Parametry kondensatorów elektrolitycznych. Rodzaje kondensatorów

Główna cecha kondensatory elektrolityczne z pewnością polega na tym, że mają dużą pojemność i raczej małe wymiary w porównaniu do innych.

Szeroko stosowane kondensatory aluminiowe mają trochę specyficzne właściwości co należy wziąć pod uwagę przy ich stosowaniu.

W związku z tym, że aluminiowe płytki kondensatorów elektrolitycznych są skręcone w celu umieszczenia ich w cylindrycznej obudowie, powstaje indukcyjność. Indukcyjność ta jest w wielu przypadkach niepożądana. Również aluminium kondensatory elektrolityczne posiadają tzw. równoważną rezystancję szeregową (ESR lub w języku obcym ESR). Im niższy współczynnik ESR kondensatora, tym jest on lepszy i tym bardziej nadaje się do pracy w obwodach, w których wymagane jest filtrowanie tętnień o wysokiej częstotliwości. Przykładem może być osoba prywatna blok pulsu zasilacz do komputera lub zasilacz do laptopa.

Kondensatory elektrolityczne służą głównie do wygładzania tętnień prądu w obwodach prostownika AC. Ponadto są aktywnie wykorzystywane w technologii reprodukcji dźwięku do oddzielania prądu pulsującego (prąd częstotliwości audio + składowa stała) na składową stałą i zmienną prądu częstotliwości audio, która jest doprowadzana do następnego stopnia wzmocnienia. Takie kondensatory nazywane są kondensatorami izolacyjnymi.

W praktyce naprawczej można spotkać się z awarią, gdy kondensator separujący „wysycha”, a zatem traci swoją pierwotną pojemność. Jednocześnie słabo oddziela prąd częstotliwości audio od pulsującego i nie przekazuje sygnału audio do kolejnego stopnia wzmocnienia. Amplituda sygnał dźwiękowy w odpowiednim stopniu wzmocnienia ulega znacznemu zmniejszeniu lub wprowadzane są znaczne zniekształcenia. Dlatego podczas naprawy wzmacniaczy i innego sprzętu odtwarzającego dźwięk warto dokładnie sprawdzić przydatność elektrolitycznych kondensatorów izolacyjnych.

Ze względu na to, że kondensatory elektrolityczne mają polaryzację, podczas pracy na ich płytkach musi być utrzymywane stałe napięcie. To jest ich wada. Dzięki temu można je stosować w obwodach z prądem pulsującym lub stałym.

Urządzenie aluminiowego kondensatora elektrolitycznego.

Aby dowiedzieć się, jak działają aluminiowe kondensatory elektrolityczne, wypatroszmy jeden z nich. Zdjęcie przedstawia zdemontowany okaz o pojemności 470 µF i napięcie znamionowe 400 V.

Wziąłem go ze sklepu z częstotliwościami przemysłowymi. Muszę przyznać, że bardzo dobry kondensator o niskim ESR.

Kondensator składa się z dwóch cienkich aluminiowych płytek, do których przymocowane są przewody. Papier umieszczany jest pomiędzy aluminiowymi płytkami. Służy jako dielektryk. Ale to nie wszystko. W tym przypadku efektem jest zwykły kondensator papierowy o małej pojemności.

W celu uzyskania większej pojemności i zmniejszenia rozmiaru gotowe urządzenie papier jest impregnowany elektrolitem. Na zdjęciach widać żółtawy elektrolit na dnie aluminiowego szkła.

Następnie pomiędzy płytami aluminiowymi umieszcza się papier impregnowany elektrolitem. W wyniku procesów elektrochemicznych folia aluminiowa ulega utlenieniu pod działaniem elektrolitu. Na powierzchni folii tworzy się cienka warstwa tlenku - tlenku glinu (Al 2 O 3). Z wyglądu łatwo można określić stronę podszewki cienką warstwą tlenku - jest ona ciemniejsza.

Tlenek glinu jest doskonałym dielektrykiem i ma właściwość przewodnictwa jednokierunkowego. Dlatego kondensatory elektrolityczne są polarne i mogą pracować tylko w obwodach z prądem pulsującym lub stałym.

Co się stanie, jeśli do kondensatora elektrolitycznego zostanie przyłożone napięcie o odwrotnej polaryzacji?

Jeśli tak się stanie, rozpocznie się gwałtowna elektroliza. reakcja chemiczna, któremu towarzyszy silne ogrzewanie. Elektrolit natychmiast się gotuje, a kondensator „brzęczy”. Dlatego instalując taki kondensator w obwodzie, należy ściśle przestrzegać polaryzacji jego połączenia.

Oprócz tlenku glinu (Al 2 O 3), dzięki któremu można produkować kondensatory o dużej pojemności elektrycznej, stosuje się inne triki mające na celu zwiększenie pojemności i zmniejszenie wymiarów gotowy produkt. Wiadomo, że pojemność zależy nie tylko od grubości warstwy dielektrycznej, ale także od powierzchni płytek. Aby go zwiększyć, stosuje się metodę trawienia, podobną do tej, którą stosują w swojej praktyce radioamatorzy płytki drukowane. Na powierzchni aluminiowej okładziny wyryte są rowki. Wymiary tych rowków są małe i jest ich dużo. Z tego powodu zwiększa się obszar aktywny poszycia, a co za tym idzie, pojemność.

Jeśli przyjrzysz się uważnie, zobaczysz ledwo zauważalne paski na aluminiowej okładzinie, niczym ścieżki na płycie gramofonowej. To są te same rowki.

W niepolarnych kondensatorach elektrolitycznych obie płyty aluminiowe są utlenione. W rezultacie kondensator staje się niepolarny. Takie kondensatory są używane dość rzadko.

Cechy zastosowania kondensatorów elektrolitycznych.

Łatwo zauważyć, że większość promieniowych kondensatorów elektrolitycznych ma wycięcie ochronne na górze cylindrycznego korpusu - zawór.

Faktem jest, że jeśli do elektrolitu zostanie przyłożone napięcie przemienne, kondensator staje się bardzo gorący, a ciekły elektrolit zaczyna parować, wywierając nacisk na ścianki obudowy. Z tego powodu może „wyskoczyć”. Dlatego na obudowie umieszczony jest zawór ochronny, który pod wpływem nadciśnienia otwiera się i zapobiega „eksplozji” kondensatora, uwalniając wrzący elektrolit na zewnątrz.

„Wybuchł” kondensator elektrolityczny

Stąd pochodzi zasada, którą należy wziąć pod uwagę przy własny projekt naprawa sprzętu elektronicznego i radiowego. Podczas diagnozowania awarii i pierwszego uruchomienia urządzenia w budowie lub naprawie należy zachować odpowiednią odległość od kondensatorów elektrolitycznych. Jeżeli podczas montażu w obwodzie popełniono błąd, który doprowadził do przeszacowania maksymalnego napięcia roboczego kondensatora lub wystawienia kondensatora na działanie prądu przemiennego, kondensator nagrzeje się i „wyskoczy”. Jednocześnie zadziała zawór bezpieczeństwa i elektrolit wypłynie pod ciśnieniem. Nie wolno dopuścić do kontaktu elektrolitu ze skórą, a tym bardziej z oczami!

Awaria kondensatora elektrolitycznego nie jest rzadkością. Przez wygląd możesz natychmiast ustalić, czy kondensator jest uszkodzony. Oto tylko kilka przykładów. Wszystkie te kondensatory ucierpiały z powodu przekroczenia dopuszczalnego napięcia.

Wzmacniacz samochodowy. Jak widać, „wbił się” w nie cały pokład elektrolitów filtr wejściowy. Podobno do wzmacniacza doprowadzono napięcie 24V zamiast wymaganych 12.

Dalej - ofiara „ataku sieciowego”. Napięcie w sieci elektrycznej 220 V gwałtownie wzrosło na skutek oblodzenia wejść. W rezultacie zasilacz laptopa jest całkowicie niesprawny. Kondik właśnie wypuścił parę. Wycięcie na korpusie zostało otwarte.

Mała dygresja.

Pamiętam, że za czasów studenckich było to popularne zajęcie. Pobrano kondensator elektrolityczny, przylutowano przewody do jego zacisków i w tej formie kondensator na krótko podłączono do gniazdka elektrycznego o napięciu 220 woltów. Ładował się, gromadząc ładunek. Co więcej, dla „zabawy” wnioski konduktora zostały poruszone rękami niczego niepodejrzewającej osoby. On oczywiście niczego nie podejrzewa i jest lekko wzdrygnięty porażenie prądem. Więc, robienie tego jest niezwykle niebezpieczne!

Jak pamiętam, przed rozpoczęciem ćwiczeń starszy mistrz surowo zabraniał tej zabawy, argumentując, że zdarzył się przypadek, gdy chłopiec poważnie uszkodził rękę, gdy postanowił „naładować” kondensator elektrolityczny z gniazdka 220 V. Kondensator , niezdolny do wytrzymania zastosowanego Napięcie prądu przemiennego, eksplodował w jego dłoni!

Kondensator elektrolityczny wytrzymuje kilka „eksperymentalnych” prób ładowania z sieci, ale w każdej chwili może pęknąć. Wszystko zależy zarówno od konstrukcji kondensatora, jak i przyłożonego napięcia. Ta informacja ma jedynie na celu przestrzec przed skrajnym niebezpieczeństwem takich eksperymentów, które mogą zakończyć się smutno.

Podczas naprawy sprzętu radiowego nie zapominaj, że po wyłączeniu urządzenia przez pewien czas pozostają kondensatory elektrolityczne ładunek elektryczny. Przed przystąpieniem do pracy należy je rozładować. Warto to szczególnie wziąć pod uwagę przy naprawie wszelkiego rodzaju zasilaczy impulsowych i prostowników, w których kondensatory elektrolityczne mają znaczną pojemność i napięcie robocze sięgające 100 - 400 woltów.

Jeśli przypadkowo dotkniesz jego zacisków, możesz doznać nieprzyjemnego porażenia prądem. Czasami po takich przypadkach można zauważyć lekkie oparzenie. skóra w miejscu styku elektrod. O tym, jak rozładować kondensator przed przystąpieniem do prac lub pomiarów, pisaliśmy już w artykule Jak sprawdzić kondensator.

Wydajne kondensatory elektrolityczne o pojemności 10 000 µF. w zasilaczu wzmacniacza Marantz

Stosując kondensatory elektrolityczne warto pamiętać, że napięcie robocze na nich musi odpowiadać 80% znamionowego napięcia roboczego. Tę zasadę warto rozważyć, jeśli chcesz mieć pewność długiego i długiego czasu stabilna praca kondensator. Tak więc, jeśli w obwodzie do kondensatora zostanie przyłożone napięcie 50 woltów, wówczas należy wybrać kondensator elektrolityczny na napięcie robocze 63 woltów lub więcej. Jeśli zainstalujesz kondensator o niższym napięciu roboczym, wkrótce ulegnie on awarii.

Jak każdy inny element radiowy, kondensator elektrolityczny ma akceptowalny zakres temperatura robocza. Zwykle jest to wskazane na ciele górny próg, na przykład +85 lub +105.

Dla różne modele W przypadku kondensatorów zakres temperatur roboczych może wynosić od -60 do +85 0 C. Lub od -25 do +105 0 C. Dokładniej, dopuszczalny zakres temperatur dla konkretnego produktu można znaleźć w jego dokumentacji.

Ponieważ kondensatory elektrolityczne zawierają ciekły elektrolit, z czasem wysycha. W takim przypadku pojemność kondensatora zostaje utracona. Dlatego nie zaleca się umieszczania ich w pobliżu bardzo gorących elementów, np. grzejników lub w słabo wentylowanych obudowach.

Warto zaznaczyć, że kondensatory elektrolityczne są piętą achillesową każdej elektroniki. Z własnego doświadczenia powiem, że to jedna z najbardziej zawodnych, kiepskiej jakości i zarazem drogich części. Jakość w dużej mierze zależy od producenta. Ale to już inna rozmowa.

Kondensator elektrolityczny to kondensator, w którym dielektryk jest warstwą tlenku metalu na anodzie, a katoda jest elektrolitem. Rezultatem jest bardzo duża pojemność przy stosunkowo wysokim napięciu roboczym. Co decyduje o dużej popularności tego typu produktów.

Historia powstania kondensatorów elektrolitycznych

Efekt elektrochemicznego utleniania niektórych metali odkrył francuski naukowiec Eugène Adrien Ducretet w 1875 roku na przykładzie tantalu, niobu, cynku, manganu, tytanu, kadmu, antymonu, bizmutu, aluminium i niektórych innych materiałów. Konkluzja była taka, że ​​po włączeniu jako anoda (biegun dodatni źródła zasilania) na powierzchni rosła warstwa tlenku o właściwościach zaworowych. W rzeczywistości powstaje rodzaj diody Schottky'ego, a w niektórych badaniach przewodnictwo typu n przypisuje się tlenkowi glinu.

Oznacza to, że punkt styku ma właściwości prostujące. Teraz możemy z łatwością założyć dalej, jeśli przypomnimy sobie właściwości bariery Schottky'ego. Jest to przede wszystkim niski spadek napięcia przy włączeniu w kierunku do przodu. Ale co oznacza niski? W odniesieniu do kondensatorów będzie to wartość znacząca. Jeśli chodzi o ponowne włączenie kondensatorów elektrolitycznych, wielu słyszało o niebezpieczeństwach związanych z takimi eksperymentami. Faktem jest, że bariera Schottky'ego ma wysokie prądy upływowe, dzięki czemu warstwa tlenku zaczyna natychmiast ulegać degradacji. Ale w tym przypadku znaczącą rolę przypisuje się również awarii tunelu. Trwającej reakcji chemicznej towarzyszy uwalnianie gazów, w wyniku czego następuje negatywny efekt. Teoretycy twierdzą, że zjawisko to prowadzi również do wydzielania ciepła.

Za rok wynalezienia kondensatora elektrolitycznego uznaje się rok 1896, kiedy to 14 stycznia Karol Pollak złożył wniosek do urzędu patentowego we Frankfurcie. Zatem warstwa tlenku rośnie na anodzie kondensatora elektrolitycznego pod wpływem dodatniego potencjału. Proces ten nazywa się formowaniem i pod pewnymi warunkami nowoczesny rozwój technika utrzymuje się godzinami, a nawet dniami. Z tego samego powodu podczas pracy wzrost lub degradacja warstwy tlenku jest niewidoczny. Kondensatory elektrolityczne są stosowane w obwody elektryczne o częstotliwości do 30 kHz, co oznacza, że ​​czas zmiany kierunku prądu wynosi kilkadziesiąt mikrosekund. W tym okresie nic nie stanie się z warstwą tlenku.

Przez pewien czas w praktyce krajowej produkcja przemysłowa kondensatorów elektrolitycznych nie była opłacalna ekonomicznie. Do tego stopnia, że ​​czasopisma naukowe omawiały dokładnie, w jaki sposób można skonfigurować proces produkcyjny. Do podobnych notatek należy artykuł Mitkiewicza (Dziennik Rosyjskiego Towarzystwa Fizyczno-Chemicznego, Fizyka nr 34, 1902). Kondensator elektrolityczny, o którym mowa, składał się z płaskiej aluminiowej anody i dwóch żelaznych katod umieszczonych po bokach. Strukturę umieszczono w 6-8% roztworze soda oczyszczona. Formowanie przeprowadzono przy stałym napięciu (patrz poniżej w tekście) 100 V do prądu różnicowego 100 mA.

Pierwsze poważne krajowe opracowania kondensatorów z ciekłym elektrolitem sięgają 1931 roku i zostały stworzone przez laboratorium P. A. Ostroumowa.

Zdolność metali zaworowych z warstwą tlenku do prostowania prądu nie jest taka sama. Te cechy są najwyraźniej wyrażone w tantalu. Najwyraźniej ze względu na fakt, że pięciotlenek tantalu ma przewodnictwo typu p. W rezultacie zmiana polaryzacji prowadzi do powstania diody Schottky'ego podłączonej w kierunku do przodu. Dzięki specjalnemu doborowi elektrolitu możliwa jest odbudowa degradującej warstwy roboczej dielektryka. Zaraz w trakcie pracy. Na tym zakończymy historyczną wycieczkę.

Produkcja kondensatorów elektrolitycznych

Metale, których tlenki mają właściwości rektyfikujące, przez analogię nazywano metalami zaworowymi diody półprzewodnikowe. Nietrudno zgadnąć, że utlenianie powinno prowadzić do powstania materiału o przewodności typu n. Jest to główny warunek istnienia metalu zaworowego. Spośród wszystkich powyższych tylko dwa mają wyraźne pozytywne właściwości:

1. Aluminium.
2. Tantal.

Pierwszy jest stosowany wielokrotnie częściej, ze względu na jego względną taniość i powszechność Skorupa ziemska. Tantal stosuje się tylko w skrajnych przypadkach. Wzrost warstwy tlenkowej może nastąpić na kilka sposobów:

• Jedną z technik jest konserwacja DC. Wraz ze wzrostem grubości tlenku wzrasta jego opór. Dlatego podczas formowania w obwodzie należy włączyć reostat szeregowo z kondensatorem. Procesem steruje się poprzez spadek napięcia na złączu Schottky’ego i w razie potrzeby reguluje się bocznik tak, aby parametry pozostały stałe. Prędkość formowania jest w tym samym czasie etap początkowy jest stała, wówczas następuje punkt przegięcia wraz ze spadkiem parametru, a po pewnym czasie dalszy wzrost warstwy tlenkowej przebiega na tyle wolno, że cykl technologiczny można uznać za zakończony. Przy pierwszym zakręcie anoda często zaczyna iskrzyć. W związku z tym napięcie, przy którym to następuje, nazywa się w ten sam sposób. W drugim momencie iskrzenie gwałtownie wzrasta i dalszy proces formowania jest niepraktyczny. Drugie zagięcie nazywa się maksymalnym naprężeniem.
• Drugą techniką tworzenia warstwy tlenku jest utrzymanie jej na anodzie Napięcie stałe. W takim przypadku prąd będzie zmniejszał się wykładniczo w czasie. Napięcie jest zwykle wybierane poniżej napięcia iskrzenia. Proces trwa do momentu osiągnięcia pewnego szczątkowego prądu przewodzenia, poniżej którego poziom nie spada. Na tym kończy się proces formowania.

Odgrywa główną rolę w procesie formowania prawidłowy wybór elektrolit. W przemyśle sprowadza się to do badania interakcji środowiska agresywne z aluminium:

W przypadku tantalu i niobu wszystkie elektrolity zaliczają się do pierwszej grupy. Wartość pojemności kondensatora zależy przede wszystkim od napięcia, przy którym formowanie jest zakończone. W podobny sposób stosuje się alkohole wielowodorotlenowe, w tym glicerynę i glikol etylenowy, a także wiele soli. Nie wszystkie procesy przebiegają ściśle według schematu opisanego powyżej. Przykładowo przy formowaniu aluminium w roztworze kwasu siarkowego metodą prądu stałego na wykresie wyróżnia się następujące obszary:

1. Wystarczy kilka sekund szybki wzrost woltaż.
2. Następnie w tym samym tempie następuje spadek do poziomu około 70% osiągniętego szczytu.
3. W trzecim etapie rośnie gruba porowata warstwa tlenku, ale naprężenie rośnie bardzo powoli.
4. W czwartej części napięcie gwałtownie wzrasta, aż do przebicia iskry. Na tym kończy się proces formowania.

Wiele zależy od technologii. Na grubość warstwy, a co za tym idzie na napięcie robocze i trwałość kondensatora, wpływa stężenie elektrolitu, temperatura i niektóre inne parametry.

Konstrukcja kondensatora elektrolitycznego

Są to kondensatory z suchym elektrolitem. Ich kluczową zaletą jest dobry użytek tom. Praktycznie nie ma nadmiaru elektrolitu, co zmniejsza wagę i wymiary przy tej samej pojemności elektrycznej. Pomimo charakterystycznej nazwy, elektrolit tutaj nie jest suchy, ale raczej lepki. Impregnuje uszczelki tkaninowe lub papierowe znajdujące się pomiędzy osłonami. Ze względu na lepkość elektrolitu obudowa może być wykonana z tworzywa sztucznego lub nawet papieru, a jako uszczelnienie stosuje się uszczelkę z żywicy. Dzięki temu cykl technologiczny wytwarzania wyrobów zostaje uproszczony. Historycznie rzecz biorąc, odmiany z suchym elektrolitem pojawiły się później. W praktyce krajowej pierwsze wzmianki o nim pojawiły się w 1934 roku.

Na końcu obcych kondensatorów elektrolitycznych zwykle wykonuje się nacięcia w kształcie krzyża, przez które wyciskana jest objętość wewnętrzna. Dzieje się tak na wypadek wypadku. Tak uszkodzony kondensator łatwo zauważyć gołe oko i terminowo wymieniaj, co znacznie przyspiesza proces naprawy. Oznaczenie obudowy pozwala uniknąć wypadków i nieprawidłowej polaryzacji przełączania. Po stronie katody importowane są zwykle wykonywane na całej wysokości biały pasek z umieszczonymi na nim minusami, natomiast domowe mają po przeciwnej stronie krzyżyki (plusy).

Aby zwiększyć emisyjność, kolor nadwozia jest ciemny. Istnieją wyjątki od tej reguły, ale są one rzadkie. Środek ten zwiększa przenikanie ciepła w środowisko. Po przekroczeniu napięcia roboczego (formującego) następuje gwałtowny wzrost prądu w wyniku jonizacji, na anodzie obserwuje się silne iskrzenie, a warstwa dielektryczna zostaje częściowo przebita. Konsekwencje takich zjawisk można łatwo wyeliminować w konstrukcji i zastosowaniu obudowy jako katody: kondensatory z ciekłym elektrolitem zajmują stosunkowo dużo miejsca, ale dobrze odprowadzają ciepło. Ale sprawdzają się dobrze podczas pracy na niskich częstotliwościach. Co decyduje o specyfice ich zastosowania jako filtrów zasilających (50 Hz).

Te cylindryczne kondensatory elektrolityczne nie są skonstruowane jak pokazano powyżej i nie mają wkładek papierowych. W niektórych modelach obudowa pełni rolę katody, natomiast anoda znajduje się wewnątrz i może mieć dowolny kształt, tak aby zapewnić maksymalną pojemność znamionową. Dzięki obróbce mechanicznej i trawieniu chemicznemu, mającym na celu zwiększenie powierzchni elektrody, parametry można zwiększyć o rząd wielkości. Ta konstrukcja jest typowa dla modeli z ciekłym elektrolitem. Pojemność rozważanej konstrukcji zmienia się w przypadku produkcji przemysłowej od 5 do 20 μF przy napięciu roboczym od 200 do 550 V. Ze względu na wzrost rezystancji elektrolitu wraz ze spadkiem temperatury kondensatory z ciekłym elektrolitem i obudową jako katodą są stosowany głównie w ciepłym mikroklimacie.

Nowoczesne kondensatory elektrolityczne, bardziej poprawnie zwane aluminiowymi kondensatorami elektrolitycznymi, są stosowane w ogromne ilości we współczesnej elektronice. Są opłacalne i mogą zapewnić większą pojemność na jednostkę objętości w porównaniu do innych typów kondensatorów. Dzięki temu można je stosować w obwodach, w których występują duże prądy lub niskie częstotliwości. Aluminiowe kondensatory elektrolityczne są zwykle używane w takich zastosowaniach, jak wzmacniacze audio wszystkich typów (od Hi-Fi po telefony komórkowe) oraz w obwodach mocy, jak w przypadku każdego innego typu kondensatorów, zrozumienie ich zalet i ograniczeń pozwoli na ich najskuteczniejsze wykorzystanie.

Rozwój kondensatorów elektrolitycznych

Kondensator elektrolityczny był używany przez wiele lat. Jego historia sięga czasów, kiedy powstały pierwsze transmisje głosowe. W tamtych czasach bezprzewodowe urządzenia lampowe były bardzo drogie i te urządzenia też musiały być zasilane z baterii. Jednak wraz z dalszym rozwojem lamp próżniowych możliwe stało się wykorzystanie prądu przemiennego. To był wspaniały czas, kiedy zasilanie lamp z sieci prądu przemiennego wymagało prostowania i filtrowania napięcia zasilania anody, aby zapobiec przedostawaniu się szumów sieciowych z zasilacza do sygnału audio. Aby móc zastosować kondensator w odbiorniku radiowym, nie może on być zbyt duży, a Julius Lilenfield, który aktywnie brał udział w rozwoju urządzeń bezprzewodowych dla użytku domowego, był w stanie wyprodukować kondensator elektrolityczny, który pozwala mu uzyskać dość dużą pojemność przy rozsądnych rozmiarach, który można później zastosować w urządzeniach radiowych.

Symbole reprezentujące kondensatory elektrolityczne

Kondensator elektrolityczny jest formą kondensatora spolaryzowanego. Symbol kanału elektrolitycznego ma polaryzację, co jest ważne, aby zapewnić prawidłową instalację kondensatora i uniknąć połączeń z odwrotną polaryzacją.

Symbole używane dla polarnych kondensatorów elektrolitycznych

Istnieje wiele schematycznych symboli używanych do kondensatorów elektrolitycznych. Pierwsza „1” to wersja zwykle używana w obwodach europejskich, podczas gdy „2” jest używana w wielu obwodach amerykańskich, a „3” można zobaczyć w niektórych starszych obwodach. Niektóre obwody nie drukują znaku „+” obok symbolu płytki, gdzie już jest oczywiste, która płytka ma jaką polaryzację.

Technologia produkcji kondensatorów elektrolitycznych

Jak sama nazwa wskazuje, kondensator elektrolityczny wykorzystuje elektrolit (jonową ciecz przewodzącą) jako jedną ze swoich płytek, aby osiągnąć wyższą pojemność na jednostkę objętości niż inne typy kondensatorów. Pojemność kondensatorów można zwiększyć na kilka sposobów: zwiększając stałą dielektryczną; zwiększenie powierzchni elektrody; i zmniejszenie odległości pomiędzy elektrodami. Kondensatory elektrolityczne wykorzystują wysoką stałą dielektryczną warstwy tlenku glinu na płycie kondensatora, która wynosi średnio od 7 do 8. Jest ona wyższa niż w przypadku innych dielektryków, takich jak mylar, którego stała dielektryczna wynosi 3, i mika wynosi około 6–8. Oprócz tego efektywna powierzchnia elektrody kondensatora wzrasta wraz ze współczynnikiem chropowatości do 120 jednostek dla folii aluminiowej o wysokiej czystości. Jest to jeden z kluczy do produkcji kondensatorów o bardzo dużej pojemności.

Projektowanie kondensatorów elektrolitycznych

Płytki kondensatorów elektrolitycznych wykonane są z przewodzącej warstwy folii aluminiowej. Płyta ta jest bardzo cienka i elastyczna, a elektrody można łatwo zapakować w małe objętości pod koniec procesu produkcyjnego.

Obie elektrody foliowe różnią się nieco. Pokryte są izolacyjną warstwą tlenku, a pomiędzy nimi ułożona jest izolacyjna warstwa papieru nasączona elektrolitem. Folia, która jest izolowana grubszą warstwą tlenku i działa jak anoda dla ciekłego elektrolitu. Cienka grubość warstwy tlenku anody jest wybierana w oparciu o wymagania dotyczące napięcia roboczego. Folia pełniąca funkcję katody, choć posiada naturalną warstwę tlenku, jest znacznie cieńsza.

Struktura kondensatora elektrolitycznego

Aby zapakować oba arkusze folii w papier impregnowany elektrolitem, należy je zwinąć w cylinder i umieścić w aluminiowym kubku. Dzięki temu kondensator elektrolityczny jest kompaktowy i niezawodny, a jednocześnie jest chroniony aluminiową osłoną. Do łączenia pinów służą dwa kształty geometryczne. Jednym z nich jest zastosowanie przewodów osiowych, po jednym na każdej płaskiej powierzchni cylindra. Inną alternatywą jest użycie dwóch przewodów, z których oba znajdują się po tej samej powierzchni cylindra. Opisy przewodów osiowych i promieniowych zostaną podane w odnośnikach do komponentów.

Do wykonania kondensatora elektrolitycznego konieczne jest zastosowanie folii anodowej o wysokiej czystości. Zwykle grubość wynosi 50 i 100 mikronów. Katoda jest również wykonana z czystego aluminium, ale wymagania wobec niej nie są tak rygorystyczne, jak w przypadku anody. Grubość stosowanej folii wynosi od 20 do 50 mikronów. Aby zwiększyć powierzchnię anody i katody, a tym samym zwiększyć pojemność, chropowatość powierzchni zwiększa się poprzez trawienie. Istnieją dwie główne metody i obie polegają na użyciu kwasu solnego.

Właściwości kondensatorów elektrolitycznych

Kondensatory elektrolityczne mają wiele parametrów, które są nie mniej ważne niż pojemność i pojemność. Projektując obwody wykorzystujące kondensatory elektrolityczne, należy zwrócić uwagę na te parametry, niektóre projekty mogą być dla nich bardzo krytyczne;

Biegunowość

W przeciwieństwie do wielu innych typów kondensatorów, kondensatory elektrolityczne są spolaryzowane i muszą być odpowiednio podłączone. Same kondensatory są oznaczone tak, aby można było łatwo rozróżnić polaryzację. Poza tym oznaczone dane wyjściowe są ogólne.

Jest to konieczne, aby zapewnić podłączenie kondensatorów elektrolitycznych do obwodu z zachowaniem prawidłowej polaryzacji. Odwrotne polaryzacja powoduje elektrochemiczną redukcję warstwy tlenku dielektryka i zamienia się on w przewodnik. Jeśli tak się stanie, nieuchronnie prowadzi to do zwarcie, a nadmierny prąd zwykle powoduje przegrzanie kondensatora. W takim przypadku może nastąpić wyciek elektrolitu, a w niektórych przypadkach kondensator może nawet eksplodować. Takie przypadki nie są rzadkie i należy podjąć środki ostrożności, aby to zapewnić prawidłowa instalacja, szczególnie w obwodach przewodzących duże prądy.

Pojemności kondensatorów elektrolitycznych i ich oczekiwana żywotność

Przede wszystkim należy uważać, aby nie przekroczyć znamionowego napięcia roboczego kondensatora elektrolitycznego. Jeśli ta zasada nie będzie przestrzegana, żywotność kondensatora będzie znacznie krótsza niż deklarowana przez producenta. Ponadto możliwe są znaczne przeciążenia prądowe w obwodach mocy. W związku z tym w przypadku kondensatorów elektrolitycznych przeznaczonych do pracy w takich obwodach należy wziąć pod uwagę maksymalny prąd kondensator, którego również nie można przekroczyć. Jeżeli nie zostanie to wzięte pod uwagę, element elektroniczny może się przegrzać i ulec zniszczeniu. Warto również zauważyć, że te elementy radiowe mają ograniczoną żywotność. Co więcej, czas pracy przy maksymalnej wartości napięcia może wynosić zaledwie 1000 godzin, ale żywotność można znacznie wydłużyć, jeśli element będzie pracował przy napięciu znacznie niższym niż maksymalne dopuszczalne napięcie.

Kondensatory elektrolityczne SMD

Kondensatory elektrolityczne, które są obecnie coraz częściej stosowane w konstrukcjach SMD. Ich duża wydajność w połączeniu z niskim kosztem sprawia, że ​​są one szczególnie popularne w wielu obszarach. Początkowo nie cieszyły się dużą popularnością ze względu na to, że źle tolerowały lutowanie. Nowoczesna ulepszona konstrukcja kondensatorów, wraz z nowymi metodami lutowania, eliminacją lutowania na fali, umożliwia znalezienie kondensatorów elektrolitycznych szerokie zastosowanie w montażu powierzchniowym.

Kondensatory elektrolityczne SMD są często oznaczane parą wartości: pojemnością i napięciem roboczym. Istnieją dwie główne metody znakowania. Pierwszym z nich jest oznaczenie wartości pojemności w mikrofaradach, a drugim użycie specjalnego kodu. Zastosowanie pierwszej metody oznaczenia „33 6 V” wskaże, że kondensator ma 33 uF i napięcie robocze 6 woltów. Druga metoda oznaczania polega na wprowadzeniu kodu literowego, po którym następują trzy cyfry. Litera wskazuje napięcie robocze, które można określić na podstawie poniższej tabeli, oraz trzy cyfry oznaczające pojemność w pikofaradach. Podobnie jak w przypadku wielu innych systemów oznaczeń, pierwsze dwie cyfry określają wartość, a trzecia to mnożnik. W takim przypadku oznaczenie „G106” wskaże napięcie robocze 4 wolty i pojemność 10 * 106 pF lub po prostu 10 μF.

KONDENSATORY ELEKTROLITYCZNE SMD KODY NAPIĘCIA
LIST	WOLTAŻ

Oznaczenie kondensatorów elektrolitycznych

Istnieje wiele różnych oznaczeń używanych do oznaczania kondensatorów elektrolitycznych, w tym pojemność, napięcie robocze i inne parametry. Podstawowe wartości są zapisywane bezpośrednio na powierzchni, jeśli jest miejsce, ale można również zakodować takie rzeczy, jak dokładność i czasami napięcie robocze. System kodowania lub znakowania zależy od typu kondensatora, producenta, pojemności, rozmiaru elementu itp. Ale zostanie to omówione w innym artykule. Regeneracja aluminiowych kondensatorów elektrolitycznych po długoterminowe przechowywanie Może to być konieczne w celu regeneracji kondensatorów elektrolitycznych, które nie były używane przez sześć miesięcy lub dłużej. Działanie elektrolityczne powoduje rozpuszczenie warstwy tlenku na anodzie, dlatego przed użyciem lepiej najpierw przywrócić tę warstwę. Kiedy warstwa tlenku staje się cieńsza, mądrze jest nie przykładać pełnego napięcia, ponieważ początkowo obserwuje się zwiększone prądy upływowe, które mogą prowadzić do wyzwolenia duże ilości ciepło, co w niektórych przypadkach może doprowadzić do jego eksplozji. Kondensator można przywrócić, tymczasowo podłączając kondensator do napięcia roboczego przez rezystor o wartości około 1,5 kOhm lub nieco mniej w przypadku kondensatorów o niższym napięciu. (Należy upewnić się, że rezystor ma wystarczającą moc, aby wytrzymać prąd ładowania kondensatora). Regeneracja trwa godzinę lub dłużej, aż prąd upływowy spadnie do akceptowalnej wartości, a napięcie na kondensatorze osiągnie wartość przyłożoną, tj. przez rezystor nie przepływa prąd. Napięcie to utrzymuje się przez około kolejną godzinę. Kondensator jest następnie powoli rozładowywany przez rezystor obciążający, aby mieć pewność, że zmagazynowana energia nie uszkodzi obwodu, w którym zostanie zainstalowany.

Stałe kondensatory– pojemność nie ulega zmianie (dopiero po upływie okresu użytkowania). Mikowe produkowane są z wyściółką foliową.

Ceramiczny– płytki, krążki lub rurki wykonane z ceramiki, na które nałożone są metalowe elektrody. Dla zabezpieczenia pokrywane są emaliami lub zamykane w specjalnych obudowach, służących jako konturowe, oddzielające, blokujące itp.

Szkło– monolityczne bloki spiekane, wykonane z naprzemiennych warstw folii szklanej i folii Al. Korpus wykonany jest z tego samego szkła.

Szkło-ceramika- te same szklane, ale dielektryk to szkło z dodatkami z tego samego szkła.

Szklana emalia– dielektrykiem jest emalia szklista, a płytki to warstwy srebra.

Metal-papier– dielektryk (lakierowany papier kondensatorowy), płytki – cienkie warstwy metalu (mniejsze niż mikrometr) nałożone jednostronnie na papier. Korpus jest cylindryczny Al, końce są uszczelnione żywicą epoksydową (folią HF).

Folia i folia metalowa– dielektryk (folia z tworzywa sztucznego, polistyrenu, fluoroplastiku itp.) i wykładzina (folia metalowa lub cienka warstwa metalu naniesiona na folię).

Elektryczny i tlenkowo-półprzewodnikowy: dielektryk - warstwa tlenku na metalu, który jest jedną z płytek (anodą). Druga płyta (katoda) to warstwa elektrolitu lub półprzewodnika osadzona bezpośrednio na warstwie tlenku. Anody wykonane są z folii Al, tantalu lub niobu. Kondensatory te są używane wyłącznie do celów prądu stałego lub pulsującego, ponieważ... przewodność zależy od polaryzacji przyłożonego napięcia.

Stosowane są głównie w filtrach urządzeń prostowniczych, w obwodach częstotliwości audio i wzmacniaczach częstotliwości audio.

Zapieczętowany kondensator mikowy w metalowo-szklanej obudowie<<СГМ>> do montażu naściennego.

Wyróżniają się na podstawie rodzaju dielektryka:

*kondensatory próżniowe (płytki bez dielektryka znajdują się w próżni);

*kondensatory z gazowy dielektryk;

*kondensatory z płyn dielektryk;

*kondensatory ze stałym nieorganicznym dielektrykiem: szkło(emalia szklana, ceramika szklana, folia szklana) mika, ceramiczne, cienkowarstwowe, z folii nieorganicznych;

*kondensatory ze stałym dielektrykiem organicznym: papier, metal-papier, folia, kombinowana - papier-folia, cienkowarstwowa organiczna filmy syntetyczne;

*kondensatory półprzewodnikowe elektrolityczne i tlenkowe. Takie kondensatory różnią się od wszystkich innych typów przede wszystkim dużą pojemnością właściwą. Używany jako dielektryk tlenek warstwa na metalu anoda. Druga okładka ( katoda) to lub elektrolit(w kondensatorach elektrolitycznych) lub warstwie półprzewodnik(w półprzewodniku tlenkowym), nałożony bezpośrednio na warstwę tlenku. Anoda jest wykonana, w zależności od rodzaju kondensatora, z aluminium, folia tantalowa lub proszek spiekany.

*kondensatory stałe– zamiast tradycyjnego ciekłego elektrolitu stosuje się specjalny przewodzący polimer organiczny lub spolimeryzowany półprzewodnik organiczny. MTBF – 50 000 godzin w temperaturze 85°C, nieznacznie zależny od temperatury. Nie eksplodują.

Nowoczesne kondensatory ulegają zniszczeniu bez eksplozji dzięki specjalnej konstrukcji górnej pokrywy. Zniszczenie jest możliwe w wyniku naruszenia warunków pracy lub starzenia.

Kondensatory z podartą nasadką praktycznie nie nadają się do użytku i wymagają wymiany, a jeśli jest po prostu spuchnięta, ale jeszcze nie podarta, to najprawdopodobniej wkrótce ulegnie uszkodzeniu lub zmienią się parametry, co uniemożliwi jego użytkowanie.

Wiele tlenkowych kondensatorów dielektrycznych ( elektrolityczny) działają tylko przy prawidłowej polaryzacji napięcia ze względu na chemiczne właściwości oddziaływania elektrolitu z dielektrykiem. Kiedy polaryzacja napięcia zostanie odwrócona, kondensatory elektrolityczne zwykle ulegają uszkodzeniu w wyniku chemicznego zniszczenia dielektryka, a następnie wzrostu prądu, wrzenia elektrolit wewnątrz i w konsekwencji z prawdopodobieństwem eksplozja obudowy.

Wybuchy kondensatorów elektrolitycznych są zjawiskiem dość powszechnym. Główną przyczyną eksplozji jest przegrzanie kondensatora, spowodowane w większości przypadków wyciekiem lub wzrostem wartości równoważnej rezystancja szeregowa ze względu na starzenie się (dotyczy urządzenia pulsacyjne). W nowoczesnych komputerach przegrzanie kondensatorów jest również bardzo duże powszechny powód ich awarię, gdy stoją obok źródeł zwiększonego wytwarzania ciepła (chłodnic).

Aby zmniejszyć obrażenia innych i obrażenia personelu, w nowoczesnych kondensatorach o dużej pojemności instaluje się zawór lub wykonuje się wycięcie na korpusie (często można to zobaczyć w kształcie litery X, K lub E na końcu, czasami na dużych kondensatorach jest pokryty plastikiem).

Kiedy ciśnienie wewnętrzne wzrasta, zawór otwiera się lub obudowa zapada się wzdłuż karbu, odparowany elektrolit wypływa w postaci żrącego gazu, a czasem nawet cieczy, a ciśnienie spada bez eksplozji i fragmentów.

Stare kondensatory elektrolityczne były produkowane w szczelnej obudowie i nie posiadały żadnego zabezpieczenia przeciwwybuchowego. Siła wybuchu części ciała może być dość duża i spowodować obrażenia ciała.

W przeciwieństwie do elektrolitycznych, ryzyko wybuchu kondensatorów tlenkowych półprzewodników (tantalu) wynika z faktu, że taki kondensator jest w rzeczywistości mieszaniną wybuchową: tantal służy jako paliwo, a dwutlenek manganu służy jako środek utleniający, a oba te składniki są zmieszany w postaci drobnego proszku w konstrukcji kondensatora. W przypadku uszkodzenia kondensatora lub jego przypadkowego odwrócenia, ciepło wytworzone podczas przepływu prądu inicjuje reakcję pomiędzy tymi elementami, która zachodzi w postaci silnego błysku z hukiem, któremu towarzyszy rozproszenie iskier i odłamków obudowy. Siła takiej eksplozji jest dość duża, zwłaszcza w przypadku dużych kondensatorów, i może uszkodzić nie tylko sąsiednie elementy radiowe, ale także płytkę. Jeśli kilka kondensatorów zostanie umieszczonych blisko siebie, obudowy sąsiednich kondensatorów mogą się przepalić, co prowadzi do jednoczesnej eksplozji całej grupy.

Dodatkowo kondensatory różnią się możliwością zmiany ich pojemności:

*kondensatory stałe– główna klasa kondensatorów, które nie zmieniają swojej pojemności (z wyjątkiem okresu użytkowania);

* kondensatory zmienne – kondensatory umożliwiające zmianę pojemności w trakcie pracy urządzenia. Kontener może być sterowany mechanicznie, napięcie elektryczne i temperatura. Stosowany np. w radia dostosować częstotliwość kontaktu rezonansowego;

*kondensatory trymerowe– kondensatory, których pojemność zmienia się podczas jednorazowej okresowej regulacji i nie zmienia się podczas pracy urządzenia. Służą do dostrajania i wyrównywania pojemności początkowych obwodów współpracujących, do okresowego dostrajania i regulacji obwodów obwodów tam, gdzie wymagana jest niewielka zmiana pojemności.

W zależności od przeznaczenia kondensatory można podzielić na kondensatory ogólne i ogólne. specjalny cel. Kondensatory ogólnego przeznaczenia są stosowane w prawie większości typów i klas sprzętu. Tradycyjnie są to najpopularniejsze kondensatory niskonapięciowe, które nie podlegają specjalnym wymaganiom. Wszystkie inne kondensatory tak specjalny. Należą do nich: wysokie napięcie, impulsy, tłumienie hałasu, dozymetryczny, rozruchowe i inne kondensatory.

Kondensatory wyróżniają się także kształtem płytek: płaskim, cylindrycznym, kulistym i innymi.

Kondensatory ceramiczne są naturalnym elementem niemal każdego obwód elektroniczny. Stosuje się je tam, gdzie wymagana jest umiejętność pracy z sygnałami o zmiennej polaryzacji, dobrze charakterystyki częstotliwościowe, niskie straty, niskie prądy upływowe, niskie wymiary całkowite I niski koszt. Tam, gdzie te wymagania się krzyżują, są one praktycznie niezastąpione. Jednak problemy związane z technologią ich produkcji zepchnęły tego typu kondensatory do niszy urządzeń o małej pojemności.

Kondensatory tantalowe pokryty dwutlenkiem manganu (MnO 2). Kondensatory tantalowe mają najlepsze cechy od aluminiowych ze względu na zastosowanie droższej technologii. Wykorzystują suchy elektrolit, dzięki czemu nie są podatne na „wysychanie” kondensatorów aluminiowych. Mają także niższy opór czynny wysokie częstotliwości(100 kHz), co jest ważne w przypadku stosowania w źródła impulsowe odżywianie. Stabilność termiczna: V zakres temperatur od – 55°С do +125°С wydajność zmienia się o około + 15% do –15%. Ich prądy upływowe są w przybliżeniu takie same jak w przypadku aluminium o tych samych wartościach znamionowych. Wada tantalu kondensatory charakteryzują się stosunkowo dużym spadkiem pojemności wraz ze wzrostem częstotliwości oraz zwiększoną wrażliwością na przepięcia i przepięcia, w związku z czym zaleca się stosowanie podwójnego marginesu napięcia roboczego, a także zapewnienie stabilnej pracy w temperaturach powyżej 85°C. Istnieje możliwość zwarcia przy bardzo wysokich prądach ładowania po włączeniu, któremu towarzyszy jasny biały błysk i dym.

Kondensatory tantalowe Z powłoka polimerowa przeznaczone do montażu powierzchniowego, łączą dużą pojemność kondensatorów tantalowych z wysoką przewodnością nowoczesnych materiałów polimerowych.

Polimer aluminium kondensatory mają dobre właściwości przy częstotliwościach roboczych przetwornicy mocy. Mają dobre cechy napięcie udarowe i może być używany przy udokumentowanym napięciu.

Jak doszło do udoskonalenia technologii tantalu kondensatory niobowe. W porównywalnych warunkach mają nieco dłuższy zasób. Na przykład w temperaturze 85°C kondensatory aluminiowe mają żywotność od 8 do 25 tysięcy godzin, kondensatory tantalowe - 100 tysięcy godzin, a kondensatory niobowe - od 200 do 500 tysięcy godzin (rok ciągłej pracy - około 8200 godzin). Na starych płytach (80486, Pentium I) znajdują się liczne kondensatory niobowe, niektóre niepolarne. Niob jest czasami pomarańczowy, czasami niebieski „kropelki”, ale z ołowiami.