Диэлектрическая абсорбция
Явление диэлектрической абсорбции в конденсаторах обусловлено замедленными процессами поляризации диэлектрика и приводит к появлению напряжения на выводах конденсатора после его кратковременной разрядки. Рисунок 2 иллюстрирует этот эффект. Будучи заряженным до напряжения U в момент времени t0, конденсатор закорачивается через ключ в момент времени t1. В момент времени t2 конденсатор отсоединяется от схемы. Остаточное напряжение на нем медленно начинает расти, приближаясь к некоему постоянному значению. Количественное значение этого явления обычно характеризуется коэффициентом начального зарядового напряжения, которая снова возникает в конденсаторе после его разряда. Конденсатор заряжается более 1 минуты, после чего закорачивается на время от 1 до 10 секунд. После выдержки около 1 минуты или более измеряется напряжение на нем.
Рис. 2 – Остаточное напряжение характеризует диэлектрическую абсорбцию
На практике эффекты влияния диэлектрической абсорбции могут проявляться по-разному: интегратор полностью не сбрасывается до нуля, преобразователь напряжение-частота (генератор, управляемый напряжением) имеет нелинейную характеристику преобразования, схема выборки-хранения работает неточно.
Диэлектрическая абсорбция приводит к затягиванию фронтов сигнала в скоростных схемах, таких, как высокочастотные активные фильтры или усилители высокочастотных сигналов. Значение постоянной времени диэлектрической абсорбции для некоторых таких схем может достигать нескольких миллисекунд.
В схемах с быстрой перезарядкой конденсатора диэлектрическая абсорбция играет роль аналоговой памяти – конденсатор пытается сохранить напряжение предыдущего заряда.
Явление абсорбции должно учитываться для соблюдения электробезопасности при работе с высоковольтными конденсаторами.
Диэлектрическая абсорбция в основном является характеристикой материала диэлектрика. Значение коэффициента диэлектрической абсорбции может меняться от 0,002% для полистирольных конденсаторов, от 0,02% для фторопластовых конденсаторов и до 10% и более для алюминиевых электролитических конденсаторов.
Керамические и поликарбонатные конденсаторы общего назначения имеют коэффициент диэлектрической абсорбции около 0,2%, что означает для половины МЗР лишь 8 разрядов преобразования, серебряно-слюдяные, стеклянные и танталовые конденсаторы - от 1,0 до 5,0%.
В некоторых схемах можно скомпенсировать погрешности, связанные с диэлектрической абсорбцией. В интеграторе, например, выходной сигнал может быть заведен в обратную связь через компенсационную схему, которая эквивалентна диэлектрической абсорбции. Такая компенсация в схеме выборки-хранения может значительно улучшить (до 10 раз и более)/
Следующие два параметра определяют рабочий диапазон частот конденсаторов.
Полное сопротивление конденсатора (импеданс) Z- сопротивление конденсатора переменному синусоидальному току определенной частоты, обусловленное наличием у реального конденсатора на ряду с емкостным также активного и индуктивного сопротивлений. Последние зависят от свойств используемых материалов и конструктивного исполнения конденсатора. Представляя реальный конденсатор в виде последовательно соединенных собственной емкости С, индуктивности L и активного сопротивления R (рис.1) и учитывая сдвиг фаз между током и напряжением на емкости (ток опережает по фазе напряжение на π/2) и индуктивности (ток отстает по фазе от напряжения на π/2), полное сопротивление конденсатора на частоте f определяется как
Активное сопротивление R (этот параметр часто нормируют, называя его эквивалентным последовательным сопротивлениемконденсатора, ESR) зависит от удельного сопротивления диэлектрика, материала обкладок и выводов, формы и размеров конденсатора, частоты и температуры. Индуктивность L зависит в основном от формы и размеров конденсатора.
Резонансная частота конденсатора fрез (собственная частота конденсатора)– частота, при которой полное сопротивление конденсатора минимально и является чисто активным. Как видно из формулы для полного сопротивления Z, резонансная частота конденсатора
На частотах ниже fрез конденсатор ведет себя как емкостный элемент (с повышением f величина Z уменьшается), а на частотах выше fрез - как индуктивность (с повышением f величина Z возрастает). Как правило, конденсаторы используются в области частот ниже резонансной, где их индуктивность можно не учитывать.
Реактивная мощность конденсатора Рр.Этот параметриспользуется для характеристики высокочастотных высоковольтных конденсаторов. Полагая, что угол сдвига фаз между током и напряжением близок к 90°, т.е. полное сопротивление конденсатора имеет емкостный характер, величина реактивной мощности :
Рис. 1. Последовательная схема замещения конденсатора
Величина Рр служит для определения допустимых электрических режимов эксплуатации высокочастотных высоковольтных конденсаторов. Так, амплитуда переменного напряжения не должна превышать значения напряжения, рассчитанного исходя из допустимой реактивной мощности:
Энергия W, запасаемая конденсаторомпри приложении постоянного напряжения:
, [???]
Этот параметр используется для характеристики энергонакопительных конденсаторов.
Вопрос о применении конденсатора решается исходя из его электрических параметров и массогабаритных показателей. В этой связи для сравнения конденсаторов используют удельные характеристики, представляющие собой отношение основных параметров конденсатора к его объему V (или к массе).
Основными удельными параметрами низкочастотных конденсаторов являются удельная емкость
, [ 
]
и удельный заряд
, [ 
]
а высокочастотных высоковольтных конденсаторов – удельная реактивная мощность
, [Вт/см3]
Для характеристики энергоемких накопительных конденсаторов используется удельная энергия:
, [Дж/см3]
где Е - напряженность электрического поля в диэлектрике.