммарная емкость контура, составленная из «хороших» конденсаторов.

Старые катушки

Не всегда в руки радиолюбителя попадает катушка индуктивности, изъятая из аппаратуры, которая работала в нормальных условиях. Часто попадаются катушки выпаянные из аппаратуры, которая хранилась или вследствие каких либо причин пребывала в неподходящих для хранения условиях, например в сырых помещениях или на открытом воздухе.

Для многих однослойных катушек на керамическом каркасе пребывание во влажных условиях не сказывается на дальнейшем изменении их параметров. Если от влаги обмотка катушки не корродировала, то после тщательной просушки первоначальные параметры катушки практически полностью восстанавливаются.

Для катушек, выполненных на пластиковом каркасе, пребывание во влажных условиях и под действием солнечных лучей может оказаться губительным. Каркас катушки под воздействием этих условий может безнадежно деформироваться и даже разрушиться. Подвержены пластмассовые каркасы старению. Вследствие этого параметры катушки могут стать неудовлетворительными для целей использования катушки в частотозадающих цепях. Многослойные катушки, которые подверглись воздействию влаги, могут не восстановить свои параметры даже после их тщательной просушки.

Влага может повредить ферритовый сердечник. При неблагоприятных воздействиях влаги он может корродировать и рассыпаться.

Лампы и транзисторы

Параметры радиоламп в процессе работы практически не изменяются, при условии работы радиолампы в нормальном для нее режиме. Или эти изменения носят длительный по времени характер, который не может сказаться на изменении частоты генератора за относительно небольшой промежуток времени, для примера час или день. Естественные изменения температуры окружающей среды мало влияет на изменение параметров радиолампы. Это происходит потому, что внутренняя механическая конструкция лампы отделена от окружающей среды во первых вакуумом, а во вторых стеклянным баллоном лампы. Вот почему лампа, при умелом выборе схемы генератора и режимов ее работы, практически не вносит температурного влияния в частотозадающую цепь. Для обеспечения стабильности работы лампового генератора остается только произвести температурную компенсацию деталей частотозадающей цепи. Обычно справиться с этим может даже не очень опытный радиолюбитель.

Иное дело при использовании в генераторе транзисторов. Параметры транзисторов при изменении температуры изменяются. Это относится как к биполярным кремниевым и германиевым, так и к полевым кремниевым транзисторам.

Поэтому при конструировании транзисторных генераторов стремятся максимально ослабить влияние изменения параметров транзистора на частотозадающий контур. Для этого используют специальные схемы генераторов. Могут быть использованы термокомпенсирующие резисторы, уменьшающие влияние изменения температуры на транзистор. Все это усложняет схему транзисторного генератора.

Используется слабая связь контура с транзистором. С одной стороны, это уменьшает влияние транзистора на частотозадающий контур, но, с другой стороны, увеличивает шумовую составляющую генератора. Это приводит к невозможности приема слабых станций, делает сигнал трансивера “шумным”.

Многие замечали разницу в приеме слабых станций между ламповым и транзисторным аппаратом, имеющих, казалось бы, одинаковую чувствительность. Сравнение идет обычно не в пользу транзисторного аппарата. Только применяя специальные схемотехнические методы можно достигнуть тех результатов, какие в простой лампой аппаратуре можно получить как бы “само – собой”...

Итак, используя задающий ламповый генератор, приходится применять меры температурной стабилизации только параметров частотозадающего контура. Используя транзисторный генератор приходится стабилизировать не только частотозадающий контур, но и учитывать изменение параметров транзистора при изменении температуры. Следовательно, применять меры по предотвращению этого влияния на параметры контура. Это не всегда можно обеспечить простыми методами. Еще труднее обеспечить температурную стабильность работы генераторов собранных на микросхемах, например на 174ХА2, ХА10, генераторов, в которых для изменения частоты используются варикапы.

Если вы хотите построить радиостанцию, которую будете использовать исключительно дома, и не хотите долго возиться с настройкой ее гетеродина, но в то же время хотите, что бы гетеродин имел приличную температурную стабильность, смело выполняйте гетеродин на лампах. Можно использовать любые пальчиковые миниатюрные лампы, как 6,3 – вольтовой серии так и 2,4- 1,2- вольтовой серии. Тем более, что при использовании современных миниатюрных ламп можно собрать гетеродин по размерам не больше транзисторного, но гораздо стабильнее его в работе. Если же аппаратура будет использована в полевых условиях, то, естественно, ГПД должен быть выполнен на транзисторах, и здесь необходимо принять самые серьезные меры по стабилизации его частоты.

Обратите внимание на температурную инерцию аппарата. Чем она больше, то есть чем толще стенки трансивера, грубо говоря, чем больше он весит, тем выше его температурная стабильность. Как пример этому можно привести работу старой ламповой аппаратуры. Старые ламповые приемники и трансиверы обычно изготавливались на «солидном» тяжелом металлическом корпусе, имеющем большую тепловую инерцию. Поэтому требуется довольно большое время, чтобы преодолеть ее и изменить температуру шасси и, следовательно, параметры цепей гетеродина. Нагрев лампами внутреннего пространства корпуса аппарата создает некоторый термостационный эффект, когда температура внутри корпуса с течением некоторого времени стабилизируется. Требуется значительное воздействие, чтобы быстро изменить температуру внутри корпуса лампового аппарата.

Можно провести наглядный опыт - поставить на сквозняк старый ламповый приемник, даже не связной, а вещательный, 3- 4 класса, а рядом с ним новый транзисторный приемник 1- 2 класса, настроенных на одну радиостанцию. Частота в транзисторном приемнике “убежит” гораздо быстрее, чем в ламповом приемнике.

Термостатирование

При использовании транзисторных генераторов термостатирование позволяет очень просто добиться стабильной работы генератора. В этом случае полностью весь генератор помещается в какой либо термоизолирующий корпус, в котором поддерживается постоянная температура. Такой корпус можно склеить из пенопласта. Для работы генератора в условиях комнаты можно выбрать температуру работы генератора в пределах 50-60 градусов. Если аппарат, в котором используется термостатированный генератор предполагают использовать в полевых условиях или в автомобиле то необходимо предпринимать меры, исключающие перегрев этого аппарата. В противном случае температуру термостатирования придется поднять до 70 градусов.

Резисторы и питание

Конечно, предполагается, что генератор питается от стабильного напряжения. Температурные изменения сопротивления резисторов используемых в схеме генератора обычно мало влияют на его частотную стабильность.

Синтезаторы частоты

Если бы в мире использовали стабилизацию частоты генераторов только термокомпенсационными методами, мы бы никогда не имели переносных УКВ- радиостанций, сотовых телефонов, и других чудес техники 21 века. Только применение синтезаторов частоты позволило создать малогабаритные и стабильные высокочастотные генераторы для этих устройств. Более того, современные микросхемы синтезаторов частоты позволяют самостоятельно достаточно просто построить стабильный и миниатюрный генератор без использования дорогих стабильных керамических катушек и термокомпенсирущих конденсаторов.

Применение синтезаторов частоты в высокочастотных генераторах уже становится обычным делом для многих радиолюбителей. Наверное, в скором будущем проблема “ухода” частоты при изменении температуры просто исчезнет.

Как неотъемлемые элементы всех без исключения электрических схем конденсаторы отличаются большим разнообразием вариантов конструктивного исполнения. Они выпускаются многими производителями по всему миру с применением различных технологий. Как следствие, маркировка имеет множество вариантов в соответствии с внутренними стандартами производителя, что делает попытки расшифровывать обозначения трудной задачей.

Зачем нужна маркировка

Задачей маркировки стоит соответствие каждого конкретного элемента определенным значениям рабочей характеристики. Маркировка конденсаторов включает в себя следующее:

• собственно, емкость – основная характеристика;
• максимально допустимое значение напряжения;
• температурный коэффициент емкости;
• допустимое отклонение емкости от номинального значения;
• полярность;
• год выпуска.

Максимальное значение напряжения важно тем, что при превышении его значения происходят необратимые изменения в элементе, вплоть до его разрушения.

Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) характеризует изменение ёмкости при колебаниях температуры окружающей среды или корпуса элемента. Данный параметр крайне важен, когда конденсатор используется в частотозадающих цепях или в качестве элемента фильтра.

Допустимое отклонение означает точность, с которой возможно отклонение номинальной емкости конденсаторов.

Полярность подключения в основном характерна для электролитических конденсаторов. Несоблюдение полярности включения, в лучшем случае, приведет к тому, что реальная ёмкость элемента будет сильно занижена, а в реальности элемент практически мгновенно выйдет из строя из-за механического разрушения в результате перегрева или электрического пробоя.

Наибольшее отличие в принципах маркировки конденсаторов наблюдается в радиоэлементах, выпущенных за рубежом и предприятиями на постсоветском пространстве. Все предприятия бывшего СССР и те, что продолжают работать сейчас, кодируют выпускаемую продукцию по единому стандарту с небольшими отличиями.

Маркировка отечественных конденсаторов

Многие отечественные радиоэлементы отличаются максимально полной маркировкой, при чтении которой можно почерпнуть большинство возможных характеристик элемента.

Емкость

На первом месте стоит основная характеристика – электрическая емкость. Она имеет буквенно-цифровое обозначение. Для букв применяются следующие символы латинского, греческого или русского алфавита:

• p или П – пикофарада, 1 pF = 10-3 nF = 10-6 μF = 10-9 mF = 10-12 F;
• n или Н – нанофарада, 1 nF = 10-3 μF = 10-6 mF = 10-9 F;
• μ или М – микрофарада, 1 μF = 10-3 mF = 10-6 F;
• m или И – миллифарада, 1 mF = 10-3 F;
• F или Ф – фарада.

Буква, обозначающая величину, ставится на месте запятой в дробном обозначении. Например:

• 2n2 = 2.2 нанофарад или 2200 пикофарад;
• 68n = 68 нанофарад или 0,068 микрофарад;
• 680n или μ68 = 0.68 микрофарад.

Обратите внимание! Обозначение емкости в миллифарадах встречается крайне редко, а такая величина как фарада является очень большой и также не имеет особого распространения.

Допустимое отклонение

Значения ёмкостей, указанные на корпусе, не всегда соответствует реальному значению. Это отклонение характеризует точность изготовления детали и определения его номинала. Величина разброса параметров может быть от тысячных долей процента у прецизионных деталей до десятков процентов у электролитических конденсаторов, предназначенных для фильтрации пульсаций в цепях питания, где точные цифры не имеют особого значения.

Величина допустимого отклонения обозначается буквами латинского алфавита или русскими буквами у радиодеталей старых годов выпуска.

Температурный коэффициент емкости

Маркировка ТКЕ довольно сложна, а поскольку данная величина критична в основном для малогабаритных элементов времязадающих цепей, то возможна как цветная кодировка, так и использование буквенных обозначений или комбинации обоих типов. Таблица возможных вариантов значений встречается в любом справочнике по отечественным радиокомпонентам.

Многие керамические конденсаторы, как и плёночные, имеют определенные нюансы в маркировке ТКЕ. Данные случаи оговариваются ГОСТами на соответствующие элементы.

Номинальное напряжение

Напряжение, при котором сохраняется работоспособность элемента с сохранением характеристик в заданных пределах, называется номинальным. Обычно обозначается верхний порог номинального напряжения, превышать который запрещается ввиду возможного выхода элемента из строя.

В зависимости от габаритов, возможны варианты как цифрового, так и буквенного обозначения номинального напряжения. Если позволяют габариты корпуса, то напряжение до 800 В обозначается в единицах вольт с символом V (или В для старых конденсаторов) или без него. Более высокие значения наносятся на корпус в виде единиц киловольт с обозначением символами kV или кВ.

Малогабаритные конденсаторы имеют кодированное буквенное обозначение напряжения, для чего используются буквы латинского алфавита, каждая из которых соответствует определенной величине напряжения.

Год и месяц выпуска

Дата производства также имеет буквенное обозначение. Каждому году соответствует буква латинского алфавита. Месяцы с января по сентябрь обозначаются цифрой, соответственно, от 1 до 9, октябрю соответствует 0, ноябрю буква N, декабрю – D.

Обратите внимание! Кодированное обозначение года выпуска одинаково с другими радиоэлементами.

Расположение маркировки на корпусе

Маркировка керамических конденсаторов в первой строке на корпусе имеет значение емкости. В той же строке без каких-либо разделительных знаков или, если не позволяют габариты, под обозначением емкости наносится значение допуска.

Подобным же методом наносится маркировка пленочных конденсаторов.

Дальнейшее расположение элементов регламентируется ГОСТ или ТУ на каждый конкретный тип элементов.

Цветовая маркировка отечественных радиоэлементов

С распространением линий автоматического монтажа нашла применение цветовая маркировка конденсаторов. Наибольшее распространение получила четырехцветная маркировка при помощи цветных полос.

Первые две полосы означают номинальную емкость в пикофарадах и множитель, третья полоса – допустимое отклонение, четвертая – номинальное напряжение. Например, на корпусе имеется желтая, голубая, зеленая и фиолетовая полосы. Следовательно, элемент имеет такие характеристики: емкость – 22*106 пикофарад (22 μF), допустимое отклонение от номинала – ±5%, номинальное напряжение – 50 В.

Первая цветная полоса (в данном случае, которая имеет желтый цвет) делается более широкой или располагается ближе к одному из выводов. Также следует ориентироваться по цвету крайних полос. Такой цвет, как серебряный, золотой и черный, не может быть первым, поскольку обозначает множитель или ТКЕ.

Маркировка конденсаторов импортного производства

Для обозначения импортных, а в последние годы и отечественных радиоэлементов приняты рекомендации стандарта IEC, согласно которому на корпусе радиоэлемента наносится кодовая маркировка из трех цифр. Первые две цифры кода обозначают емкость в пикофарадах, третья цифра – число нулей. Например, цифры 476 означают емкость 47000000 pF (47 μF). Если емкость меньше 1 pF, то первая цифра 0, а символ R ставится вместо запятой. Например, 0R5 – 0,5 pF.

Для высокоточных деталей применяется четырехзнаковая кодировка, где первые три знака определяют емкость, а четвертый – количество нулей. Обозначение допуска, напряжения и прочих характеристик определяется фирмой-производителем.

Цветовая маркировка импортных конденсаторов

Цветовое обозначение конденсаторов строится по тому же принципу, что и у резисторов. Первые две полосы означают емкость в пикофарадах, третья полоса – количество нулей, четвертая – допустимое отклонение, пятая – номинальное напряжение. Полос может быть и меньше, если нет необходимости в обозначении напряжения или допуска. Первая полоса делается шире или у одного из выводов. Синие цвета отсутствуют. Вместо них используются голубые полосы.

Обратите внимание! Две соседние полосы одинакового цвета могут не иметь между собой промежутка, сливаясь в широкую полосу.

Маркировка SMD компонентов

SMD компоненты для поверхностного монтажа имеют очень малые размеры, поэтому для них разработана сокращенная буквенно-цифровая кодировка. Буква означает значение емкости в пикофарадах, цифра – множитель в виде степени десяти, например G4 – 1.8*105 пикофарад (180 nF). Если спереди две буквы, то первая означает производителя компонента или рабочее напряжение.

Электролитические конденсаторы SMD могут иметь на корпусе значение основного параметра в виде десятичной дроби, где вместо точки может быть вставлен символ μ (напряжение обозначается буквой V (5V5 – 5.5 вольт) или могут иметь кодированное значение, зависящее от производителя. Положительный вывод обозначается полосой на корпусе.

Маркировка конденсаторов имеет большое число вариантов. Особенно этим отличаются импортные конденсаторы. Часто можно встретить малогабаритные элементы, которые вовсе не имеют каких-либо обозначений. Определить параметры можно только непосредственным измерением или, глядя на обозначение конденсаторов на электрической схеме. Произведенные разными фирмами радиоэлементы могут иметь схожие обозначения, но различные параметры. Здесь расшифровка обозначений должна базироваться на том, какой производитель выпускает преимущественное количество подобных элементов в конкретном устройстве.

Видео

У них посложней. Обычно на корпус конденсатора наносят следующую информацию:

Номинальная емкость;

Номинальное (максимально допустимое) напряжение;

ТКЕ (температурный коэффициент емкости).

Допуск и ТКЕ указываются только у «хороших» конденсаторов, т. е. пленочных, керамических и слюдяных; у полярных конденсаторов эти два параметра столь огромны, что их даже не указывают. В «жизненно важных» местах устройства полярные можно использовать только для фильтрации напряжения питания.

Начнем с отечественных неполярных конденсаторов. У конденсаторов емкостью до 100 пФ параметры на корпусе чаще всего вообще не указываются. С чем это связано, мне неизвестно, возможно, предприятиям-изготовителям жалко тратить краску на такую «мелочевку». Емкость таких конденсаторов можно узнать только косвенным путем, измерив их Х с на некоторой точно известной частоте f и подставив эти данные в формулу:

где U reH - выходное переменное напряжение генератора, В; 1 с - ток через , мА; f reH - , кГц; С - емкость конденсатора, пФ; 2π « 6,28. Диапазон емкостей «цветных» конденсаторов указан в табл. 3.3. Данные ззяты из статьи А. Перуцкого, «Радиомир», № 8, 2003, с. 3.

Но на некоторых конденсаторах такой емкости и на большинстве конденсаторов большей емкости параметры указываются. Емкость обозначается цифрами, буква «р» (по старому стандарту - «П») означает «пикофарады», «п» («Н») - «нанофарады», «μ» - «микрофарады». Емкость шифруется так же, как и , т. e. «47Н» означает 47 нФ (0,047 мкФ), а «Н47», или «470р» - 470 пФ (0,47 нФ). Если емкость конденсатора выражается в пикофарадах, то букву «р» или «П» на его корпусе обычно не рисуют, т. е. если на конденсаторе стоит «1000» без всяких дополнительных опознавательных знаков, то его емкость равна 1000 пФ.

Приблизительную емкость пленочных и слюдяных конденсаторов можно определить по размеру их корпуса: чем больше емкость при том же максимально допустимом напряжении, тем больше размер корпуса. При увеличении максимально допустимого рабочего напряжения габариты конденсатора тоже увеличиваются. У керамических конденсаторов разной емкости используются разные диэлектрики с разной диэлектрической проницаемостью, поэтому у двух конденсаторов одинаковых размеров емкость может отличаться в сотни…тысячи раз. Но чем больше диэлектрическая проницаемость используемого диэлектрика, т. е. чем меньше отношение «площадь поверхности конденсатора х его емкость», тем выше внутреннее . Поэтому использовать керамические для фильтрации высокочастотных помех и пульсаций в шинах питания и других цепях, по которым протекает значительный высокочастотный ток, нежелательно. Идеальны слюдяные, но они «большие» и дорогие, поэтому в таких цепях лучше использовать пленочные .

Допуск у конденсаторов бывает в пределах 5…20%, и обозначается он теми же буквами (они всегда заглавные - «большие»), что и у резисторов. Причем если емкость помечена латинскими буквами (р, п, м), то и допуск отмечается латинскими. Кстати, русские свои детали с 5-процентным допуском помечают буквой «I», а все остальные страны - буквой «J».

ТКЕ у конденсаторов чаще всего незначителен, но в некоторых устройствах (задающие ) желательно, чтобы он вообще был равен нулю. Возникает он из-за того, что при нагреве конденсатора его диэлектрик очень незначительно расширяется, расстояние между обкладками увеличивается, из-за этого емкость конденсатора уменьшается. То есть у такого конденсатора ТКЕ отрицательный. Есть и с положительным ТКЕ. Этот коэффициент максимален (по модулю) у керамических конденсаторов, и чем больше емкость конденсатора, а его размеры - меньше, тем больше ТКЕ. У пленочных конденсаторов ТКЕ крайне мал (и обычно отрицателен), а у слюдяных вообще практически равен нулю.

Узнать, на сколько изменится емкость конденсатора при изменении температуры можно по формуле:

где С - емкость конденсатора при начальной температуре; С Д1 - емкость конденсатора при изменении температуры на At (в градусах Цельсия или Кельвина).

Делить на миллион обязательно - ТКЕ крайне малая величина, и, если ее перед нанесением на корпус конденсатора не умножить на это число, будет слишком много нулей после запятой.

ТКЕ у всех конденсаторов нормирован и может быть равным (по отечественному стандарту он обозначается на корпусе конденсатора как «МПО», по европейскому - «NPO», «COG», «СОН», «СН» - это одно и то же); -47 (М47 - по старому отечественному стандарту; на корпусах отечественных конденсаторов, номинал и допуск которых указан латинскими буквами, он обозначается буквой «U»); -75 (М75, «М»); -750 (М750, N750 - европейский стандарт, «Т»); -1500 (М1500, «V»); +100 (П100). У конденсаторов большой емкости (керамические, более 0,01 мкФ) ТКЕ уж очень большой и под воздействием температуры емкость конденсатора может изменяться на 30% (НЗО, «D», X7R, Х7В), 70% (Н70) или 90% (Н90, «F»); у импортных конденсаторов максимальное изменение емкости - 50% (Y5V, Z5U) при изменении температуры на 50…80 °С.

Также емкость керамических конденсаторов изменяется и под воздействием напряжения. У конденсаторов Y5V при увеличении напряжения от 5 до 40 В емкость уменьшается на 70%.

Рис. 3.27. Расшифровка маркировки конденсаторов

На импортных конденсаторах емкость обозначается только в зашифрованном виде - без всяких букв. Она обозначается или как у резисторов для поверхностного монтажа (в пикофарадах, первые две цифры - номинал, третья - количество нулей; «100» и «101» - это 100 пФ; у конденсаторов емкостью до 100 пФ верхняя часть корпуса (примерно 1/10, со стороны названия) иногда закрашивается краской; емкость конденсаторов 1…9 пФ обозначается одной цифрой и может быть любой, емкость всех остальных конденсаторов подчиняется ряду Е24), или в единицах АЕС (в микрофарадах, причем нуль до запятой (вернее, точки) не ставится, т. е. на конденсаторе емкостью 2200 пФ будет написано «.0022», что соответствует 0,0022 мкФ). Значение допуска, максимально допустимого напряжения и ТКЕ на корпуса большинства таких конденсаторов не наносится.

Наиболее проста у электролитических конденсаторов. У них емкость обозначается в микрофарадах («мкФ», или «μι»), а напряжение - в вольтах («В», или «V»), Допуск и ТКЕ не наносятся никогда, на некоторых импортных конденсаторах указывают температурный диапазон, в пределах которого гарантируется работоспособность конденсатора (т. е. жидкий электролит не замерзнет и не закипит). На отечественных конденсаторах возле положительного вывода ставят значок «+», у импортных возле отрицательного вывода, параллельно корпусу, рисуют то петую линию, внутри которой через небольшие интервалы нарисованы «-». В спорных случаях правильную можно определить при помощи микроамперметра и батарейки (аккумулятора) на 6…12 В - при «неправильной» полярности через будет протекать ток, в сотни раз больше, чем при «правильной».

Для лучшего понимания всего вышесказанного на рис. 3.27 собраны примеры маркировки большинства отечественных и импортных конденсаторов.

В соответствии с требованиями Публикаций 62 и 115-2 IEC для конденсаторов установлены следующие допуски и их кодировка:

Таблица 1

*-Для конденсаторов емкостью < 10 пФ допуск указан в пикофарадах.

Перерасчет допуска из % (δ) в фарады (Δ):

Δ=(δхС/100%)[Ф]

Пример:

Реальное значение конденсатора с маркировкой 221J (0.22 нФ ±5%) лежит в диапазоне: С=0.22 нФ ± Δ = (0.22 ±0.01) нФ, где Δ= (0.22 х 10 -9 [Ф] х 5) х 0.01 = 0.01 нФ, или, соответственно, от 0.21 до 0.23 нФ.

Температурный коэффициент емкости (ТКЕ)
Конденсаторы с ненормируемым ТКЕ

Таблица 2

* Современная цветовая кодировка, Цветные полоски или точки. Второй цвет может быть представлен цветом корпуса.

Конденсаторы с линейной зависимостью от температуры

Таблица 3

Обозначение ГОСТ	Обозначение международное	ТКЕ *	Буквенный код	Цвет**
П100	P100	100 (+130...-49)	A	красный+фиолетовый
П33		33	N	серый
МПО	NPO	0(+30..-75)	С	черный
М33	N030	-33(+30...-80]	Н	коричневый
М75	N080	-75(+30...-80)	L	красный
M150	N150	-150(+30...-105)	Р	оранжевый
М220	N220	-220(+30...-120)	R	желтый
М330	N330	-330(+60...-180)	S	зеленый
М470	N470	-470(+60...-210)	Т	голубой
М750	N750	-750(+120...-330)	U	фиолетовый
М1500	N1500	-500(-250...-670)	V	оранжевый+оранжевый
М2200	N2200	-2200	К	желтый+оранжевый

* В скобках приведен реальный разброс для импортных конденсаторов в диапазоне температур -55...+85 ° С.

** Современная цветовая кодировка в соответствии с EIA. Цветные полоски или точки. Второй цвет может быть представлен цветом корпуса.

Конденсаторы с нелинейной зависимостью от температуры

Таблица 4

Группа ТКЕ*	Допуск[%]	Температура**[ ° C]	Буквенный код ***	Цвет***
Y5F	±7,5	-30...+85
Y5P	±10	-30...+85		серебряный
Y5R		-30...+85	R	серый
Y5S	±22	-30...+85	S	коричневый
Y5U	+22...-56	-30...+85	A
Y5V(2F)	+22...-82	-30...+85
X5F	±7,5	-55...+85
Х5Р	±10	-55...+85
X5S	±22	-55...+85
X5U	+22...-56	-55...+85		синий
X5V	+22...-82	-55..+86
X7R(2R)	±15	-55...+125
Z5F	±7,5	-10...+85	В
Z5P	±10	-10...+85	С
Z5S	±22	-10...+85
Z5U(2E)	+22...-56	-10...+85	E
Z5V	+22...-82	-10...+85	F	зеленый
SL0(GP)	+150...-1500	-55...+150	Nil	белый

* Обозначение приведено в соответствии со стандартом EIA, в скобках - IEC.

** В зависимости от технологий, которыми обладает фирма, диапазон может быть другим. Например: фирма «Philips» для группы Y5P нормирует -55...+125 °С.

*** В соответствии с EIA. Некоторые фирмы, например «Panasonic», пользуются другой кодировкой.

Таблица 5

Метки полосы, кольца, точки	1	2	3	4	5	6
3 метки*	1-я цифра	2-я цифра	Множитель	—	—	—
4 метки	1-я цифра	2-я цифра	Множитель	Допуск	—	—
4 метки	1-я цифра	2-я цифра	Множитель	Напряжение	—	—
4 метки	1 и 2-я цифры	Множитель	Допуск	Напряжение	—	—
5 меток	1-я цифра	2-я цифра	Множитель	Допуск	Напряжение	—
5 меток"	1-я цифра	2-я цифра	Множитель	Допуск	ТКЕ	—
6 меток	1-я цифра	2-я цифра	3-я цифра	Множитель	Допуск	ТКЕ

* Допуск 20%; возможно сочетание двух колец и точки, указывающей на множитель.

** Цвет корпуса указывает на значение рабочего напряжения.

Таблица 6

Таблица 7

Цвет	1-я цифра пФ	2-я цифра пФ	3-я цифра пФ	Множитель	Допуск	ТКЕ
Серебряный				0,01	10%	Y5P
Золотой				0,1	5%
Черный		0	0	1	20%*	NPO
Коричневый	1	1	1	10	1%**	Y56/N33
Красный	2	2	2	100	2%	N75
Оранжевый	3	3	3	10 3		N150
Желтый	4	4	4	10 4		N220
Зеленый	5	5	5	10 5		N330
Голубой	6	6	6	10 6		N470
Фиолетовый	7	7	7	10 7		N750
Серый	8	8	8	10 8	30%	Y5R
Белый	9	9	9		+80/-20%	SL

* Для емкостей меньше 10 пФ допуск ±2,0 пФ.
** Для емкостей меньше 10 пФ допуск±0,1 пФ.

Таблица 8

Цвет	1-я и 2-я цифра пФ	Множитель	Допуск	Напряжение
Черный	10	1	20%	4
Коричневый	12	10	1%	6,3
Красный	15	100	2%	10
Оранжевый	18	10 3	0,25 пФ	16
Желтый	22	10 4	0,5 пФ	40
Зеленый	27	10 5	5%	20/25
Голубой	33	10 6	1%	30/32
Фиолетовый	39	10 7	-2О...+5О%
Серый	47	0,01	-20...+80%	3,2
Белый	56	0,1	10%	63
Серебряный	68			2,5
Золотой	82		5%	1,6

Для маркировки пленочных конденсаторов используют 5 цветных полос или точек. Первые три кодируют значение номинальной емкости, четвертая - допуск, пятая - номинальное рабочее напряжение.

Таблица 9

Номинальная емкость [мкФ]				Допуск	Напряжение
0,01				±10%	250
0,015
0,02
0,03
0,04
0,06
0,10
0,15
0,22
0,33				±20	400
0,47
0,68
1,0
1,5
2,2
3,3
4,7
6,8
	1 полоса	2 полоса	3 полоса	4 полоса	5 полоса

Кодовая маркировка

В соответствии со стандартами IEC на практике применяется четыре способа кодировки номинальной емкости.

А. Маркировка 3 цифрами

Первые две цифры указывают на значение емкости в пигофарадах (пф), последняя - количество нулей. Когда конденсатор имеет емкость менее 10 пФ, то последняя цифра может быть «9». При емкостях меньше 1.0 пФ первая цифра «0». Буква R используется в качестве десятичной запятой. Например, код 010 равен 1.0 пФ, код 0R5 - 0.5 пф.

Таблица 10

Код	Емкость [пФ]	Емкость [нФ]	Емкость [мкФ]
109	1,0	0,001	0,000001
159	1,5	0,0015	0,000001
229	2,2	0,0022	0,000001
339	3,3	0,0033	0,000001
479	4,7	0,0047	0,000001
689	6,8	0,0068	0,000001
100*	10	0,01	0,00001
150	15	0,015	0,000015
220	22	0,022	0,000022
330	33	0,033	0,000033
470	47	0,047	0,000047
680	68	0,068	0,000068
101	100	0,1	0,0001
151	150	0,15	0,00015
221	220	0,22	0,00022
331	330	0,33	0,00033
471	470	0,47	0,00047
681	680	0,68	0,00068
102	1000	1,0	0,001
152	1500	1,5	0,0015
222	2200	2,2	0,0022
332	3300	3,3	0,0033
472	4700	4,7	0,0047
682	6800	6,8	0,0068
103	10000	10	0,01
153	15000	15	0,015
223	22000	22	0,022
333	33000	33	0,033
473	47000	47	0,047
683	68000	68	0,068
104	100000	100	0,1
154	150000	150	0,15
224	220000	220	0,22
334	330000	330	0,33
474	470000	470	0,47
684	680000	680	0,68
105	1000000	1000	1,0

* Иногда последний ноль не указывают.

Возможны варианты кодирования 4-значным числом. Но и в этом случае последняя цифра указывает количество нулей, а первые три - емкость в пикофарадах.

Таблица 11

В отличие от первых трех параметров, которые маркируются в соответствии со стандартами, рабочее напряжение у разных фирм имеет различную буквенно-цифровую маркировку.

Таблица 13

Кодовая маркировка электролетических конденсаторов для поверхностного монтажа

Приведенные ниже принципы кодовой маркировки применяются такими известными фирмами, как «Panasonic», «Hitachi» и др. Различают три основных способа кодирования

А. Маркировка 2 или 3 символами

Код содержит два или три знака (буквы или цифры), обозначающие рабочее напряжение и номинальную емкость. Причем буквы обозначают напряжение и емкость, а цифра указывает множитель. В случае двухзначного обозначения не указывается код рабочего напряжения.

Таблица 14

Код	Емкость [мкФ]	Напряжение [В]
А6	1,0	16/35
А7	10	4
АА7	10	10
АЕ7	15	10
AJ6	2,2	10
AJ7	22	10
AN6	3,3	10
AN7	33	10
AS6	4,7	10
AW6	6,8	10
СА7	10	16
СЕ6	1,5	16
СЕ7	15	16
CJ6	2,2	16
CN6	3,3	16
CS6	4,7	16
CW6	6,8	16
DA6	1,0	20
DA7	10	20
DE6	1,5	20
DJ6	2,2	20
DN6	3,3	20
DS6	4,7	20
DW6	6,8	20
Е6	1,5	10/25
ЕА6	1,0	25
ЕЕ6	1,5	25
EJ6	2,2	25
EN6	3,3	25
ES6	4,7	25
EW5	0,68	25
GA7	10	4
GE7	15	4
GJ7	22	4
GN7	33	4
GS6	4,7	4
GS7	47	4
GW6	6,8	4
GW7	68	4
J6	2,2	6,3/7/20
JA7	10	6,3/7
JE7	15	6,3/7
JJ7	22	6,3/7
JN6	3,3	6,3/7
JN7	33	6,3/7
JS6	4,7	6,3/7
JS7	47	6,3/7
JW6	6,8	6,3/7
N5	0,33	35
N6	3,3	4/16
S5	0,47	25/35
VA6	1,0	35
VE6	1,5	35
VJ6	2,2	35
VN6	3,3	35
VS5	0,47	35
VW5	0,68	35
W5	0,68	20/35

Код содержит четыре знака (буквы и цифры), обозначающие емкость и рабочее напряжение. Буква, стоящая вначале, обозначает рабочее напряжение, последующие знаки - номинальную емкость в пикофарадах (пФ), а последняя цифра - количество нулей. Возможны 2 варианта кодировки емкости: а) первые две цифры указывают номинал в пикофарадах, третья - количество нулей; б) емкость указывают в микрофарадах, знак m выполняет функцию десятичной запятой. Ниже приведены примеры маркировки конденсаторов емкостью 4.7 мкФ и рабочим напряжением 10 В.

Если величина корпуса позволяет, то код располагается в две строки: на верхней строке указывается номинал емкости, на второй строке - рабочее напряжение. Емкость может указываться непосредственно в микрофарадах (мкФ) или в пикофарадах (пф) с указанием количества нулей (см. способ В). Например, первая строка - 15, вторая строка - 35V - означает, что конденсатор имеет емкость 15 мкФ и рабочее напряжение 35 В.

Маркировка пленочных конденсаторов для поверхностного монтажа фирмы "HITACHI"

• Перевод
• Tutorial

Вступление: я был озадачен.

Несколько лет назад, после более чем 25 лет работы с этими вещами, я узнал кое-что новое о керамических конденсаторах. Работая над драйвером светодиодной лампы я обнаружил, что постоянная времени RC-цепочки в моей схеме не сильно смахивает на расчётную.

Предположив, что на плату были впаяны не те компоненты, я измерил сопротивление двух резисторов составлявших делитель напряжения - они были весьма точны. Тогда был выпаян конденсатор - он так же был великолепен. Просто чтобы убедиться, я взял новые резисторы и конденсатор, измерил их, и впаял обратно. После этого я включил схему, проверил основные показатели, и ожидал увидеть что моя проблема с RC-цепочкой решена… Если бы.

Я проверял схему в её естественной среде: в корпусе, который в свою очередь сам по себе был зачехлён чтобы имитировать кожух потолочного светильника. Температура компонентов в некоторых местах достигала более чем 100ºC. Для уверенности, и чтобы освежить память я перечитал даташит на используемые конденсаторы. Так началось моё переосмысление керамических конденсаторов.

Справочная информация об основных типах керамических конденсаторов.

Для тех кто этого не помнит (как практически все), в таблице 1 указана маркировка основных типов конденсаторов и её значение. Эта таблица описывает конденсаторы второго и третьего класса . Не вдаваясь глубоко в подробности, конденсаторы первого класса обычно сделаны на диэлектрике типа C0G (NP0).

Таблица 1.

Нижняя рабочая температура		Верхняя рабочая температура		Изменение ёмкости в диапазоне (макс.)
Символ	Температура (ºC)	Символ	Температура (ºC)	Символ	Изменение (%)
Z	+10	2	+45	A	±1.0
Y	-30	4	+65	B	±1.5
X	-55	5	+85	C	±2.2
–	–	6	+105	D	±3.3
–	–	7	+125	E	±4.7
–	–	8	+150	F	±7.5
–	–	9	+200	P	±10
–	–	–	–	R	±15
–	–	–	–	S	±22
–	–	–	–	T	+22, -33
–	–	–	–	U	+22, -56
–	–	–	–	V	+22, -82

Из описанных выше на моём жизненном пути чаще всего мне попадались конденсаторы типа X5R, X7R и Y5V. Я никогда не использовал конденсаторы типа Y5V из-за их экстремально высокой чувствительности к внешним воздействиям.

Когда производитель конденсаторов разрабатывает новый продукт, он подбирает диэлектрик так, чтобы ёмкость конденсатора изменялась не более определённых пределов в определённом температурном диапазоне. Конденсаторы X7R которые я использую не должны изменять свою ёмкость более чем на ±15% (третий символ) при изменении температуры от -55ºC (первый символ) до +125ºC (второй символ). Так что, либо мне попалась плохая партия, либо что-то ещё происходит в моей схеме.

Не все X7R созданы одинаковыми.

Так как изменение постоянной времени моей RC-цепочки было куда больше, чем это могло быть объяснено температурным коэффициентом ёмкости, мне пришлось копать глубже. Глядя на то, насколько уплыла ёмкость моего конденсатора от приложенного к нему напряжения я был очень удивлён. Результат был очень далёк от того номинала, который был впаян. Я брал конденсатор на 16В для работы в цепи 12В. Даташит говорил, что мои 4,7мкФ превращаются в 1,5мкФ в таких условиях. Это объясняло мою проблему.

Даташит также говорил, что если только увеличить типоразмер с 0805 до 1206, то результирующая ёмкость в тех же условиях будет уже 3,4мкФ! Этот момент требовал более пристального изучения.

Я нашёл, что сайты Murata® и TDK® имеют классные инструменты для построения графиков изменения ёмкости конденсаторов в зависимости от различных условий. Я прогнал через них керамические конденсаторы на 4,7мкФ для разных типоразмеров и номинальных напряжений. На рисунке 1 показаны графики построенные Murata. Были взяты конденсаторы X5R и X7R типоразмеров от 0603 до 1812 на напряжение от 6,3 до 25В.

Рисунок 1. Изменение ёмкости в зависимости от приложенного напряжения для выбранных конденсаторов.

Обратите внимание, что во-первых, при увеличении типоразмера уменьшается изменение ёмкости в зависимости от приложенного напряжения, и наоборот.

Второй интересный момент состоит в том, что в отличии от типа диэлектрика и типоразмера, номинальное напряжение похоже ни на что не влияет. Я ожидал бы, что конденсатор на 25В под напряжением 12В меньше изменит свою ёмкость, чем конденсатор на 16В под тем же напряжением. Глядя на график для X5R типоразмера 1206 мы видим, что конденсатор на 6,3В на самом деле ведёт себя лучше, чем его родня на большее номинальное напряжение.

Если взять более широкий ряд конденсаторов, то мы увидим, что это поведение характерно для всех керамических конденсаторов в целом.

Третье наблюдение состоит в том, что X7R при том же типоразмере имеет меньшую чувствительность к изменениям напряжения, чем X5R. Не знаю, насколько универсально это правило, но в моём случае это так.

Используя данные графиков, составим таблицу 2 , показывающую насколько уменьшится ёмкость конденсаторов X7R при 12В.

Таблица 2. Уменьшение ёмкости конденсаторов X7R разных типоразмеров при напряжении 12В.

Мы видим устойчивое улучшение ситуации по мере роста размера корпуса пока мы не достигнем типоразмера 1210. Дальнейшее увеличение корпуса уже не имеет смысла.

В моём случае я выбрал наименьший возможный типоразмер компонентов, поскольку этот параметр был критичен для моего проекта. В своём невежестве я полагал что любой конденсатор X7R будет так же хорошо работать, как другой с тем же диэлектриком - и был неправ. Чтобы RC-цепочка заработала правильно я должен был взять конденсатор того же номинала, но в большем корпусе.

Выбор правильного конденсатора

Я очень не хотел использовать конденсатор типоразмера 1210. К счастью, я имел возможность увеличить сопротивление резисторов в пять раз, уменьшив при этом ёмкость до 1мкФ. Графики на рисунке 2 показывают поведение различных X7R конденсаторов 1мкФ на 16В в сравнении с их собратьями X7R 4,7мкФ на 16В.

Рисунок 2. Поведение различных конденсаторов на 1мкФ и 4,7мкФ.

Конденсатор 0603 1мкФ ведёт себя так же, как 0805 4,7мкФ. Вместе взятые 0805 и 1206 на 1мкФ чувствуют себя лучше, чем 4,7мкФ типоразмера 1210. Используя конденсатор 1мкФ в корпусе 0805 я мог сохранить требования к размерам компонентов, получив при этом в рабочем режиме 85% от исходной ёмкости, а не 30%, как было ранее.

Но это ещё не всё. Я был изрядно озадачен, ибо считал что все конденсаторы X7R должны иметь сходные коэффициенты изменения ёмкости от напряжения, поскольку все выполены на одном и том же диэлектрике - а именно X7R. Я связался с коллегой - специалистом по керамическим конденсаторам 1 . Он пояснил, что есть много материалов, которые квалифицируются как «X7R». На самом деле, любой материал который позволяет компоненту функционировать в температурном диапазоне от -55ºC до +125ºC с изменением характеристик не более чем на ±15% можно назвать «X7R». Так же он сказал, что нет каких-либо спецификаций на коэффициент изменения ёмкости от напряжения ни для X7R, ни для каких-либо других типов.

Это очень важный момент, и я его повторю. Производитель может называть конденсатор X7R (или X5R, или еще как-нибудь) до тех пор, пока он соответствует допускам по температурному коэффициенту ёмкости. Вне зависимости от того, насколько плох его коэффициент по напряжению.

Для инженера-разработчика этот факт только освежает старую шутку - «любой опытный инженер знает: читай даташит!»

Производители выпускают всё более миниатюрные компоненты, и вынуждены искать компромиссные материалы. Для того чтобы обеспечить необходимые ёмкостно-габаритные показатели, им приходится ухудшать коэффициенты по напряжению. Конечно, более авторитетные производители делают все возможное, чтобы свести к минимуму неблагоприятные последствия этого компромисса.

А как насчёт типа Y5V, который я сразу отбросил? Для контрольного в голову, давайте рассмотрим обычный конденсатор Y5V. Я не буду выделять какого-то конкретного производителя этих конденсаторов - все примерно одинаковы. Выберем 4,7мкФ на 6,3В в корпусе 0603, и посмотрим его параметры при температуре +85ºC и напряжении 5В. Типовая ёмкость на 92,3% ниже номинала, или 0,33мкФ. Это так. Приложив 5В к этому конденсатору мы получаем падение ёмкости в 14 раз по сравнению с номиналом.

При температуре +85ºC и напряжении 0В ёмкость уменьшается на 68,14%, с 4,7мкФ до 1,5мкФ. Можно предположить, что приложив 5В мы получим дальнейшее уменьшение ёмкости - от 0,33мкФ до 0,11мкФ. К счастью, эти эффекты не объединяются. Уменьшение ёмкости под напряжением 5В при комнатной температуре куда хуже, чем при +85ºC.

Для ясности, в данном случае при напряжении 0В ёмкость падает от 4,7мкФ до 1,5мкФ при +85ºC, в то время как при напряжении 5В ёмкость конденсатора увеличивается от 0,33мкФ при комнатной температуре, до 0,39мкФ при +85ºC. Это должно убедить вас действительно тщательно проверять все спецификации тех компонентов, которые вы используете.

Вывод

В результате этого урока я уже не просто указываю типы X7R или X5R коллегам или поставщикам. Вместо этого я указываю конкретные партии конкретных поставщиков, которые я сам проверил. Я также предупреждаю клиентов о том, чтобы они перепроверяли спецификации при рассмотрении альтернативных поставщиков для производства, чтобы гарантировать что они не столкнутся с этими проблемами.

Главный вывод из всей этой истории, как вы наверное догадались, это: «читайте даташиты!». Всегда. Без исключений. Запросите дополнительные данные, если даташит не содержит достаточной информации. Помните, что обозначения керамических конденсаторов X7V, Y5V и т.д. совершенно ничего не говорят о их коэффициентах по напряжению. Инженеры должны перепроверять данные чтобы знать, реально знать о том, как используемые конденсаторы будут вести себя в реальных условиях. В общем, имейте в виду, в нашей безумной гонке за меньшими и меньшими габаритами это становится всё более важным моментом каждый день.

Об авторе

Марк Фортунато провёл большую часть жизни пытаясь сделать так, чтобы эти противные электроны оказались в нужное время в нужном месте. Он работал над различными вещами - от систем распознавания речи и микроволновой аппаратуры, до светодиодных ламп (тех, которые регулируются правильно, заметьте!). Он провёл последние 16 лет помогая клиентам приручить их аналоговые схемы. Г-н Фортунато сейчас является ведущим специалистом подразделения коммуникационных и автомобильных решений Maxim Integrated. Когда он не пасёт электроны, Марк любит тренировать молодёжь, читать публицистику, смотреть как его младший сын играет в лакросс, а старший сын играет музыку. В целом, он стремится жить в гармонии. Марк очень сожалеет, что больше не встретится с Джимом Уильямсом или Бобом Пизом.

Сноски

1 Автор хотел бы поблагодарить Криса Буркетта, инженера по применению из TDK за его объяснения «что здесь, чёрт возьми, происходит».

Murata является зарегистрированной торговой маркой компании Murata Manufacturing Co., Ltd.

TDK является зарегистрированным знаком обслуживания и зарегистрированной торговой маркой корпорации TDK.

P.S. По просьбам трудящихся - сравнительное фото конденсаторов различных типоразмеров. Шаг сетки 5мм.