Конденсатори є неодмінним елементом будь-яких електронних схем, відпростих до самих складних. Важко собі уявити яку б то не булоелектронну схему, в якій не використовуються конденсатори. За два зполовиною століття свого існування вони досить значно змінили свійвигляд і сьогодні відповідають усім вимогам передової технології. Деякіконденсатори коштують не більше рубля, але їх виробництво у світовому масштабіобчислюється мільярдами доларів.
Принципи виготовлення конденсаторів стали відомі ще 250 років тому,коли в 1745 р. в Лейдені німецький фізик Евальд Юрген фон Клейст інідерландський фізик Пітер ван Мушенбрук створили перший конденсатор -
"лейденську банку" - у ній діелектриком були стінки скляної банки,звідки і виникла назва. Ці принципи не змінилися до цих пір, протевдосконалення технологій та застосування нових матеріалів дозволилизначно поліпшити конструкцію конденсаторів. Сумарний заряд, якийміг накопичуватися в лейденської банку ємністю 1 літр, тепер можна
"вмістити" в пристрій розміром не більше шпилькової головки. За останні
30 років розміри конденсаторів зменшувалися настільки ж швидко, наскільки швидковідбувалася мініатюризація в електроніці. Адже легко можна згадати якще 15 - 20 років тому комп'ютери (ЕОМ) були настільки величезними, щозаймали цілі зали. Зараз же, мініатюрний комп'ютер з легкість уміщаєтьсяу нас на долоні, хоча його продуктивність в десятки разів вище.
Мало кому відомо, що наш великий електротехнік Павло Миколайович
Яблочков, який винайшов дугову лампу особливої конструкції, одночаснозаймався розробкою та використанням конденсаторів і досяг видатнихрезультатів. Основні роботи з конденсаторам відображені в його публікаціях
(доповідях і патентах) 1877 - 1880 рр.. Так, у французькому патенті № 120684,виданому П.М. Яблочкова 11 жовтня 1877, мова йде про лейденський банки і
«Конденсаторах особливих типів». Для прикладу на рис.1 представлена батареялейденський пляшок з провідної рідиною. З пляшок виступають стрижневівисновки, з'єднані між собою. Від судини відходить інший загальний висновок.

У цьому патенті для нас найбільший інтерес представляють «конденсаториособливих типів »у вигляді стопки (блоку) металевих пластин (або смужокфольги) з розташованими між ними ізоляційними шарами (пластинами), прице парні металеві пластини (смужки фольги) з'єднані між собоюзагальним провідником, а непарні іншим (рис. 2). П. Н. Яблочков вказує, щотакі блоки можна з'єднувати один з одним паралельно або послідовно.
Блочна (пакетна) конструкція, запропонована ним, згодом знайшла широкезастосування.

В кінці 1877 і на початку 1878г. П. Н. Яблочков демонструвавконденсатори, що призначалися для його системи електричного освітлення.
Вони були згорнуті у рулон листи олов'яної фольги,розділені шарами пластиру і гутаперча. У рефераті доповіді П. Н. Яблочковазазначалося, що такі конденсатори «дозволяють одержувати в невеликому обсязівеличезні електричні потужності ».
У доповненні від 12 жовтня 1878 цитованого вище патенту № 120684
Павло Миколайович Яблочков заявляє свої права на «металеві листки,вкриті ізолюючим речовиною, спеціально з метою пристрої конденсатораза допомогою занурення таких ізолюючих пластин в рідина, що містиласяв резервуарі ».
Можна припустити, що П.М. Яблочков слідом за А. Вольт, який винайшовлакопленочний конденсатор, покривал пластинки або фольгу лаком.
Запропонована Яблочкова конденсаторна обкладка у вигляді провідної рідинипідвищує електричну міцність і ємність конденсатора, звертаючи на користьнерівність покриття. Цією ідеєю П. Н. Яблочков передбачив конструкціюоксидного (електролітичного) конденсатора, запатентованого незабаром післяйого смерті.
Нагадаємо, що в оксидної конденсаторі діелектриком служить оксидний шар,утворюється при електролізі на поверхні металу, що є однієюобкладкою, при цьому інше обкладкою служить електроліт, необхідний дляіснування оксидного шару. Товщина оксидного шару при невеликихнапругах менше мікрометра, завдяки чому у оксидних конденсаторіврекордні питомі і абсолютні ємності.
Роботи П. Н. Яблочкова по конденсаторам відносяться до того періоду часу,коли тільки починалося їх промислове застосування в телеграфії. Яблочководним з перших включив конденсатор в ланцюг змінного (з російськоїтермінології того часу - перемежованого) струму. Вивчення роботиконденсатора на змінному струмі мало найважливіше значення для становлення ірозвитку електротехніки, а надалі і радіотехніки.
Зараз існує безліч видів і різновидів конденсаторів. Але воснові своїй вони всі повторюють найпростіший конденсатор, який утворюють дваметалеві пластини, ізольовані одна від одної (мал. 3).

Найчастіше пластини називають обкладинками, а ізолюючий шар --діелектриком.
Мініатюризація - основний напрямок в удосконаленні конструкціїконденсаторів, оскільки від цього залежить подальше зменшення розмірівінтегральних схем. Існують дві найбільш поширені конструкціїконденсаторів: одна заснована на використанні тендітних керамічних шарівтовщиною 0,002 см і менше, а в основі другого лежить технологія, що дозволяє
"згортати" плоскі структури площею з газетний лист в об'ємніконструкції розміром з шматок цукру. Щоб зрозуміти теоретичні основи цихтехнологій, повернімося до самих перших конденсаторів.
Прообразом сучасних конденсаторів, як уже було сказано, булалейденська банку. У 1746 р. її удосконалив англійський вчений, астрономі фізик Дж. Бевіс. Лейденська банку являє собою скляну посудину,внутрішня і зовнішня поверхня якого покриті двома аркушами фольги.
Через гумову пробку в судину вставлений металевий стрижень так, що вінстосується внутрішнього листа фольги. Внутрішній і зовнішній листи фольги, взвичайних умовах мають нейтральний заряд, відіграють роль електродів, якщо їхпідключити до зовнішнього джерела електричних зарядів.
Джерелом зарядів може бути електрична батарейка, генератор абопроста ебонітових паличка, затерта про шерсть або хутро. Якщо такий паличкою,що несе в собі вільні електрони, торкнутися металевого стержня вгорлечку судини, електрони перетечуть з палички на внутрішній електрод.
Таким чином негативний заряд буде перенесено на внутрішній електрод.
Оскільки здатність накопичувати заряди у судини обмежена їх взаємнимвідштовхуванням, їх перехід на електрод не може бути нескінченним.
Здатність накопичувати або утримувати заряди називається ємністю.
У лейденської банку ємність збільшується завдяки наявності другогоелектрода на зовнішній стінці судини. Якщо цей електрод заземлити, то заряд,накопичений на внутрішньому електроді, буде притягувати із землі такий же завеличиною заряд протилежного знаку. Накопичений на зовнішньому електродіпозитивний заряд притягує що знаходяться на внутрішньому електродінегативно заряджені електрони, частково нейтралізує сили відштовхування,стримуючі накопичення електронів. Завдяки цьому місткість посудинизбільшується. Однак рости нескінченно вона не може.
Є два шляхи збільшення ємності лейденської банки. Один з нихполягає у збільшенні площі електродів, щоб дати можливість зарядамрозосередитися в більшому просторі і тим самим зменшити силувзаємного відштовхування електронів. Інший шлях - зменшити товщинускляної стінки судини, що розділяє заряди, які скупчуються на внутрішньомуі зовнішньому електродах. Не треба забувати при цьому, що якщо скло будедуже тонким, електрони зможуть пройти крізь нього, створюючи іскровийрозряд, що призведе до розсіювання заряду.
Обидва шляхи в лейденської банку важко реалізувати, але вони входять до числа трьохкласичних способів, до яких вдаються сучасні вчені та інженерипри розробці нових конструкцій конденсаторів. Третій напрямзбільшення ємності - врахування особливостей поведінки електронів в ізоляторах.
Хоча електрони в ізоляційному матеріалі нерухомі, вони все ж таки можуть злегказміщуватися під дією сил притягання або відштовхування, що діють збоку електродів. На одній стороні розділяє електроди діелектрикаелектрони як би "спучуються" під його поверхнею, створюючинегативний заряд, на іншій його стороні вони "потопають" у товщудіелектрика, збільшуючи в підповерхневої зоні значення позитивногозаряду.
Таким чином, створені в діелектрику заряди сприяють нейтралізаціїзарядів на обкладках, а деякі діелектрики можуть нести заряди, якіза величиною не поступаються зарядам на самих електродах. Нейтралізація зарядівзменшує дію сил відштовхування і створює умови для накопичення наелектродах більшого заряду, що веде до збільшення ємності. Ступіньпрояви цього феномену залежить від властивостей діелектрика і називаєтьсядіелектричної проникністю матеріалу. Діелектрична проникністьвказує, у скільки разів збільшується ємність конденсатора, коли замістьвакууму простір між його електродами (обкладками) заповнюється данимиматеріалом. Скло, що використовується в лейденської банку, має значеннядіелектричної проникності близько 5, а діелектрична проникністьнових матеріалів, що використовуються в сучасних конденсаторах масовоговиробництва, досягає 20 000.
Застосуванням цих матеріалів як раз і пояснюється висока ефективністьроботи багатошарових керамічних конденсаторів, що є одним з двохнайбільш поширених видів цього пристрою. Інший тип --електролітичні конденсатори; їх питома ємність (на одиницю об'єму) щевище, навіть без використання діелектриків з високою діелектричноїпроникністю. Обсяг виробництва тих і інших становить 95% загальногокількості надходять у продаж конденсаторів.
Багатошаровий керамічний конденсатор - зменшений варіант лейденськоїбанки. На практиці в якості діелектрика в керамічних конденсаторахвикористовується титанат барію з додаванням невеликої кількості іншихоксидів. Такі кераміки, що мають діелектричну проникність в межахвід 2000 до 6000, в початковому стані являють собою тонкодисперснийпорошок, частки якого мають діаметр кілька мікрон. Порошок змішуютьз розчинником, що містить речовину, що пов'язує, яке потім з'єднаєрівномірно розосереджені в розчині частинки кераміки. Отримана суміш увигляді рідкої глини має таку ж консистенцію, як і фарба. Сумішрозливають шаром завтовшки кілька сотих часток міліметра на паперову абосталеву стрічку і висушують. Плівка ріжеться на квадратні пластини розміром
15-20 см; на кожну таку пластину методом друкованого монтажу наноситьсякілька тисяч обкладок через спеціальний трафарет, що задає їхконфігурацію. Для нанесення обкладок використовується срібно-паладієвихсуспензія.
Після того як обкладки нанесені, беруть 30-60 пластин і спресовують їхміж кількома шарами таких же пластин, на які обкладки НЕнаносилися. Отримані заготовки конденсаторів обпікаються в печі зповільним нагріванням до 1000-1400 ° С.
електролітичні конденсатори можна уподібнити лейденської банці з дужетонкого скла, зменшеною до розмірів невеликого куба. Він виготовляєтьсяз шматка металу з 60%-ної пористістю. Для більшості сучаснихелектролітичних конденсаторів використовують подрібнений тантал - твердийметал сірого кольору. Порошок танталу спресовується і потім протягомдекількох годин отриману заготовку нагрівають у вакуумній камері дотемператури, близької до 2000 ° С. У результаті частки металу спікається,щільно зчепл одна з одною. Що утворюються при цьому невеликі ніші і щілини втовщі спресованого порошку підвищують поверхневу площу заготовки,яка потім буде служити однією з обкладок конденсатора. Потім уелектролітичної ванні заготівлю піддають анодуванню, щоб наповерхнях пір отримати ізолюючий шар оксиду танталу. Потім заготовкузанурюють у розчин нітрату марганцю. У її порах після нагріву осаджуютьсячастки полупроводящего діоксиду марганцю, шар яких грає роль однієїобкладання, а танталові частинки під шаром оксиду танталу - інший обкладання.
Конденсатор спочатку покривають графітової, потім срібною фарбою,напилюють шар нікелю і закладають в корпус.
Незважаючи на те що електролітичні конденсатори мають найбільшупитому ємність у порівнянні з іншими типами конденсаторів, область їхзастосування обмежена. По-перше, це пояснюється тим, що підводиться донього напруга повинна мати певну полярність, яку не можназмінювати. Ця особливість допускає використання електролітичнихконденсаторів тільки в колах постійного струму. По-друге, електролітичніконденсатори більш схильні до пробою, оскільки шари діелектрика в ньомудуже тонкі.

Список використаної літератури

1. Довідник з електротехнічним матеріалами. Том 3. Л. «Енергія», 1988.
2. Добринін А.В., Казаков Н.П., Найда Г.А., Подденежний Е.Н. та ін Нітридалюмінію в електронній техніці. Ж. «Зарубіжна електронна техніка», № 4
1989.
3. Носов О.Н. Оптоелектроніка. М. «Вища школа». 1976.
4. Журнал «Радіо» № 4 1991 року.
5. Тихонов С.Н. «Електротехніка для початківців» М. «Військове видавництвоміністерства оборони СРСР »1969р.
6. Довідник «Конденсатори» М. «Радио и связь» 1987.
7. Терещук Р.М., Терещук К.М., Седов С.А. «Напівпровідникові приймально -підсилювальні пристрої, довідник радіоаматора ». Видання 4-естереотипне. Київ. «Наукова думка» 1988.
8. В. А. Ацюковскій - «Ємнісні датчики переміщення»
9. Журнал "Радіо", номер 12, 1978 р.
10. Виноградов Ю.В. "Основи електронної та напівпровідникової техніки". Изд.
2-е, доп. М., "Енергія", 1972 р. - 536 с.