Конденсатор не судьбы

Мало кто знает, но еще в далеких 70-х сумасшедшие советские ученые были всего на пол шага от создания абсолютно-идеального серийно-выпускаемого конденсатора для установки в приборы и на печатные платы. А именно, была выпущена в массовое производство серия конденсаторов К72П-6. Я как и любой дрочер на “старое советское гавно” был наслышан про эту замечательную серию конденсаторов. Мне понадобилось около полугода, чтобы найти немного этих изделий.

Данные конденсаторы сегодня относятся к категории исчезающих, сегодня достать их уже стало не легко, но я смог!

Это аксиальные конденсаторы в металлическом корпусе с посеребренными выводами, производимые Новосибирским заводом конденсаторов.

Ножки этих конденсаторов залиты в эпоксидный компаунд, а торец для повышения герметичности, чаще всего пропаян и покрашен, хотя возможно в зависимости от модели конденсатора могут быть и другие способы фиксации.

Номиналы этих конденсаторов варьируются в приделах от сотен пФ до 1 мкФ, на напряжение от 200В до 1600В. Допуск по емкости у них весьма посредственный ±5% или ±10%.

Их отличительная особенность диэлектрик, это Тефлон, так-же известный как Фторопласт-4. Тефлон вообще имеет весьма уникальные диэлектрические характеристики, но в К72П-6 он просто жжот! Однако есть и значительный минус, соотношение “емкость/напряжение/габарит” у них фатальное, это не конденсаторы, а настоящие ручные гранаты, даже при невысокой емкости.

Но этот нюанс с лихвой уравновешивается их уникальными характеристиками:

  • Ультра-низкий фактор потерь(DF).
  • Ультра-низкая диэлектрическая абсорбция(DA).
  • Ультра-низкая утечка по диэлектрику.

Я решил проверить эти утверждения, и начал с теста утечки по диэлектрику(ну я же ампнутс! crazy). Для этого я воспользовался моим любимым электрометром Keysight B2985A. И подключил конденсатор электрометрически. Не опытный читатель сейчас наверняка думает, как это… электрометрически подключать конденсатор??? поясняю, надо предусмотреть несколько важных сугубо электрометрических аспектов:

  • Так как пленочный конденсатор это намотка из слоев фольги, надо определить внутреннюю(тру электрометрическую) обкладку конденсатора. Поскольку только внутренняя обкладка имеет минимальный контакт(в том числе и емкостной) с корпусом конденсатора и лишена электрохимических/трибоэлектрических эффектов которые могут возникнуть между корпусом и бобиной намотки. Это можно определить не вскрывая конденсатор только измерением емкости между обкладками и корпусом.  Для этого плюс LCR-метра подключается к исследуемой обкладке, Guard подключается к противоположной обкладке для нивелирования емкостной связи через диэлектрик, а минус на корпус. Та обкладка которая покажет наименьшую емкость к корпусу, является внутренней.
  • Подключение конденсатора к электрометру должно строго выдерживаться с учетом правил: 1-внутренняя обкладка подключается на вход электрометра и подвешена в воздухе; 2-к корпусу конденсатора подключается Guard-электрометра; 3-тестовый потенциал подается на внешнюю обкладку. Эта схема позволяет нивелировать утечки и в том числе, что более значимо – она устраняет паразитный ток от ножки тестового потенциала на вход электрометра через эпоксидные изоляторы и корпус по пути “источник тестового напряжения->ножка конденсатора-эпоксидный диэлектрик-> корпус конденсатора->ножка конденсатора->электрометр”. Поскольку это включение подтягивает корпус конденсатора через Guard к потенциалу входа электрометра, а т.к. между входом электрометра и корпусом конденсатора потенциал равен нулю, ток с него через эпоксидный изолятор на электрометр не течет.
  • Поскольку конденсатор фактически замыкает вход электрометра на источник испытательного напряжения, все шумы с него поступают прямо на высоко-чувствительный вход электрометра без какого-либо гашения на паразитных RC цепях. Так-же из за особенностей входных каскадов электрометров, к ним нельзя подключать низкоомные источники, шум может возрастать, в плоть до полной перегрузки электрометрического ОУ. По этому нужно включать последовательно компенсирующий резистор, номинал которого подбирается по соотношению “измеряемый ток/шумы/постоянная времени RC цепи”. Очень маленькие сопротивления дадут высокие шумы на малых токах, а очень большие сопротивления дадут огромную времянку RC-цепи и наш исследуемый конденсатор будет заряжаться исключительно долго. Так-же большие сопротивления добавят ошибку через утечку тестового напряжения на корпус конденсатора. Короче-говоря тут нужен баланс!!!

На фото представлен К72П-6 47нФ ±10% 1000В в электрометрическом включении, с тестовым напряжением 1000В поданным через компенсационный резистор Ohmitte Mini-MOX 1G, и все это в электрометрической камере с датчиком температуры и влажности.

Короче говоря: по феншую! crazy

Тест утечки диэлектрика:

DUT: К72П-6 47nF ±10% 1000V.
Тестовое напряжение: 1000V.
Последовательное сопротивление: 1G.
Температура: 23.29°C.
Влажность: 55.67%RH.

Результат:

  • 7 пА через 1000 секунд.
  • 3,5 пА через 2000 секунд.

Я быстрый стрелок, мне хватило данных по этим двум точкам, а вот товарищ BSW_M решил потестить свои кондеры по утечке с этой позиции времени аж до 9 часов, у него данные получились сопоставимы с моими: на паре тысяч секунд ток составил 5пА и потом за 9 часов сполз до неведомых доселе ни одному пленочному конденсатору 500фА.

(данные на картинке любезно предоставлены ув.тов. bsw_m)

И тут мы в первый раз понимаем почему статья названа именно так crazy Хотим увидеть утечку… а не судьба, нули!!! laugh

После этого я перешел к измерению фактора потерь(DF), вооружился своим самым лучшим LCR-метром Keysight U1733C, обмерил 40 конденсаторов:

Оказалось что мой лучший LCR просто не способен измерить настолько малый DF и на каждом конденсаторе показал “0.000” dash

Тогда я попросил тов. BSW_M зарядить его лучший LCR Tesla BM595 на обмер К72П-6.

(картинка любезно предоставлены ув.тов. bsw_m)

И снова нули, только их куда больше…. И мы уже во второй раз понимаем почему статья названа именно так crazy Хотим увидеть потери… а не судьба, нули!!! laugh

Тогда я решил расчехлить самую мощную измерительную артиллерию! diablo

А именно ГОСТ 28885-90, который описывает метод измерения диэлектрической абсорбции, вкратце:

  1. Выдерживаем конденсатор с замкнутыми вывадами 4 часа.
  2. Заряжаем конденсатор до 200В и выдерживаем его на этом напряжении 5 минут.
  3. Разряжаем конденсатор и выдерживаем его в режиме разряда 5 секунд.
  4. Отключаем конденсатор и ждем 3 минуты.
  5. Подключаем конденсатор к вольтметру и измеряем остаточное напряжение.
  6. Вычисляем показатель DA по формуле “(Uост/Uзар)*100” и тем самым получаем значение DA в процентах.

Для его реализации я смахнул пыли с книжечки Keithley Model 2450 SourceMeter® Instrument Reference Manual и написал на языке программирования кейтликов TSP скрипт для моего SMU 2450 реализующий ГОСТ’овский алгоритм. Его можно скачать по ссылке.

Испытуемый конденсатор подключается к задним триаксиалам прибора, и через 4 с небольшим часа после запуска, я узнал, что DA у К72П-6 47нФ ±10% 1000В составляет всего 0.0023%.  И вот мы уже в третий раз понимаем почему статья названа именно так crazy Хотим увидеть диэлектрическую абсорбцию… а не судьба, нули!!! laugh

Чтобы проверить что программа и метод измерения работает, я взял лучшие из имеющихся у меня зарубежных пленочных конденсаторов WIMA MKP4, на них в ДШ заявлена придельная абсорбция 0.05%, замер показал

Что соответствует и ДШ и моим ожиданиям, и он значительно хуже, в десятки раз чем К72П-6. Значит все работает!

Внутреннее строение конденсатора:

Внутри мы видим боковые креженые чашки и бобинку фторопластового конденсатора.

Что примечательно, корпус изнутри чем-то покрыт или измазан, не ясно. По этому, выше по тексту я ставил акцент на трибоэлектрику и электрохимию.

Сама бобинка дополнительно обмотана еще одним слоем фторопласта.

А фольга внутренней и внешней обкладок смещены в противоположных направлениях, чтобы с лева бобинки выходила только одна обкладка, а с права только другая.

Несмотря на то что это конденсатор 22нФ 200В, фольги там прилично много!

Как показывает патологоанатомическое исследование обкладки соеденяются с отводами посеребренной проволокой.

Пайкой.

Под дополнительным изолятором кроется эпоксидный изолятор из специального компаунда.

 

Чтобы немного разбавить этот дикий хардкор К72П-6, я вам покажу сейчас еще одни очень любопытные конденсаторы. Это наши Тульские К71-7, производства Северо-Задонского конденсаторного завода.

Они мне достались производства 91-92 годов.

Эти конденсаторы много кому известны, потому-что в нашей измерительной технике они часто встречаются. Но не каждый знает, что эти полистирольные конденсаторы не имеют за рубежом ни одного современного аналога и относятся к классу высокостабильных, а по классификации Vishay Precision Group (Vishay Roederstein) лидера дрочер-индустрии(aka nuts) они относятся и к классу высокоточных! Поскольку эти с первого взгляда невзрачные конденсаторы, и в том числе имеют и уникальный в своем роде допуск ±0.5%.

Так-же интересно то, что их показатели DA и DF очень низкие, превосходящие нашумевшую WIMA MKP4.

Приведу замеры.

Тест на LCR:

Они несмотря на солидный возраст 30 лет, все еще в допуске. Их DF не определяется достоверно, но тут опять мне на помощь пришел BSW_M со своей Теслой.

(картинка любезно предоставлены ув.тов. bsw_m)

На этот раз, мне повезло, он смог определить DF на этих конденсаторах при схожим с моим номиналом.

Тест утечки диэлектрика:

DUT: К71-7 500nF ±0.5% 250V.
Тестовое напряжение: 250V.
Последовательное сопротивление: 100M.
Температура: 22.97°C.
Влажность: 60.04%RH.

Результат: 120 пА через 1000 секунд.

Это тоже уже хоть и очень-очень маленький ток, но уже вполне ощутимый.

Тест диэлектрической абсорбции К71-7 500nF ±0.5% 250V показал DA=0.0265%, что схоже с WIMA MKP4 470nF 100V, у которой DA=0.0282%.

Резюме:

Вот мы с вами в очередной раз выяснили, что в СССР были довольно интересные технологии, заслуживающие пристального внимания. Даже в области пленочных конденсаторов есть чем поживится!!!

Конденсатор не судьбы: 6 комментариев

    1. Ну я где-то про них уже писал…
      Вообщем резисторы очень очень посредственные….
      Но учитывая их цену, они отлично подходят для всяких эксперементов.

  1. Ссылка “Северо-Задонского конденсаторного завода” удалена, это мошенники!
    Северо-Задонский конденсаторный завод не имеет официального сайта!

Добавить комментарий