Электролитический конденсатор для чего нужен: Страница не найдена | Тут схемы — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Алюминиевый электролитический конденсатор 220 мкФ 10 В новые продукты

Емкость: 220 мкФ
Номинальное напряжение: 10 В
Долговечность: 2000 часов
Размер (D * L): 6,3 * 11,5 мм
Индивидуальный сервис: емкость, напряжение, размер, торговая марка.
Гарантия: Безусловное пополнение

Categories: Kонденсатор, Стандартный электролитический конденсатор, Электролитический конденсатор Tags: Алюминиевые электролитические конденсаторы, Алюминиевый конденсатор, Стандартный электролитический конденсатор, Электролитический конденсатор

Description
Reviews (0)

Description

Алюминиевый электролитический конденсатор 220 мкФ 10 В новые продукты

Алюминиевый электролитический конденсатор 220 мкФ 10 В новые продукты, когда пульсации тока постоянны (например, номинальный пульсирующий ток), чем выше температура окружающей среды, тем короче срок службы электролитического конденсатора. Кроме того, если температура окружающей среды слишком высока и превышает наивысшую номинальную температуру электролитического конденсатора, электролит будет кипеть на электролитическом конденсаторе, создавая избыточное давление, и элемент сброса давления необратимо сбросит давление, вызывая утечку электролита. . Конденсаторы XUANSN представляют собой новое сырье для решения проблемы термостойкости электролитических конденсаторов, поэтому наши продукты могут выдерживать экстремальные температуры до 150 градусов.

Алюминиевый электролитический конденсатор 220 мкФ 10 В новые продукты

Спецификация / Модель: XS221M1AD6L11B / T
Тип: Стандартный электролитический конденсатор
Цвет: черный корпус
Емкость: 220 мкФ (221)…
Номинальное напряжение: 10 В (1 А)
Срок службы (105 ° C): 2000 ч
RC: 168 мА (среднеквадр.)

Допуск: ± 20% (M)…
Размер (D * L): 6,3 * 11,5 мм Расстояние между выводами: 2,5 мм Вес: 0,58 г
Упаковка: мешок (B), лента и катушка (T)
Конструкция поляризации: более длинный вывод – положительный электрод, а более короткий – отрицательный.

Габаритные размеры (мм)

ΦD	5	6.3	8	10	13	16	18
P	2.0	2.5	3.5	5.0	5.0	7.5	7.5
Φd	0.5	0.5	0.5	0.6	0.6	0.8	0.8
α	1.0	1.0	1.0	2.0	2.0	2.0	2. 0
β	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5

Частотный коэффициент номинального пульсирующего тока

Capacitance(μf)	50Hz	120Hz	300Hz	1kHz	10kHz
0.1 to 47	0.75	1.00	1.35	1.55	2
68 to 680	0.80	1.00	1.25	1.34	1.5
1000 to 15000	0.85	1.00	1. 10	1.13	1.15

Наше преимущество:

У нас есть надежная система сотрудничества по сырью и механизм досмотра грузов.

Продукты с высокой стабильностью, высокой температурой, маленькими размерами, малым допуском и так далее.
Допуски продукта строго контролируются от -15% до -10%.
Мы располагаем самым современным производственным оборудованием в мире и совершенствуем процесс управления.
Мы можем предоставить индивидуальный дизайн в соответствии с вашими потребностями и предоставить вам бесплатный образец.
Наша продукция соответствует директиве RoHS, а завод соответствует системе менеджмента ISO 9001.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ:

Q1. Можно мне образцы конденсаторов?

A: Да, приветственный образец для тестирования и проверки качества, заводские образцы бренда бесплатны.

Q2. Как насчет времени выполнения заказа?

A: Образцу требуется 3-5 дней, массовым продуктам требуется 2 недели для количества заказа.

Q3. Как вы отправляете товар и сколько времени занимает доставка?

A: Обычно мы отправляем по DHL, UPS, FedEx или TNT, доставка обычно занимает 3-5 дней. Авиа и морская доставка также не являются обязательными.

Q4. Можно ли напечатать мой логотип на конденсаторе?

A: Да, пожалуйста, сообщите нам формально перед началом производства и подтвердите дизайн сначала на основе нашего образца.

Q5. Предоставляете ли вы гарантию на продукцию?

A: Да, мы предлагаем 2-3 года гарантии на нашу продукцию.

Q6. Как поступить с неисправным?

A: Если товар вы покупаете на заводе из-за проблем с качеством, вы можете вернуть его нам для замены или возврата денег. И любые возвращенные предметы должны быть в своем первоначальном состоянии, чтобы претендовать на возврат или замену.

Если у вас возникнут какие-либо интересные вопросы и проблемы, свяжитесь с нами!

Contact Us

Email: [email protected]

Pho(whatsapp): +86-18825879082

Skype: Coco. PSH

Website: xuanxcapacitors.com

Go to Top

Полярные конденсаторы в цепи переменного тока

В книжках по радиотехнике пишут, что да. Но в сильноточные цепи переменного тока я такой псевдо неэлектролит ставить бы не стал. Каждой ёмкости параллельно по диоду. Работают годами.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

Конденсатор в цепи переменного тока – что нужно накапливать и для чего

Свойства электролитического конденсатора

Конденсатор: что это такое и для чего он нужен

Как выбрать конденсатор?

Электрический конденсатор

§52. Конденсаторы, их назначение и устройство

Включение электролитического конденсатора в цепь переменного тока

Как сделать из полярного конденсатора неполярный и в чем их отличие между собой

КОНДЕНСАТОРЫ И ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Электролитический конденсатор

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: КОНДЕНСАТОР В ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА [РадиолюбительTV 89]

Конденсатор в цепи переменного тока – что нужно накапливать и для чего

Продолжаем изучать электронику, и на очереди у нас разбор того, как ведет себя конденсатор в цепи переменного тока, постоянного тока, для чего он нужен, а также несколько примеров практического применения.

Конденсатор является пассивным элементом электронной схемы, состоящей их двух токопроводящих обкладок, которые разделены каким-нибудь диэлектриком. Основной задачей конденсатора является накопление определенного объема электростатического заряда на обкладках, после включения его в цепь под напряжением. Когда питание отключается, конденсатор сохраняет полученный заряд. Интересно знать! Конденсаторы переменного тока большой емкости способны создавать при быстром разряде очень мощные импульсы.

Использовать их можно, к примеру, в мощных фотовспышках. Чтобы увеличить полезную емкость фольгу сворачивают в рулоны — так получаются цилиндрические конденсаторы. Если в схеме требуется большая емкость конденсаторов, то их подключают параллельно.

В таком случае сохраняется рабочее напряжение, но емкость будет увеличиваться прямопропорционально, то есть составит сумму емкостей подключенных конденсаторов. Если конденсаторы соединить последовательно, то емкость изменяться не будет, точнее она будет немного меньше, чем минимальная емкость, включенная в цепь.

Для чего же нужно такое подключение? У многих типов конденсаторов допустимое напряжение будет уменьшаться по мере его нагрева, поэтому на корпусах изделий также указывается и максимальная рабочая температура.

Выход из строя конденсаторов очень распространенная поломка в электротехнике. Именно поэтому диагностировать выход из строя этого элемента можно чисто визуально, без применения тестовой аппаратуры, но не всегда. Такие конденсаторы взрываются очень редко, из-за того, что либо клапан, либо разрушившийся по насечке корпус выпускают электролит в виде едких испарений, то есть давление внутри корпуса снижается.

Помимо тех параметров, что мы уже разобрали, конденсаторы обладают индуктивностью и собственным сопротивлением, поэтому схему реального конденсатора можно представить следующим образом. Данные параметры можно назвать паразитическими, так как они препятствуют идеальной работе детали. К таковым относятся обозначаем как в схеме выше :. Классифицируются конденсаторы, прежде всего, по типу используемого в них диэлектрика, который и определяет все электрические параметры элемента.

Такая классификация не единственная и различают конденсаторы и по возможности изменения их емкости:. Заканчивая первую часть статьи, не можем не обратить внимание на сферы применения этих элементов электрических цепей. А применяются они повсеместно.

И это далеко не все сферы, но мы думаем, что этого пока достаточно. Давайте лучше перейдем к опытам и посмотрим, что же происходит с током, когда он проходит через конденсатор. Итак, мы приблизительно поняли, что такое конденсатор, но как работает сей элемент, еще толком не разобрали. Чтобы кондеру разрядиться, ему нужно замкнуть контакты напрямую, либо через цепь. Вроде бы все ясно, но как происходит течение тока в конденсаторе при подключении его в сеть.

Нам понадобятся: конденсатор емкостью 1 микрофарад, обычный резистор на Ом и генератор частот. Соединяем это все, как показано на следующем фото. Далее по схеме подключаем цифровой осциллограф, который будет работать в двухканальном режиме, чтобы видеть сигналы на входе и на выходе: первый канал красный — это то, что выдает генератор, а второй желтый — снимаемый с нагрузки, то есть с резистора. Тут стоит понимать, что опережает только фаза, а не сигнал.

В противном случае перед нами бы была простейшая машина времени, а так все в пределах понимания. Что же это все означает? Сопротивление конденсатора в цепи переменного тока тем меньше, чем выше его частота. При этом уходит и сдвиг фаз. Но только ли частота влияет на сопротивление конденсаторов в цепи переменного тока?

Давайте повторим наш опыт, но уже с конденсатором меньшей емкости, скажем — 0,1 микрофарад. Делаем нехитрые выводы, и понимаем, что сопротивление конденсатора еще зависит и от его емкости — чем она больше, тем ниже сопротивление.

В попытке ответить на вопрос, как рассчитать сопротивление конденсатора переменному току, математики и физики вывели следующую формулу:. Поставьте в эту формулу частоту равную нулю, и вы получите ноль, или бесконечное сопротивление.

На практике мы имеем фактический фильтр высоких частот — впаяйте конденсатор перед динамиком, и вы услышите, что он воспроизводит только высокие частоты. Поставить такой фильтр легко своими руками — инструкция нужна лишь при расчете параметров сопротивления.

Вспоминаем, что есть синусоидальный ток. Состоит такой ток из повторяющегося периода, первую половину которого он течет в одном направлении, а вторую — в обратном. Периоды делятся на полупериоды, каждый из которых имеет фазы возрастания, пика и убывания напряжения. По итогу мы имеем, что за один период конденсатор дважды успевает зарядиться и разрядиться, что говорит о постоянном прохождении в цепи зарядный и разрядных токов, то есть что ток здесь переменный.

Если бы мы в нашем опыте вместо резистора использовали лампочку, то увидели бы ее свечение. Однако ток ее питающий был бы током заряда и разряда, а не проходящим сквозь диэлектрик конденсатора. Чем больше емкость конденсатора, тем больший заряд передается в цепи во время циклов заряда и разряда этого элемента, а, следовательно, сопротивление становится меньше. Увеличение частоты дает такой же эффект, но уже за счет количества передачи заряда за то же время, отчего ток тоже растет.

Из-за этой простой зависимости, сопротивление, которое оказывает конденсатор току в цепи, называется емкостным. На этом, пожалуй, закончим. Мы популярно объяснили, что представляет собой электрическая цепь переменного тока с реальным конденсатором. Да, материал не прост в освоении, но если разобраться — все не так страшно. В дополнение обязательно посмотрите подобранное нами видео, чтобы снять все возможные вопросы окончательно. Наша рассылка выходит 2 раза в месяц. В ней нет никакой рекламы, только полезная информация о том-то и том.

Конденсатор в цепи переменного тока — что нужно накапливать и для чего Разнообразие конденсаторов. Содержание Назначение конденсаторов Свойства и выполняемые функции Понятие полярности для конденсаторов и их выход из строя Прочие параметры Типы конденсаторов Применение конденсаторов Конденсатор в цепях электрического тока Цепь постоянного тока Цепь переменного тока.

Как рассчитать емкость конденсатора для переменного тока. Обозначение емкости в микро Фарадах. Конденсатор в разрезе — слои фольги чередуются с бумагой. Соединения конденсаторов в цепях переменного тока: расчет емкости при последовательном и параллельном подключении. Данные конденсаторы вышли из строя без взрыва, об этом можно судить по вздувшимся крышкам бочонков. Конденсатор не выдержал нагрузки. Разные обозначения полярности конденсаторов. Строение конденсатора с учетом всех его основных параметров.

Конденсатор вакуумного типа. Конденсатор воздушный для переменного тока. Керамический однослойный конденсатор. Конденсатор бумажный. Электрический танталовый конденсатор. Воздушный конденсатор может менять свою емкость. Конденсаторы подстроечные. Все элементы собраны в цепь. Подключение в обход конденсатора. Резистор можно заменить лампочкой при наличии генератора достаточной мощности. Собранная экспериментальная схема. Включение в цепь осциллографа.

Показания каналов при частоте в Гц. Работа на частоте в Гц. Частота 1 кГц. Частота 10 кГц. Частота в кГц. Течение переменного тока в конденсаторе: частота в Гц. Частота Гц. Частота кГц. Формула сопротивления конденсатора в цепи переменного тока. Заряд и разряд конденсатора при переменном токе. Качественный конденсатор из Британии. Понравилась статья?

Поделись с друзьями! Возможные неисправности электродвигателя стиральной машины и способы их устранения. Как отремонтировать электродвигатель стиральной машины — ремонт бытовой техники своими руками.

Ремонт электродвигателей переменного тока — разбираем причины неисправностей и ищем способы их устранения. Нажмите, чтобы отменить ответ. Подпишитесь на рассылку. Еще какая-то может информация про описание расссылки и того, что ждет подписавшихся.

Свойства электролитического конденсатора

Элементная база для конструирования электронных устройств усложняется. Приборы объединяются в интегральные схемы с заданным функционалом и программным управлением. Но в основе разработок — базовые приборы: конденсаторы, резисторы, диоды и транзисторы. Прибор, который накапливает электроэнергию в виде электрических зарядов, называется конденсатором.

В основном электролитические конденсаторы служат для сглаживания пульсаций тока в цепях выпрямителей переменного тока. Кроме этого они.

Конденсатор: что это такое и для чего он нужен

Коль скоро мы начинаем рассматривать изменяющиеся сигналы напряжения и тока, нам необходимо познакомиться с двумя очень занятными элементами, которые не находят применения в цепях постоянного тока, — речь идет о конденсаторах и индуктивностях. Скоро вы убедитесь, что эти компоненты вместе с резисторами являются основными элементами пассивных линейных цепей, составляющих основу почти всей схемотехники. Особенно следует подчеркнуть роль конденсаторов — без них не обходится почти ни одна схема. Они используются при генерации колебаний, в схемах фильтров, для блокировки и шунтирования сигналов. Их используют в интегрирующих и дифференцирующих схемах. На основе конденсаторов и индуктивностей строят схемы формирующих фильтров для выделения нужных сигналов из фона. Некоторые примеры подобных схем вы найдете в этой главе, а еще большее число интересных примеров использования конденсаторов и индуктивностей встретится вам в последующих главах. Приступим к более детальному изучению конденсаторов.

Как выбрать конденсатор?

Во время работы над разделом о конденсаторах я подумал, что было бы полезно объяснить, почему один тип конденсаторов может быть заменен другим. Это важный вопрос, так как существует множество факторов температурные характеристики, тип корпуса и так далее , которые делают тот или иной тип конденсаторов электролитический, керамический и пр. В статье будут рассмотрены популярные типы конденсаторов, их достоинства и особенности, а также области применения. В каждом разделе помещены ссылки на результаты поисковых запросов для некоторых серий наиболее популярных конденсаторов из каталога компании Терраэлектроника.

Конденсатор является пассивным электронным компонентом.

Электрический конденсатор

Лампочку тоже берем на 12 Вольт. Теперь между одним щупом блока питания и лампочки вставляем конденсатор:. Не-а, не горит. Отсюда напрашивается вывод: постоянный ток через конденсатор не течет! Если честно, то в самый начальный момент подачи напряжения ток все-таки течет на доли секунды. Все зависит от емкости конденсатора.

§52. Конденсаторы, их назначение и устройство

Слой оксида на поверхности анода получают методом электрохимического анодирования , что обеспечивает высокую однородность по толщине и диэлектрическим свойствам диэлектрика конденсатора. Технологическая лёгкость получения тонкой однородной плёнки диэлектрика на большой площади электрода позволила наладить массовое производство дешёвых конденсаторов с весьма высокими значениями показателями электрической ёмкости. Электрохимические процессы получения и стабилизации оксидной плёнки диэлектрика требует определённой полярности напряжения на границе металл-электролит. Несоблюдение полярности вызывает потерю диэлектрических свойств оксидной плёнки и возможное короткое замыкание между обкладками. Если источник этого отрицательного напряжения не ограничивает ток на безопасном низком уровне, то электролит нагреется протекающим током, закипит и давление образующихся газов разорвёт корпус конденсатора.

Конденсаторы могут быть полярными и неполярными. что делает их подходящими для применения в цепях переменного тока.

Включение электролитического конденсатора в цепь переменного тока

На практике же, все выпускаемые конденсаторы представляют собой многослойные рулоны лент электродов в форме цилиндра или параллелепипеда, разделенных между собой слоями диэлектрика. По принципу работы он схож с батарейкой только на первый взгляд, но все же он сильно отличается от него по принципу и скорости заряда-разряда, максимальной емкости. Заряд конденсатора.

Как сделать из полярного конденсатора неполярный и в чем их отличие между собой

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Электролиты для подключения трехфазного двигателя

Главная особенность электролитических конденсаторов, наверняка, состоит в том, что они по сравнению с остальными обладают большой ёмкостью и довольно небольшими габаритами. Широко распространённые алюминиевые конденсаторы по сравнению с другими имеют некоторые специфические свойства, которые следует учитывать при их использовании. За счёт того, что алюминиевые обкладки электролитических конденсаторов скручивают для помещения в цилиндрический корпус, образуется индуктивность. Эта индуктивность во многих случаях нежелательна.

Toggle navigation rutlib5. Книга: Самоучитель по радиоэлектронике.

КОНДЕНСАТОРЫ И ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой. Электролитические конденсаторы. В практической деятельности каждый электрик сталкивается с работой адаптеров, блоков питания, преобразователей напряжения.

Электролитический конденсатор

Конденсатор в цепи переменного тока GetAClass — Физика в опытах и экспериментах. Видео сделано по материалам сайта: www. Электролиты для подключения трехфазного двигателя Юра Онищенко. Как вариант можно заменить неполярные конденсаторы на полярные, а именно электролитические с некоторыми доработками.

Зачем нужен конденсатор в автозвуке

Содержание

Что такое автомобильный конденсатор и зачем он нужен?

Под автомобильным конденсатором сегодня принято понимать электролитический конденсатор, подключенный к автомобильному усилителю звука (или непосредственно к магнитоле) параллельно питающим проводам. Но зачем он нужен?

2. Поддержка питания магнитолы при пиковых нагрузках, например, при проигрывании басов. Здесь возможны два варианта:
2.1. На аудиосистему приходит недостаточно мощности. Причины могут быть разные: севшая батарея, слабый генератор, провода питания недостаточной толщины и пр.

2.2. Мощности достаточно, но аккумулятор не успевает «отдать» требуемый ток. Как известно, при появлении потребителя, ток разряда АКБ устанавливается не мгновенно; и время его установки зависит от характеристик аккумулятора — в первую очередь от внутреннего сопротивления (если точнее, то от реактивной составляющей внутреннего сопротивления). И если внутреннее сопротивление АКБ велико, то при резком возрастании нагрузки требуемый ток она даст с некоторой задержкой, небольшой, но искажения звука в этот момент уже могут быть заметны.

Характеристики автомобильных конденсаторов.

ESR (Equivalent Series Resistance – Эквивалентное Последовательное Сопротивление) – параметр, определяющий максимальный ток разряда. Устанавливаемые в автомобильную аудиосистему конденсаторы должны иметь ESR не более 10 мОм. В принципе, под это требование подойдет любой электролитический конденсатор, но это не значит, что этот параметр можно игнорировать – по нему можно однозначно выяснить, ионистор перед вами или конденсатор. Особенно важно обратить внимание на ESR при выборе компактного конденсатора очень высокой (в десятки и сотни Фарад) емкости. И следует отнестись к нему с большим подозрением, если для него производителем ESR не указан.

Нелишне будет выяснить, есть ли у конденсатора зарядное устройство (зарядная схема), ограничивающая зарядный ток. Из-за низкого внутреннего сопротивления конденсатор во время зарядки берет ток, практический равный току короткого замыкания – это может повредить контакты цепи питания и расположенные «по дороге» электронные компоненты. Если зарядной схемы у конденсатора нет, первую его зарядку следует производить через нагрузку – например, через 12-вольтовую лампочку, подключив её последовательно к конденсатору.

Работа мощных автомобильных сабвуферов может сопровождаться проблемами, связанными с большим потреблением тока этими устройствами. Заметить это можно на пиках НЧ, когда сабвуфер «захлебывается».

Это объясняется просадками напряжения на входе питания саба. Исправить проблему помогает накопитель энергии, роль которого играет емкость конденсатора, включенного в цепь питания сабвуфера.

Зачем нужен конденсатор для сабвуфера

Электрический конденсатор представляет собой двухполюсное устройство, способное накапливать, сохранять и отдавать электрический заряд. Конструктивно он состоит из двух пластин (обкладок), разделенных диэлектриком. Важнейшей характеристикой конденсатора является его емкость, отражающая величину энергии, которую он способен накопить. Единицей измерения емкости служит фарада. Из всех типов конденсаторов, наибольшей емкостью обладают электролитические конденсаторы, а также их дальнейшие усовершенствованные родственники — ионисторы.

Чтобы понять, для чего нужен конденсатор, разберемся, что происходит в электрической сети автомобиля при включении в нее низкочастотной автоакустики, имеющей мощность 1 кВт и более. Простой подсчет показывает, что ток, потребляемый такими устройствами, достигает 100 ампер и выше. Нагрузка имеет неравномерный характер, максимумы достигаются в моменты басовых ударов. Просадка напряжения в момент прохождения автозвуком пика громкости НЧ обусловлена двумя факторами:

Наличием внутреннего сопротивления аккумулятора, ограничивающим его способность к быстрой отдаче тока;
Влиянием сопротивления соединительных проводов, вызывающим падение напряжения.

Аккумулятор и конденсатор имеют функциональную схожесть. Оба устройства способны накапливать электрическую энергию, впоследствии отдавая ее нагрузке. Конденсатор это делает значительно быстрее и «охотнее» аккумулятора. Такое свойство и лежит в основе идеи его применения.

Конденсатор подсоединяется параллельно аккумулятору. При резком увеличении потребления тока увеличивается падение напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора и, соответственно, уменьшается на выходных клеммах. В этот момент включается в работу конденсатор. Он отдаёт накопленную энергию, и тем самым компенсирует падение отдаваемой мощности.

Как подобрать конденсатор

Требуемая емкость конденсатора зависит от мощности сабвуфера. Чтобы не вдаваться в сложные вычисления, можно пользоваться простым эмпирическим правилом: на 1 кВт мощности необходима емкость 1 фарада. Превышение этого соотношения идет только на пользу. Поэтому, наиболее распространенный в продаже конденсатор большой емкости в 1 фараду, можно использовать и для сабвуферов мощностью менее 1 кВт. Рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 14 – 18 вольт. Некоторые модели оборудованы цифровым вольтметром – индикатором. Это создает дополнительные удобства в эксплуатации, а электроника, контролирующая заряд конденсатора, позволяет облегчить эту процедуру.

Как подключить конденсатор к сабвуферу

Установка конденсатора не относится к сложным процедурам, но при ее выполнении нужно быть внимательным и соблюдать некоторые правила:

Чтобы избежать заметного падения напряжения, провода, соединяющие конденсатор и усилитель, не должны быть длиннее 50 см.По этой же причине, сечение проводов нужно выбрать достаточно большим;

Следует соблюдать полярность. Плюсовой провод от аккумулятора соединяют с плюсовой клеммой питания усилителя саба и с выводом конденсатора, обозначенным знаком «+». Вывод конденсатора с обозначением «-», соединяется с кузовом автомобиля и с минусовой клеммой питания усилителя.

Если усилитель до этого уже был подключен к «массе», минусовой вывод конденсатора можно зажать той же гайкой, соблюдая при этом длину проводов от конденсатора к усилителю в указанных пределах 50 см;

Подключая конденсатор для усилителя, лучше воспользоваться штатными зажимами для присоединения проводов к его выводам. Если они не предусмотрены, можно воспользоваться пайкой. Следует избегать соединения скруткой, ток через конденсатор протекает значительный.

На рисунке 1 проиллюстрировано подключение конденсатора к сабвуферу.

Как зарядить конденсатор для сабвуфера

Подключать к электрической сети автомобиля, следует уже заряженный автомобильный конденсатор. Необходимость выполнения этого действия объясняется свойствами конденсатора, о которых упоминалось выше. Конденсатор заряжается так же быстро, как и разряжается. Поэтому, в момент включения разряженного конденсатора, токовая нагрузка будет чересчур велика.

Если купленный конденсатор на сабвуфер оснащен электроникой, контролирующей зарядный ток, можно не беспокоиться, смело подсоединяйте его к цепям питания. В противном случае, конденсатор следует заряжать до подключения, ограничивая ток. Удобно использовать для этого обыкновенную автомобильную лампочку, включив ее вразрез цепи питания. Рисунок 2 показывает, как правильно заряжать конденсаторы большой ёмкости.

В момент включения, лампа загорится в полный накал. Максимальный скачок тока будет ограничен при этом мощностью лампы и будет равен ее номинальному току. Далее, в процессе заряда, накал лампы будет ослабевать. По окончании процесса зарядки, лампа потухнет. После этого надо отключить конденсатор от зарядной цепи. Затем можно подключить заряженный конденсатор к цепи питания усилителя.

Если после прочтения статьи остались вопросы по подключению, советуем ознакомится со статьей «Как подключить усилитель в автомобиле».

Дополнительные плюсы установки конденсаторов в автомобилях

Кроме решения проблем с работой сабвуфера, подключаемый в сеть автомобиля конденсатор оказывает положительное влияние на режим работы электрооборудования в целом. Проявляется это следующим образом:

Конденсатор является хорошим фильтром высокочастотных составляющих сетевого напряжения, возникающих при коммутации нагрузок и работе некоторых электронных приборов, его функции благоприятно сказываются на работе всех систем автомобиля;
Применение конденсатора позволяет сгладить скачки напряжения, возникающие при включении и отключении потребителей бортовой сети, что позволяет генератору работать в более ровном режиме;
При запуске автомобиля стартером, конденсатор, безусловно, принимает в нем дополнительное участие, отдавая свой заряд в бортовую сеть. Особенно это актуально зимой, когда возможность аккумулятора отдавать ток снижается, а свойства конденсатора не изменяются.

Конденсатор установлен, и вы заметили, что ваш сабвуфер начал играть интересней. Но если маленько постараться можно заставить его играть еще лучше, предлагаем вам ознакомиться со статьей «Как настроить сабвуфер».

1 / октября / 2018

Зачем нужен конденсатор?

Единственная цель применения конденсаторов в автомобильных аудиосистемах — это борьба с просадками напряжения, т. е. стабилизация напряжения.

Просадки напряжения убили звук? Заряжай конденсатор!

Что плохого в просадках напряжения?

Наилучшее качество звучания и максимальную мощность усилители звука демонстрируют при стабильном напряжении 13,5 — 14 В. Но на практике, без применения конденсаторов, напряжение в системе питания далеко от идеала, а главное, совершенно не стабильно и проседает чуть ли не в такт музыке. При этом у любого усилителя звука значительно снижается эффективность работы, качество звучания и мощность.

Эффективности работы, т.е. уровень мощности и звуковых искажений любого усилителя звука напрямую зависит от напряжения на питающих клеммах.

Почему появляются просадки напряжения?

Во-первых, штатный автомобильный аккумулятор не способен отдавать большие токи достаточно быстро из-за своего большого внутреннего сопротивления (от 30мОм). В результате, вместо 13,5 — 14 В даже при работающем двигателе, особенно в моменты пиковой мощности, например, ударов по барабанам или другого басового импульса, напряжение может проседать на несколько вольт. Такое падение напряжения однозначно приводит к значительному снижению мощности и появлению звуковых искажений, ощутимых на слух даже неопытному слушателю.

Во-вторых, значительная удаленность аккумулятора от усилителей требует применения довольно длинных силовых кабелей. Любой кабель, даже если он сделан из меди и самого подходящего сечения имеет свое, пусть и небольшое сопротивление. Чем длиннее кабель, тем больше его сопротивление, тем больше он препятствует мгновенной передаче больших токов.

В-третьих, в электрической цепи присутствует множество соединительных элементов: держателей предохранителей, разветвителей питания, клемм и др. Каждый из этих элементов соединяет разные металлы, создавая так называемое переходное сопротивление. Конечно, качественные латунные соединительные элементы незначительно влияют на общие просадки напряжения. Однако, как правило, в погоне за ценой многие используют соединительные элементы из низкокачественных сплавов на основе цинка. Это приводит к энергетическим потерям на данных участках цепи.

Как конденсатор решает эту проблему?

Конденсатор или накопитель — это источник питания, который обладает мгновенной скоростью отдачи электроэнергии. Когда штатный аккумулятор и кабели “не успевают предоставить” очередную порцию энергии, усилитель мгновенно получает ее от конденсатора. Отдав частично или полностью свой заряд, конденсатор также мгновенно заряжается. Таким образом, конденсатор стабилизирует напряжение в системе питания.

Проведем аналогию. Представим, что электрический ток — это вода. Для максимально эффективной работы усилителям звука нужно много энергии, т.е. воды. Тогда штатный аккумулятор — это большая бутылка с узким горлышком. Через горлышко не может вылиться много воды сразу, которую требуют усилители звука для обработки мощного широкополосного сигнала или басового импульса. В таком случае, конденсатор — это ведро. Ведром можно быстро черпать и выливать большое количество воды. Таким образом и конденсатор мгновенно отдает и получает снова свой заряд, стабилизируя напряжение на питающих кабелях усилителя.

Конденсатор конденсатору — рознь!

Подавляющее большинство автомобильных аудиосистем просто не может раскрыть свой потенциал ввиду отсутствия конденсаторов в системе питания. Однако, почему же так много споров и мифов по поводу необходимости их применения? К большому сожалению, значительное множество компаний производят низкокачественные конденсаторы, которые не имеют заявленных емкостей и тем более низкого сопротивления. Такие конденсаторы не снижают просадки напряжения, зато имеют красивую упаковку и низкую цену. Доступный товар всегда становится массовым. Отсюда и армия недовольных, считающих, что от конденсаторов нет толку. Подробнее о «пустышках», затмивших рынок caraudio, читайте в статье «Какой конденсатор выбрать».

Высоковольтные конденсаторы . Рынок Электротехники. Отраслевой портал

В статье обсуждается состояние глобального рынка высоковольтных конденсаторов. Читатель должен понимать, что для каждого основного типа используемого в конденсаторах диэлектрика, определение высокого напряжения отличается. Подавляющее большинство конденсаторов, предназначенных для приложений с высоким напряжением, являются конденсаторами на основе электростатической пластиковой пленки, и в этом случае, чаще всего говорят о диэлектриках, представляющих собой пленку полипропиленового типа.

Полипропиленовые пленочные конденсаторы применяются с напряжением в сотни тысяч вольт, и в этом отношении пропиленовая пленка, действительно, выделяется из остальных диэлектриков. Керамические конденсаторы (тоже электростатические), выпускаются для работы с напряжениями до 100 000 Вольт. В статье рассматриваются также и алюминиевые электролитические конденсаторы, особенно с зажимными контактами и защелками, которые выпускаются для напряжений до 500 вольт на ячейку.

Среди других конденсаторов, предназначенных для работы в цепях с высоким напряжением, можно назвать танталовые электролитические конденсаторы, слюдяные конденсаторы, стеклянные конденсаторы, и углеродные конденсаторы. Однако диэлектрики этих типов имеют незначительную долю в общих продажах 2012 года, если их сравнивать с более обширным рынком высоковольтных пленочных конденсаторов, высоковольтными керамическими конденсаторами и высоковольтными алюминиевыми электролитическими.

Высоковольтные пленочные конденсаторы

К высоковольтным конденсаторам на основе пластиковой пленки относится ряд подкатегорий, которые, в основном, определяются их применением. Сюда входят конденсаторы для передачи и распределения энергии высокого напряжения, конденсаторы, используемые в высоковольтных двигателях, конденсаторы для промышленной корректировки мощности высокого напряжения, конденсаторы для высоковольтных микроволновых печей, высоковольтные конденсаторы магнитных дросселей, и специальные высоковольтные пленочные конденсаторы для переключения, фильтрации, стабилизации и увеличения мощности. Такие конденсаторы доступны в диапазонах напряжений от 300 VAC до 1 000 000 VAC (1000 кВ), и представляют собой наиболее распространенное семейство продуктов для высоковольтного оборудования во всем мире. Основной диэлектрик, используемый в пленочных конденсаторах высокого напряжения — это полипропилен, который для создания конденсатора высокого напряжения может применяться сам по себе, или вместе с крафт-бумагой, алюминием, или тонкой фольгой.

Помимо упомянутых выше больших и маленьких цилиндрических конденсаторов, существуют и плоские конденсаторы с радиальным выводом, используемые в печатных платах, изготавливаемые из полипропилена, и считающиеся ответвлением рынка мощных пленочных конденсаторов. В эту ветвь рынка входят конденсаторы с радиальным выводом для переменного и импульсного тока, используемые в таких приложениях как цепи размагничивания в телевизорах на ЭЛТ, и в ряде других специальных применений.

Другим продуктом, заслуживающим внимания, являются конденсаторы на пленке из тефлона, предназначенные для работы при температурах 200 градусов Цельсия, и при высоких напряжениях, от 300 вольт до 1 кВ. Также следует упомянуть традиционные конденсаторы на металлизированной полиэтиленовой пленке, некоторые из которых используются при высоких напряжениях.

Чтобы охватить большую часть применений конденсаторов для корректировки мощности, стабилизации, фильтрации и усиления мощности в оборудовании, связанном с напряжением сети, мы также рассматриваем пленочные конденсаторы, применяемые в таких важных приложениях, как оборона, медицина и нефтегазовая промышленность. Это связано со свойством самовосстановления конденсаторов на пластиковой пленке (при появлении микроскопических проколов или порывов в диэлектрике из пластиковой пленки, она может «залечиться», и минимизировать вероятность пробоя конденсатора или его катастрофического отказа). Пленочные конденсаторы представляют наиболее крупный сегмент применения конденсаторов высокого напряжения в рынке 2012 года.

Алюминиевые электролитические высоковольтные конденсаторы

Часть всего рынка алюминиевых электролитических конденсаторов может быть отнесена к высоковольтным конденсаторам. К этой группе относятся алюминиевые электролитические конденсаторы на защелках и зажимных контактах, которые способны работать в цепях с напряжением от 100 до 500 Вольт. Эти конденсаторы электролитического типа используются, в основном, в инвертерах и в двигателях, где их применяют для фильтрации напряжений.

Алюминиевые конденсаторы не могут работать с теми же типами высокого напряжения, как и электростатические конденсаторы. Однако они обеспечивают значительную емкость, по сравнению, как с пленочными конденсаторами, так и с керамическими электростатическими конденсаторами. Это позволяет им занимать уникальное место в приложениях силовой электроники. Фактически, многие алюминиевые конденсаторы с зажимными контактами в приложениях, связанных с инвертерами, могут иметь величину емкости от 380 до 25 000 микрофарад. Они также могут устанавливаться параллельно или последовательно, чтобы увеличить общее напряжение и емкость, требуемые для работы инвертера, двигателя, или источника питания.

Керамические высоковольтные конденсаторы

В семейство керамических высоковольтных конденсаторов обычно включаются только конденсаторы, работающие с напряжением не менее 500 вольт. Такое напряжение может считаться по своей природе, действительно, высоким напряжением.

Эти конденсаторы могут рассматриваться, как полномочные представители рынка керамических конденсаторов высокого напряжения. К ним относятся многослойные, однослойные и полусферические керамические высоковольтные конденсаторы. Керамические высоковольтные конденсаторы обычно применяются с напряжением от 500 вольт до 100 000 Вольт, и используются, в основном, в специальных источниках энергии, и в связанной с ними силовой электронике. Во всем мире такие приложения относятся к обороне, к медицине, и к забойным насосам.

Другие высоковольтные конденсаторы

Чтобы не оставлять в стороне другие диэлектрики, следует отметить, что некоторые продукты на их основе также можно считать относящимися к высокому напряжению. Их не следует исключать из обзора, и поэтому они упоминаются здесь.

— Танталовые электролитические конденсаторы

Танталовые конденсаторы на основе электролита высокой проводимости используются в медицинских имплантатах. Они работают с напряжением от 600 вольт до 1 кВ. Эти конденсаторы по своей природе являются электролитическими конденсаторами, и их уникальная конструкция обеспечивает большую емкость, сравнимую с электролитическими алюминиевыми конденсаторами. Однако танталовые конденсаторы служат дольше.

— Конденсаторы из слюдяной бумаги

Рынок конденсаторов на основе восстановленной слюды является относительно небольшим, однако их уникальная конструкция предоставляет потребителям две специфических возможности — работа при температуре в 200 градусов Цельсия, и работа с высоким напряжением, от 1 кВ до 30 кВ. Слюдяные конденсаторы используются почти исключительно в оборонных приложениях, таких, как детонаторы, и системы зажигания для реактивных двигателей.

— Стеклянные конденсаторы

Конденсаторы из специального стекла изготавливаются исключительно по военным спецификациям, в соответствии с документом MIL-C-11272. Эти стеклянные конденсаторы работают при напряжении в 500 Вольт и используются, как для оборонных приложений, так и для приложений, связанных с забойными насосами.

— Углеродные конденсаторы

Углеродные конденсаторы характеризуются уникальным дизайном и строением, и предлагают пользователям высокую плотность энергии при высоком напряжении (до 1,2 кВ). Применение таких конденсаторов носит почти исключительно военный характер.

Высоковольтные конденсаторы, как часть общего рынка конденсаторов

Основным результатом настоящего отчета является то, что в 2012 году размер рынка конденсаторов высокого напряжения составит в годовом объеме 16% величины всего рынка конденсаторов. Это большой глобальный рынок, на котором спрос образуется, в первую очередь, благодаря приложениям, связанным с оборудованием обслуживания электрических линий, а также приложениям специального характера, таким как оборона, оборудование нефтегазовой промышленности, и медицинские устройства.

Конфигурация компонентов рынка высоковольтных конденсаторов

(малые цилиндрические, большие цилиндрические, выводные и SMD)

«Цилиндры» отдельных конденсаторов составляют самую большую часть рынка конденсаторов высокого напряжения. На их долю приходится около 74% всего потребления, в то время как традиционные компоненты (чипы, с осевыми и радиальными выводами) составляют в 2012 году в денежном выражении всего 26%.

«Цилиндрические» конденсаторы используются для передачи и распределения электроэнергии и для управления двигателями. Сюда же относятся мощные пленочные конденсаторы, конденсаторы, применяемые для промышленной коррекции мощности, конденсаторы магнитных дросселей, конденсаторы микроволновых печей, алюминиевые конденсаторы с зажимными контактами и с защелками. Компоненты этой группы включают в себя пленочные конденсаторы импульсного и переменного тока (с радиальными выводами), керамические конденсаторы (многослойные, однослойные, с осевыми и радиальными выводами, и полусферические). Сюда же входят, электролитические танталовые конденсаторы (с осевыми выводами), слюдяные конденсаторы (с осевыми выводами) и стеклянные конденсаторы (с радиальными выводами).

Приведенная ниже схема, разбивает «цилиндрические» высоковольтные конденсаторы на группы. В первую группу выделяются малые цилиндрические конденсаторы (для управления двигателями, промышленной корректировки мощности, для магнитных дросселей, микроволновых печей и алюминиевые конденсаторы на защелках — 45 % объема потребления). Ко второй группе относятся «крупные цилиндрические» конденсаторы (конденсаторы, используемые в передаче и распределении энергии и алюминиевые конденсаторы с зажимными контактами — 29% всего потребления конденсаторов высокого напряжения).

На схеме также показаны чипы поверхностного монтажа (все многослойные), используемые для высоковольтных приложений (9% общего объема), а также выводные конденсаторы (как с осевым, так и с радиальным выводом), такие как конденсаторы с радиальным выводом для импульсного и переменного тока (они составляют 17% объема всех конденсаторов высокого напряжения). К этой же группе относятся керамические выводные конденсаторы, танталовые электролитические конденсаторы и слюдяные конденсаторы.

Высоковольтные конденсаторы: Спрос на рынке конечного потребителя

Следующая схема иллюстрирует потребление высоковольтных конденсаторов в сегменте рынка, относящегося к конечным пользователям. В этой схеме мы показываем агрегированное потребление конденсаторов вне зависимости от типа диэлектрика. Читатель должен учесть, что многие из рынков конечных пользователей потребляют больше одного типа конденсатора высокого напряжения. Основной таких рынков являются поставщики энергии — организации, поставляющие и распределяющие электроэнергию, промышленные генераторы и инвертеры, двигатели, а также оборонная электроника, промышленные системы корректировки мощности и другие рынки, связанные с электрическими сетями.

Предметом интереса являются небольшие специализированные сегменты конечных потребителей, где требование высокого напряжения также дополняется другими требованиями, такими, как высокая температура (200 градусов Цельсия, и выше), высокая частота (превышающая 1 Ггц), способность работать в условиях радиации, коррозии, или очень сильной вибрации в течение длительных промежутков времени. К таким рынкам относятся оборона, электроника нефтегазовой отрасли, медицинская электроника, производство полупроводников и другие нестандартные рынки, которые совместно обеспечили в 2012 году объем в 13% потребления высоковольтных конденсаторов.

разбивает «цилиндрические» высоковольтные конденсаторы на группы. В первую группу выделяются малые цилиндрические конденсаторы (для управления двигателями, промышленной корректировки мощности, для магнитных дросселей, микроволновых печей и алюминиевые конденсаторы на защелках — 45 % объема потребления). Ко второй группе относятся «крупные цилиндрические» конденсаторы (конденсаторы, используемые в передаче и распределении энергии и алюминиевые конденсаторы с зажимными контактами — 29% всего потребления конденсаторов высокого напряжения).

Прогноз: Перспективы высоковольтных конденсаторов для сегмента конечных пользователей в 2017 году

Основным растущим рынком высоковольтных конденсаторов станут промышленные приводы и инвертеры, PSC-двигатели, электроника нефтегазовой промышленности, и медицинская электроника. Спад будет происходить на рынке телевизоров (размагничивание), микроволновых печей (серьезное давление на снижение цен) и балластного освещения (замена на LED).

Предполагается, что в ближайшие пять лет основные рынки высоковольтных конденсаторов останутся в трех основных регионах мира — Азиатско-Тихоокеанский, США, и Европа. Рост по типам конденсаторов будет идти в основном в сегменте больших цилиндрических электролитических конденсаторов, высоковольтных многослойных конденсаторов, а также танталовых электролитических конденсаторов, слюдяных, и стеклянных конденсаторов. Рост пленочных конденсаторов останется стабильным, хотя в некоторых сегментах наметится спад. Это такие сегменты, как дроссельные конденсаторы, конденсаторы для микроволновых печей, и конденсаторы для размагничивания.

В результате, рост пленочных конденсаторов снизится по сравнению с алюминиевыми и керамическими конденсаторами. Но в целом, высоковольтные конденсаторы останутся значительной частью глобальной индустрии конденсаторов, и сохранятся в тех сегментах рынка, которые продолжат быть значимо доходными для производителей. Эта тенденция особенно усилится после того, когда требования высокого напряжения сравняются с требованиями к работе в условиях высокой температуры, высокой частоты, сильной вибрации, коррозии, радиации, и других аспектов по-настоящему суровой окружающей среды.

Конденсатор: применение и виды

Содержание

1 Конденсатор – что такое?
2 Где применяются конденсаторы
3 Типы конденсаторов
4 Виды конденсаторов
5 Принцип работы конденсатора
6 Характеристики конденсатора
7 От чего зависит емкость
8 Свойства конденсатора
9 Видео

В магазинах электротехники конденсаторы чаще всего можно увидеть в виде цилиндра, внутри которого располагается множество лент из пластин и диэлектриков.

Конденсатор – что такое?

Конденсатор – это часть электрической цепи, состоящей из 2 электродов, которые способны накапливать, сосредотачивать или передавать ток другим устройствам. Конструктивно электроды представляют собой обкладки конденсатора, у которых заряды противоположны. Для того чтобы устройство работало, между пластинами размещен диэлектрик – элемент, не позволяющий двум пластинам соприкоснуться друг с другом.

Определение конденсатора произошло от латинского слова «condenso», что обозначает уплотнение, сосредоточение.

Конденсатор с обкладками

Элементы для пайки емкостей служат для транспортировки, измерения, перенаправления и передачи электроэнергии и сигналов.

Где применяются конденсаторы

Как подобрать конденсатор

Каждый начинающий радиолюбитель часто задается вопросом: для чего нужен конденсатор? Новички не понимают, зачем он нужен, и ошибочно считают, что он может полноценно заменить батарейку или блок питания.

В комплектацию всех радиоустройств входят конденсаторы, транзисторы и резисторы. Данные элементы составляют кастет платы или целый модуль в схемах со статичными значениями, что делает его базой для любого электроприбора, начиная от небольшого утюга и заканчивая промышленными приборами.

Модульный конденсатор

Применение конденсаторов чаще всего наблюдается в качестве:

Фильтрующего элемента для ВЧ и НЧ помех;
Нивелира резких скачков переменного тока, а так для статики и напряжения на конденсаторе;
Выравнивателя пульсаций напряжения.

Назначение конденсатора и его функции определяются целями использования:

Общего назначения. Это конденсатор, в конструкции которого присутствуют только низковольтные элементы, расположенные на небольших платах, например, таких приборах, как телевизионный пульт, радио, чайник и т.д.;
Высоковольтные. Конденсатор в цепи постоянного тока поддерживает производственные и технические системы, находящиеся под высоким напряжением;
Импульсные. Емкостный формирует резкий скачок напряжения и подает его на принимающую панель устройства;
Пусковые. Используются для пайки в тех устройствах, которые предназначены для запуска, включения/выключения приборов, например, пульт или блок управления;
Помехоподавляющие. Конденсатор в цепи переменного тока используется в спутниковом, телевизионном и военном оборудовании.

Типы конденсаторов

Устройство конденсатора определятся видом диэлектрика. Он бывает следующих типов:

Жидкий. Диэлектрик в жидком виде встречается нечасто, в основном, такой вид используется в промышленности или для радиоустройств;
Вакуумный. Диэлектрик в конденсаторе отсутствует, а вместо него расположены пластины в герметичном корпусе;
Газообразный. Основан на взаимодействии химических реакций и применяется для производства холодильного оборудования, производственных линий и установок;
Электролитический конденсатор. Принцип основан на взаимодействии металлического анода и электрода (катода). Оксидный слой анода является полупроводниковой частью, вследствие чего такой вид элемента схемы считается наиболее производительным;
Органический. Диэлектрик может быть бумажным, пленочным и т.д. Он не способен накапливать, а только лишь слегка нивелировать скачки напряжения;
Комбинированный. Сюда относятся металло-бумажные, бумажно-пленочные и т.д. Коэффициент полезного действия увеличивается, если в состав диэлектрика входит металлическая составляющая;
Неорганический. Выделяют наиболее распространенные: стеклянный и керамический. Их использование обуславливается долговечностью и прочностью;
Комбинированный неорганический. Стекло-пленочный, а также стекло-эмалевый, которые выделяются отличными нивелирующими свойствами.

Комбинированные конденсаторы

Виды конденсаторов

Конденсатор CBB61

Элементы радиоплаты различаются по типу изменения емкости:

Постоянные. Элементы поддерживают постоянную емкость напряжения до конца всего срока годности. Данный вид наиболее распространенный и универсальный, так как он подходит для того, чтобы сделать любой тип устройств;
Переменные. Обладают способностью к перемене объема емкости при использовании реостата, варикапы или при изменении температурного режима. Механический метод с помощью реостата предполагает впайку дополнительного элемента на плату, в то время как при использовании вариконды изменяется лишь объем поступающего напряжения;
Подстроечные. Являются наиболее гибким видом конденсатора, с помощью которого можно максимально быстро и эффективно увеличить пропускную способность системы при минимальных реконструкциях.

Принцип работы конденсатора

Конденсатор 2a104j

Рассмотрим, как работает конденсатор при подключении к источнику питания:

Накопление заряда. При подключении к сети ток направляется на электролиты;
Заряженные частицы распределяются на пластину, согласно своему заряду: отрицательные – на электроны, а положительные – на ионы;
Диэлектрик служит преградой между двумя пластинами и не дает частицам смешиваться.

Конденсатор с диэлектриком

Определение емкости конденсатора проводится путем расчета отношения заряда одного проводника к его потенциальной мощности.

Важно! Диэлектрик также способен снимать образовавшееся напряжение на конденсаторе в процессе работы устройства.

Характеристики конденсатора

Характеристики условно делятся на пункты:

Величина отклонения. В обязательном порядке каждый конденсатор перед тем, как попасть в магазин, проходит ряд тестов на производственной линии. После проведения испытаний каждой модели производитель указывает диапазон допустимых отклонений от исходного значения;
Величина напряжения. В основном используются элементы напряжением 12 или 220 Вольт, но также существуют и на 5, 50, 110, 380, 660, 1000 и более Вольт. Для того чтобы избежать перегорания конденсатора, пробоя диэлектрика, лучше всего приобретать элемент с запасом напряжения;
Допустимая температура. Данный параметр очень важен для мелких устройств, работающих от сети 220 Вольт. Как правило, чем больше напряжение, тем выше уровень допустимой температуры для работы. Температурные параметры измеряются с помощью электронного термометра;
Наличие постоянного или переменного тока. Пожалуй, один из важнейших параметров, так как от него полностью зависит производительность проектируемого оборудования;
Количество фаз. В зависимости от сложности устройства, можно использовать однофазные или трехфазные конденсаторы. Для подключения элемента напрямую достаточно однофазного, а если плата представляет собой «город», то рекомендуется использовать трехфазный, так как он более плавно распределяет нагрузку.

Емкостные конденсаторы

От чего зависит емкость

Емкость конденсатора зависит от типа диэлектрика и указывается на корпусе, измеряется в мкФ или uF. Варьируется в диапазоне от 0 до 9 999 пФ в пикофарадах, тогда как в микрофарадах – от 10 000 пФ до 9 999 мкФ. Эти характеристики прописаны в государственном стандарте ГОСТ 2.702.

Обратите внимание! Чем больше емкость электролитов, тем больше время зарядки, и тем больше заряда устройство сможет передать.

Чем больше величина нагрузки или мощность прибора, тем короче время разряда. При этом сопротивление играет немаловажную роль, так как от него зависит количество исходящего электропотока.

Главной частью конденсатора является диэлектрик. Он обладает следующим рядом характеристик, влияющих на мощность оборудования:

Сопротивление изоляции. Сюда относится как внутренняя, так и внешняя изоляция, сделанная из полимеров;
Максимальное напряжение. Диэлектрик определяет, какое напряжение конденсатор способен накапливать или передавать;
Величина потерь энергии. Зависит от конфигурации диэлектрика и его характеристик. Как правило, энергия рассеивается постепенно или резкими импульсами;
Уровень емкости. Для того чтобы конденсатор мог сохранять небольшое количество энергии непродолжительное время, необходимо, чтобы он поддерживал постоянный объем емкости. Чаще всего, он выходит из строя именно по причине невозможности пропускать заданный объем напряжения;

Полезно знать! Аббревиатура «АС», расположенная на корпусе элемента, обозначает переменное напряжение. Накопленное напряжение на конденсаторе невозможно использовать или передавать – его необходимо гасить.

Конденсатор минимальной емкости

Свойства конденсатора

Конденсатор выступает в роли:

Индуктивной катушки. Рассмотрим на примере обычной лампочки: она загорится, только если подключить ее напрямую к источнику переменного тока. Отсюда вытекает правило, что чем больше емкость, тем мощнее будет световой поток лампочки;
Накопителя заряда. Свойства позволяют ему быстро заряжаться и разряжаться, тем самым создавая сильнейший импульс с малым сопротивлением. Применяется для производства различных видов ускорителей, лазерных установок, электровспышек и т.д.;
Аккумулятора полученного заряда. Мощный элемент способен продолжительное время сохранять полученную порцию тока, при этом он может служить адаптером для других устройств. По сравнению с аккумуляторной батареей, конденсатор теряет часть заряда по истечению времени, а также не способен вместить большой объем электричества, например, для промышленных масштабов;
Зарядки электродвигателя. Подключение осуществляется через третий вывод (рабочее напряжение конденсатора на 380 или 220 Вольт). Благодаря новой технологии, стало возможным использование трехфазного двигателя (с поворотом фазы на 90 градусов), при использовании стандартной сети;
Устройства-компенсатора. Используется в промышленности для стабилизации реактивной энергии: часть поступающей мощности растворяется и на выходе из конденсатора корректируется под определенный объем.

Видео

Мультипекарь Redmond RMB-611

2172 ₽ Подробнее

Мультипекарь Redmond RMB-611

2172 ₽ Подробнее

Встраиваемые электрические духовые шкафы

Оцените статью:

Зачем нужны конденсаторы? Подключение конденсатора. Что такое конденсатор и для чего он нужен

В мощных автомобильных аудиосистемах нередко можно встретить такой элемент как буферный конденсатор. Зачем он нужен и что собой представляет? Давайте разбираться.

А ОНО ВООБЩЕ НАДО?
Для начала давайте вспомним, что такое конденсатор вообще. Конденсатор — это устройство, которое может накапливать электрический заряд, держать его в себе, и при необходимости отдавать. Емкость конденсаторов измеряется в Фарадах. 1 Фарад — это, кстати, весьма приличная величина. Чтобы конденсатор работал, его необходимо подключить параллельно аккумулятору (плюс к плюсу и минус к минусу). Про такое подключение обычно говорят «включен в буфер с аккумулятором», отсюда и название — буферный конденсатор. Ставят их, как правило, поближе к усилителям.
Итак, зачем он нужен? Он не является дополнительным источником питания, а просто держит в себе электрический заряд, поэтому на первый взгляд вроде бы абсолютно бесполезен. Но, тем не менее, польза от него есть, и немалая.
В каждый момент времени усилитель потребляет разный ток. Например, когда лабух по бас-бочке шарахает или в клубной музыке сочные басовые удары отбивают ритм, то это сопровождается скачками потребления тока. Поскольку питающие кабели имеют определенное сопротивление (это мы подробно разжевали в прошлом номере), то из-за него в эти моменты напряжение на клеммах усилителя неизбежно подсаживается. Такая нестабильность питания — причина искажений звукового сигнала и всех остальных сопутствующих неприятностей.
Что же изменится, если мы подключим параллельно клеммам усилителя конденсатор? А изменится следующее — конденсатор будет накапливать от аккумулятора заряд в те моменты, когда усилитель потребляет маленький ток, и будет быстро отдавать его, когда усилителю понадобится большой ток, компенсируя этим самым просадку напряжения на кабеле. В итоге усилитель получает более стабильное питание, а, значит, и искажений становится меньше, бас сочнее, все счастливы.
Впрочем, тут, наверняка, последуют возражения, мол, если провод будет достаточно толстый, то и потерь на нем будет мало, и зачем тогда конденсатор? Но конденсатор и в этом случае окажется нелишним. Токопотребление усилителя обычно изменяется очень резко, а любой обычный аккумулятор относительно инертен. Он, несомненно, способен отдать большой заряд, но он не может делать это мгновенно, так, как это бывает нужно усилителю. Следствие этой тормознутости — опять же нехватка питания в самые начальные моменты резких пиков токопотребления. Конденсатор же способен отдавать заряд очень быстро, гораздо быстрее, чем аккумулятор. Он компенсирует эту аккумуляторную медлительность, и усилитель снова получает полноценное питание.

Конденсатор компенсирует негативное влияние сопротивления питающего кабеля, но для этого он должен быть установлен как можно ближе к самому усилителю, в идеале между ним и усилителем вообще должно быть не больше 10-20 см питающего провода. Иначе эффект от его применения сводится практически к нулю.

ИЗ ИСТОРИИ
Прародитель современных конденсаторов — лейденская банка, изобретенная в 1745 году голландским ученым Мушенбруком и его учеником Кюнеусом, живших в городе Лейден. Параллельно и независимо от них похожее устройство под названием „медицинская банка»изобрел немецкий учёный Клейст. Устройства были способны накапливать заряд, и с их помощью впервые удалось получить искусственным путем электрическую искру.

КСТАТИ
В одной из инсталляций мной было подсмотрено одно интересное решение — в непосредственной близости к усилителю установлена самодельная батарея из конденсаторов небольшой емкости. Для еще большего улучшения скорострельности они были шунтированы совсем мелкими конденсаторами, емкостью всего лишь 0,1-1 микрофарад. Система была рассчитана не на громкость, а на качество звука. Результат весьма впечатлил, конденсатор повлиял на звучание не только низких, но и даже средних частот.

Выбирая конденсатор для своей аудиосистемы, придерживайтесь правила — 1 фарад на каждые 1000 Вт RMS мощности усилителя.

Емкость конденсаторов измеряется в фарадах. 1 фарад — это очень большая емкость. Такой емкостью обладал бы шар, радиус которого был бы равен 13 (!) радиусам Солнца. Для сравнения, емкость нашей Земли (вернее шара размером с Землю, как отдельного уединенного проводника) составляет всего около 700 микрофарад.

ЛУЧШЕ МЕНЬШЕ, ДА ЛУЧШЕ
Рынок предлагает немало моделей -от относительно небольших „кондеров», емкостью 0,5 фарад, до монструозных агрегатов емкостью в десятки фарад. Какой выбрать? Всегда ли большая емкость — это хорошо?
Выбирать подходящий конденсатор нужно в соответствии с мощностью усилителей. Можно исходить из экспериментально установленного правила „1 фарад на 1000 Вт» (естественно, имеются ввиду не какие-нибудь максимальные 1000 Вт, измеренные черт знает как, а 1000 Вт RMS мощности). Скажем, питание одноканального басового усилителя мощностью 700 Вт вполне можно подпереть 1-фарадным конденсатором, а к 4-канальнику с номиналом 4×100 Вт вполне подойдет емкость 0,5 фарад.
А можно ли установить конденсатор большей емкости? Можно, но все дело в том, что большие конденсаторы обычно менее скорострельны — они больше будут похожи просто на еще один дополнительный медлительный аккумулятор, чем на быстрый конденсатор. Поэтому их есть смысл использовать, только если вы строите действительно мощную аудиосистему, рассчитанную на „колбасную» музыку с тяжелыми басами и не слишком быстрой атакой звука, например, клубной музыки. Способность конденсатора быстро отдавать заряд при этом отходит на второй план.
Правда, если вы собираетесь на соревнования по SPL (неограниченному звуковому давлению) или просто любитель громкой музыки с очень низкими и протяжными басами, то особо на поддержку конденсатора можете не рассчитывать. Ведь весь принцип его работы заключается в отдаче накопленного заряда в самый первый момент токопотребления усилителя. Дальше „пустая банка», включенная параллельно усилителю, может принести больше вреда, чем пользы.
Если же вы считаете, что большой конденсатор вам ну просто ужас как необходим, но вы не хотите терять в скорости его реакции на изменения сигнала, то нужную емкость можно набрать параллельным включением нескольких небольших конденсаторов.

КСТАТИ

В продаже можно встретить не только „чистые» конденсаторы, но и гибриды „конденсатор плюс небольшой аккумулятор». По задумке разработчиков аккумулятор должен обеспечить емкость как у больших конденсаторов, а входящий в состав устройства небольшой конденсатор должен обеспечить быстроту реакции устройства на изменяющееся токопотребление усилителя.

КАК ПРАВИЛЬНО ЗАРЯДИТЬ КОНДЕНСАТОР?
Не секрет, что ковыряться в проводке и подключать всякие девайсы нужно при скинутых с аккумулятора клеммах, это обычное правило безопасности. Но допустим, вы все установили, подключили и решили, что пора уже включать. И все бы ничего, но многие при этом забывают, что при самом первом включении конденсатор пока еще разряжен. А ведь это устройство, которое способно не только отдавать, но и накапливать заряд очень быстро. Так что как только клеммы коснутся аккумулятора, пустая „банка» сразу же начнет заряжаться, через конденсатор лотечет огромный ток, и на несколько секунд он просто станет перемычкой, закоротив „+» и „-» аккумулятора. Как минимум, пострадают клеммы, став на время подобием сварочных электродов, ну а о предохранителях, наверное, и вовсе уж говорить не стоит. Что же делать? Как правильно зарядить конденсатор, чтобы избежать этого?
Самый простой вариант- использовать любую 12-вольтовую лампочку. Перед тем, как накидывать клемму, просто на несколько секунд включите ее между аккумуляторной и накидываемой клеммами. Конденсатор начнет заряжаться, но резкого броска тока уже не произойдет. Конденсатор будет спокойно заряжаться через лампочку, по мере заряда она будет светить все тусклее и тусклее, и когда совсем погаснет, то это и будет означать, что конденсатор зарядился, и можно спокойно одевать и фиксировать клемму.

При параллельном включении конденсаторов их емкость складывается

КСТАТИ

Многие конденсаторы оснащены схемами „мягкого заряда». Они имеют неоспоримое преимущество -их не нужно заряжать через лампочку, схема исключает бросок тока при подключении „пустого» конденсатора. Удобно? Безусловно. Но такая схема — это лишнее сопротивление в силовой цепи, которое делает конденсатор, к сожалению, практически бесполезным. Однажды для журнала Car Music мы проводили сравнительный тест конденсаторов. Брали усилитель, подключали его заведомо тонким проводом, „грузили» его сложным сигналом (кому интересно — последовательности 50-герцовых импульсов с частотой 130 ударов в минуту) и следили, при каком уровне этого сигнала напряжение питания усилителя „просядет» до порога его отключения. Так вот, когда мы подключали конденсаторы с такой схемой soft charge, то разницы практически не было. Зато аскетичные „банки», у которых не было вообще ничего лишнего, позволяли повысить уровень сигнала, прежде, чем усилитель начнет вырубаться, до 2,5-3 дБ, а это почти в два раза! Так что десять раз подумайте, прежде чем купить „удобный кондер с наворотами», эти навороты могут принести больше вреда, чем пользы.

Текст и рисунки Антон Николаев, фото из разных источников.

Конденсатор – распространенное двухполюсное устройство, применяемое в различных электрических цепях. Он имеет постоянную или переменную ёмкость и отличается малой проводимостью, он способен накапливать в себе заряд электрического тока и передавать его другим элементам в электроцепи.
Простейшие примеры состоят из двух пластинчатых электродов, разделенных диэлектриком и накапливающих противоположные заряды. В практических условиях мы используем конденсаторы с большим числом разделенных диэлектриком пластин.

Заряд конденсатора начинается при подключении электронного прибора к сети. В момент подключения прибора на электродах конденсатора много свободного места, потому электрический ток , поступающий в цепь, имеет наибольшую величину. По мере заполнения, электроток будет уменьшаться и полностью пропадет, когда ёмкость устройства будет полностью наполнена.

В процессе получения заряда электрического тока, на одной пластине собираются электроны (частицы с отрицательным зарядом), а на другой – ионы (частицы с положительным зарядом). Разделителем между положительно и отрицательно заряженными частицами выступает диэлектрик, в качестве которого могут использоваться различные материалы.

В момент подключения электрического устройства к источнику питания, напряжение в электрической цепи имеет нулевое значение. По мере заполнения ёмкостей напряжение в цепи увеличивается и достигает величины, равной уровню на источнике тока.

При отключении электрической цепи от источника питания и подключении нагрузки, конденсатор перестает получать заряд и отдает накопленный ток другим элементам. Нагрузка образует цепь между его пластинами, потому в момент отключения питания положительно заряженные частицы начнут двигаться по направлению к ионам.

Начальный ток в цепи при подключении нагрузки будет равняться напряжению на отрицательно заряженных частицах, разделенному на величину сопротивления нагрузки. При отсутствии питания конденсатор начнет терять заряд и по мере убывания заряда в ёмкостях, в цепи будет снижаться уровень напряжения и величины тока. Этот процесс завершится только тогда, когда в устройстве не останется заряда.

На рисунке выше представлена конструкция бумажного конденсатора:
а) намотка секции;
б) само устройство.
На этой картинке:

Бумага;
Фольга;
Изолятор из стекла;
Крышка;
Корпус;
Прокладка из картона;
Оберточная бумага;
Секции.

Ёмкость конденсатора считается важнейшей его характеристикой, от него напрямую зависит время полной зарядки устройства при подключении прибора к источнику электрического тока. Время разрядки прибора также зависит от ёмкости, а также от величины нагрузки. Чем выше будет сопротивление R, тем быстрее будет опустошаться ёмкость конденсатора.

В качестве примера работы конденсатора можно рассмотреть функционирование аналогового передатчика или радиоприемника. При подключении прибора к сети, конденсаторы, подключенные к катушке индуктивности, начнут накапливать заряд, на одних пластинах будут собираться электроды, а на других – ионы. После полной зарядки ёмкости устройство начнет разряжаться. Полная потеря заряда приведет к началу зарядки, но уже в обратном направлении, то есть, пластины имевшие положительный заряд в этот раз будут получать отрицательный заряд и наоборот.

Назначение и использование конденсаторов

В настоящее время их используют практически во всех радиотехнических и различных электронных схемах.
В электроцепи переменного тока они могут выступать в качестве ёмкостного сопротивления. К примеру, при подключении конденсатора и лампочки к батарейке (постоянный ток), лампочка светиться не будет. Если же подключить такую цепь к источнику переменного тока, лампочка будет светиться, причем интенсивность света будет напрямую зависеть от величины ёмкости используемого конденсатора. Благодаря этим особенностям, они сегодня повсеместно применяются в цепях в качестве фильтров, подавляющих высокочастотные и низкочастотные помехи.

Конденсаторы также используются в различных электромагнитных ускорителях, фотовспышках и лазерах, благодаря способности накапливать большой электрический заряд и быстро передавать его другим элементам сети с низким сопротивлением, за счет чего создается мощный импульс.

Во вторичных источниках электрического питания их применяют для сглаживания пульсаций при выпрямлении напряжения.

Способность сохранять заряд длительное время дает возможность использовать их для хранения информации.

Использование резистора или генератора тока в цепи с конденсатором позволяет увеличить время заряда и разряда ёмкости устройства, благодаря чему эти схемы можно использовать для создания времязадающих цепей, не предъявляющих высоких требований к временной стабильности.

В различной электрической технике и в фильтрах высших гармоник данный элемент применяется для компенсации реактивной мощности.

В электротехнике и радиоэлектронике широкое распространение получили различные виды конденсаторов. Каждый из них представляет собой устройство с двумя полюсами, имеющее определенное или переменное значение емкости и очень малую проводимость. Самый простой вариант конденсатора включает в себя два электрода в виде пластин или обкладок, где накапливаются разряды с противоположным значением. Чтобы избежать замыкания, они разделяются между собой тонкими .

Стандартный выпускаемый конденсатор состоит из электродов в виде многослойного рулона лент, разделяемых диэлектриком. Конфигурация конденсатора, чаще всего, представляет собой параллелепипед или цилиндр.

Как работает конденсатор

В сравнении с обычной батареей, конденсатор имеет существенные отличия. У него совершенно другая максимальная емкость, а также скорость зарядки и разрядки.

При подключении к источнику питания в самом начале ток зарядки будет иметь максимальное значение. Однако, по мере того, как заряд накапливается, наблюдается постепенное уменьшение тока, который полностью пропадает при полном заряде. Напряжение во время зарядки, наоборот, увеличивается и по окончании процесса становится равным напряжению в источнике питания.

Обозначение конденсаторов на схеме.

В случае подключения нагрузки при отключенном источнике питания, конденсатор сам становится источником тока. В этот момент, между пластинами происходит образование цепи. Через нагрузку происходит движение отрицательно заряженных электронов к ионам, обладающим положительным зарядом. В данном случае, вступает в силу закон притяжения разноименных зарядов. При прохождении тока через нагрузку происходит постепенная потеря заряда и, в конечном итоге, разрядка конденсатора. Одновременно, снижается напряжение и ток. Процесс разрядки считается завершенным, когда напряжение на электродах будет равным нулю.

Время зарядки полностью зависит от величины , а время его разрядки находится в зависимости от величины подключаемой нагрузки.

Применение конденсаторов

Конденсаторы, так же как транзисторы и , нашли широкое применение для электронных и радиотехнических схем. В электрических цепях они играют роль емкостного сопротивления. Благодаря способности к быстрой разрядке и созданию импульсов, они применяются в конструкциях фотовспышек, лазерах и ускорителях электромагнитного типа.

Очень эффективны конденсаторы при переключении электродвигателя с 380 на 220 вольт. Во время переключения к третьему выводу, происходит сдвиг фазы на 90 градусов. Таким образом, появляется возможность подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть.

Конденсатор (с латинского «condensare» — «уплотнять», «сгущать», в простонародье «кондер») — один из самых распространенных элементов в радиоэлектронике, после резистора. Состоит из двух обкладок разделенных диэлектриком малой толщины, по сравнению с толщиной этих обкладок. Но на практике эти обкладки свернуты в многослойный рогалик, ой рулон в форме цилиндра или параллелепипеда разделенных все тем же диэлектриком.

Принцип работы конденсатора

Заряд. При подключении к источнику питания на обкладках скапливаются заряды. При зарядке на одной пластине скапливаются положительно заряженные частицы (ионы) , а на другой отрицательно заряженные частицы (электроны) . Диэлектрик служит препятствием, чтобы частицы не перескакивали на другую обкладку. При зарядке вместе с емкостью растет и напряжение на выводах и достигает максимума, равного напряжению источника питания.

Разряд. Если после зарядки конденсатора отключить питание и подключить нагрузку, конденсатор уже будет играть роль источника тока. Электроны начнут двигаться в через нагрузку, которая при подключении образовывает замкнутую цепь, к ионам (по закону притяжения между разноименными разрядами).

Основными параметрами конденсатора являются:

Номинальная емкость — это его основная характеристика, подразумевает объем электрических зарядов. Измеряется емкость в Фарадах (сокращенно Ф) , на практике часто встречаются мкФ (1мкФ = 0,000001 Ф ), нФ (1нФ = 0,000000001 Ф ), пФ (1пФ = 0,000000000001 Ф) , так как емкость в 1Ф очень велика. Но есть такой компонент который может иметь емкость даже больше 1 Фарады его называют ионистр (о нем и о других я расскажу позже) .
Номинальное напряжение — это максимальное напряжение, при котором конденсатор может надежно и долго работать, измеряется конечно же в вольтах (сокращенно В) . При превышении напряжения конденсатор выйдет из строя. В случаях когда необходимо поменять конденсатор, а с нужной емкостью имеется, но он рассчитан на большее напряжение по сравнению с вышедшем из строя его можно спокойно ставить (например «сгорел» конденсатор 450мкФ 10В, его можно заменить на 450мкФ 25В ). Главное чтобы он по габаритам поместился в вашу плату.
Допуск отклонения — допустимое отклонение величины его реальной ёмкости от указанной на корпусе. Обозначается в процентах. Допуск у конденсаторов может достигать 20 – 30%. В устройствах, где требуется особая точность, применяются конденсаторы с малым допуском (1% и менее) .
Температурный коэффициент емкости — встречается на электролитических конденсаторах. Емкость алюминиевого электролитического конденсатора зависит от температуры. С понижением температуры (особенно ниже 0°C) повышается вязкость электролита и его ESR (удельное электрическое сопротивление) , что ведет к уменьшению емкости конденсатора.

Для чего же нужны конденсаторы и с чем их «едят».

В цепи переменного тока конденсатор нужен в роли емкостного сопротивления. Если в цепи с постоянным током конденсатор подключить последовательно лампочке, она светится не будет, а в цепи с переменном током она загорится. И будет святится даже ярче и чем выше емкость конденсатора тем ярче будет свет. За счет этого свойства конденсаторы часто используются в качестве фильтрации пульсирующего тока (его основная задача во многих схемах) , он хорошо подавляет ВЧ и НЧ помехи, скачки переменного тока и пульсации напряжения.
За счет своей главной особенности накапливать электрический заряд и затем быстро его отдавать создавая импульс, делает их незаменимыми при изготовлении фотовспышек, магнитных ускорителей, стартеров и т.п.
Конденсаторы также используются для запуска трехфазных двигателей на однофазном питании, подключая к третьему выводу он сдвигает фазу на 90 градусов.
Благодаря способности накапливать и отдавать заряд, конденсаторы используют в схемах в которых нужно сохранить информацию на длительное время. Но к сожалению, он значительно уступает в способности накапливать энергию аккумуляторным батареям питания, из-за саморазряда и не способности накопить электроэнергию большей величины.

Во всех радиотехнических и электронных устройствах кроме транзисторов и микросхем применяются конденсаторы. В одних схемах их больше, в других меньше, но совсем без конденсаторов не бывает практически ни одной электронной схемы.

При этом конденсаторы могут выполнять в устройствах самые разные задачи. Прежде всего, это емкости в фильтрах выпрямителей и стабилизаторов. С помощью конденсаторов передается сигнал между усилительными каскадами, строятся фильтры низких и высоких частот, задаются временные интервалы в выдержках времени и подбирается частота колебаний в различных генераторах.

Свою родословную конденсаторы ведут от , которую в середине XVIII века в своих опытах использовал голландский ученый Питер ван Мушенбрук. Жил он в городе Лейдене, так что нетрудно догадаться, почему так называлась эта банка.

Собственно это и была обыкновенная стеклянная банка, выложенная внутри и снаружи оловянной фольгой — станиолем. Использовалась она в тех же целях, как и современная алюминиевая, но тогда алюминий открыт еще не был.

Единственным источником электричества в те времена была электрофорная машина, способная развивать напряжение до нескольких сотен киловольт. Вот от нее и заряжали лейденскую банку. В учебниках физики описан случай, когда Мушенбрук разрядил свою банку через цепь из десяти гвардейцев взявшихся за руки.

В то время никто не знал, что последствия могут быть трагическими. Удар получился достаточно чувствительным, но не смертельным. До этого не дошло, ведь емкость лейденской банки была незначительной, импульс получился очень кратковременным, поэтому мощность разряда была невелика.

Как устроен конденсатор

Устройство конденсатора практически ничем не отличается от лейденской банки: все те же две обкладки, разделенные диэлектриком. Именно так на современных электрических схемах изображаются конденсаторы. На рисунке 1 показано схематичное устройство плоского конденсатора и формула для его расчета.

Рисунок 1. Устройство плоского конденсатора

Здесь S — площадь пластин в квадратных метрах, d — расстояние между пластинами в метрах, C — емкость в фарадах, ε — диэлектрическая проницаемость среды. Все величины, входящие в формулу, указаны в системе СИ. Эта формула справедлива для простейшего плоского конденсатора: можно просто расположить рядом две металлические пластины, от которых сделаны выводы. Диэлектриком может служить воздух.

Из этой формулы можно понять, что емкость конденсатора тем больше, чем больше площадь пластин и чем меньше расстояние между ними. Для конденсаторов с другой геометрией формула может быть иной, например, для емкости одиночного проводника или . Но зависимость емкости от площади пластин и расстояния между ними та же, что и у плоского конденсатора: чем больше площадь и чем меньше расстояние, тем больше емкость.

На самом деле пластины не всегда делаются плоскими. У многих конденсаторов, например металлобумажных, обкладки представляют собой алюминиевую фольгу свернутую вместе с бумажным диэлектриком в плотный клубок, по форме металлического корпуса.

Для увеличения электрической прочности тонкая конденсаторная бумага пропитывается изолирующими составами, чаще всего трансформаторным маслом. Такая конструкция позволяет делать конденсаторы с емкостью до нескольких сотен микрофарад. Примерно так же устроены конденсаторы и с другими диэлектриками.

Формула не содержит никаких ограничений на площадь пластин S и расстояние между пластинами d. Если предположить, что пластины можно развести очень далеко, и при этом площадь пластин сделать совсем незначительной, то какая-то емкость, пусть небольшая, все равно останется. Подобное рассуждение говорит о том, что даже просто два проводника, расположенные по соседству, обладают электрической емкостью.

Этим обстоятельством широко пользуются в высокочастотной технике: в некоторых случаях конденсаторы делаются просто в виде дорожек печатного монтажа, а то и просто двух скрученных вместе проводков в полиэтиленовой изоляции. Обычный провод-лапша или кабель также обладают емкостью, причем с увеличением длины она увеличивается.

Кроме емкости C, любой кабель обладает еще и сопротивлением R. Оба этих физических свойства распределены по длине кабеля, и при передаче импульсных сигналов работают как интегрирующая RC — цепочка, показанная на рисунке 2.

Рисунок 2.

На рисунке все просто: вот схема, вот входной сигнал, а вот он же на выходе. Импульс искажается до неузнаваемости, но это сделано специально, для чего и собрана схема. Пока же речь идет о влиянии емкости кабеля на импульсный сигнал. Вместо импульса на другом конце кабеля появится вот такой «колокол», а если импульс короткий, то он может и вовсе не дойти до другого конца кабеля, вовсе пропасть.

Исторический факт

Здесь вполне уместно вспомнить историю о том, как прокладывали трансатлантический кабель. Первая попытка в 1857 году потерпела неудачу: телеграфные точки — тире (прямоугольные импульсы) искажались так, что на другом конце линии длиной 4000 км разобрать ничего не удалось.

Вторая попытка была предпринята в 1865 году. К этому времени английский физик У. Томпсон разработал теорию передачи данных по длинным линиям. В свете этой теории прокладка кабеля оказалась более удачной, сигналы принять удалось.

За этот научный подвиг королева Виктория пожаловала ученого рыцарством и титулом лорда Кельвина. Именно так назывался небольшой город на побережье Ирландии, где начиналась прокладка кабеля. Но это просто к слову, а теперь вернемся к последней букве в формуле, а именно, к диэлектрической проницаемости среды ε.

Немножко о диэлектриках

Эта ε стоит в знаменателе формулы, следовательно, ее увеличение повлечет за собой возрастание емкости. Для большинства используемых диэлектриков, таких как воздух, лавсан, полиэтилен, фторопласт эта константа практически такая же, как у вакуума. Но вместе с тем существует много веществ, диэлектрическая проницаемость которых намного выше. Если воздушный конденсатор залить ацетоном или спиртом, то его емкость возрастет раз в 15…20.

Но подобные вещества обладают кроме высокой ε еще и достаточно высокой проводимостью, поэтому такой конденсатор заряд держать будет плохо, он быстро разрядится сам через себя. Это вредное явление называется током утечки. Поэтому для диэлектриков разрабатываются специальные материалы, которые позволяют при высокой удельной емкости конденсаторов обеспечивать приемлемые токи утечки. Именно этим и объясняется такое разнообразие видов и типов конденсаторов, каждый из которых предназначен для конкретных условий.

Наибольшей удельной емкостью (соотношение емкость / объем) обладают . Емкость «электролитов» достигает до 100 000 мкФ, рабочее напряжение до 600В. Такие конденсаторы работают хорошо только на низких частотах, чаще всего в фильтрах источников питания. Электролитические конденсаторы включаются с соблюдением полярности.

Электродами в таких конденсаторах является тонкая пленка из оксида металлов, поэтому часто эти конденсаторы называют оксидными. Тонкий слой воздуха между такими электродами не очень надежный изолятор, поэтому между оксидными обкладками вводится слой электролита. Чаще всего это концентрированные растворы кислот или щелочей.

На рисунке 3 показан один из таких конденсаторов.

Рисунок 3. Электролитический конденсатор

Чтобы оценить размеры конденсатора рядом с ним сфотографировался простой спичечный коробок. Кроме достаточно большой емкости на рисунке можно разглядеть еще и допуск в процентах: ни много ни мало 70% от номинальной.

В те времена, когда компьютеры были большими и назывались ЭВМ, такие конденсаторы стояли в дисководах (по-современному HDD). Информационная емкость таких накопителей теперь может вызвать лишь улыбку: на двух дисках диаметром 350 мм хранилось 5 мегабайт информации, а само устройство весило 54 кг.

Основным назначением показанных на рисунке суперконденсаторов был вывод магнитных головок из рабочей зоны диска при внезапном отключении электроэнергии. Такие конденсаторы могли хранить заряд несколько лет, что было проверено на практике.

Чуть ниже с электролитическими конденсаторами будет предложено проделать несколько простых опытов, чтобы понять, что может делать конденсатор.

Для работы в цепях переменного тока выпускаются неполярные электролитические конденсаторы, вот только достать их почему-то очень непросто. Чтобы как-то эту проблему обойти, обычные полярные «электролиты» включают встречно-последовательно: плюс-минус-минус-плюс.

Если полярный электролитический конденсатор включить в цепь переменного тока, то сначала он будет греться, а потом раздастся взрыв. Отечественные старые конденсаторы разлетались во все стороны, импортные же имеют специальное приспособление, позволяющее избежать громких выстрелов. Это, как правило, либо крестовая насечка на донышке конденсатора, либо отверстие с резиновой пробкой, расположенное там же.

Очень не любят электролитические конденсаторы повышенного напряжения, даже если полярность соблюдена. Поэтому никогда не надо ставить «электролиты» в цепь, где предвидится напряжение близкое к максимальному для данного конденсатора.

Иногда в некоторых, даже солидных форумах, начинающие задают вопрос: «На схеме означен конденсатор 470µF * 16V, а у меня есть 470µF * 50V, можно ли его поставить?». Да, конечно можно, вот обратная замена недопустима.

Конденсатор может накапливать энергию

Разобраться с этим утверждением поможет простая схема, показанная на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема с конденсатором

Главным действующим лицом этой схемы является электролитический конденсатор C достаточно большой емкости, чтобы процессы заряда — разряда протекали медленно, и даже очень наглядно. Это дает возможность наблюдать работу схемы визуально с помощью обычной лампочки от карманного фонаря. Фонари эти давно уступили место современным светодиодным, но лампочки для них продаются до сих пор. Поэтому, собрать схему и провести простые опыты очень даже просто.

Может быть, кто-то скажет: «А зачем? Ведь и так все очевидно, да если еще и описание почитать…». Возразить тут, вроде, нечего, но любая, даже самая простая вещь остается в голове надолго, если ее понимание пришло через руки.

Итак, схема собрана. Как она работает?

В положении переключателя SA, показанном на схеме, конденсатор C заряжается от источника питания GB через резистор R по цепи: +GB __ R __ SA __ C __ -GB. Зарядный ток на схеме показан стрелкой с индексом iз. Процесс заряда конденсатора показан на рисунке 5.

Рисунок 5. Процесс заряда конденсатора

На рисунке видно, что напряжение на конденсаторе возрастает по кривой линии, в математике называемой экспонентой. Ток заряда прямо-таки зеркально отражает напряжение заряда. По мере того, как напряжение на конденсаторе растет, ток заряда становится все меньше. И только в начальный момент соответствует формуле, показанной на рисунке.

Через некоторое время конденсатор зарядится от 0В до напряжения источника питания, в нашей схеме до 4,5В. Весь вопрос в том, как это время определить, сколько ждать, когда же конденсатор зарядится?

Постоянная времени «тау» τ = R*C

В этой формуле просто перемножаются сопротивление и емкость последовательно соединенных резистора и конденсатора. Если, не пренебрегая системой СИ, подставить сопротивление в Омах, емкость в Фарадах, то результат получится в секундах. Именно это время необходимо для того, чтобы конденсатор зарядился до 36,8% напряжения источника питания. Соответственно для заряда практически до 100% потребуется время 5* τ.

Часто, пренебрегая системой СИ, подставляют в формулу сопротивление в Омах, а емкость в микрофарадах, тогда время получится в микросекундах. В нашем случае результат удобнее получить в секундах, для чего придется микросекунды просто умножить на миллион, а проще говоря, переместить запятую на шесть знаков влево.

Для схемы, показанной на рисунке 4, при емкости конденсатора 2000мкФ и сопротивлении резистора 500Ω постоянная времени получится τ = R*C = 500 * 2000 = 1000000 микросекунд или ровно одна секунда. Таким образом, придется подождать приблизительно 5 секунд, пока конденсатор зарядится полностью.

Если по истечении указанного времени переключатель SA перевести в правое положение, то конденсатор C разрядится через лампочку EL. В этот момент получится короткая вспышка, конденсатор разрядится и лампочка погаснет. Направление разряда конденсатора показано стрелкой с индексом iр. Время разряда также определяется постоянной времени τ. График разряда показан на рисунке 6.

Рисунок 6. График разряда конденсатора

Конденсатор не пропускает постоянный ток

Убедиться в этом утверждении поможет еще более простая схема, показанная на рисунке 7.

Рисунок 7. Схема с конденсатором в цепи постоянного тока

Если замкнуть переключатель SA, то последует кратковременная вспышка лампочки, что свидетельствует о том, что конденсатор C зарядился через лампочку. Здесь же показан и график заряда: в момент замыкания переключателя ток максимальный, по мере заряда конденсатора уменьшается, а через некоторое время прекращается совсем.

Если конденсатор хорошего качества, т.е. с малым током утечки (саморазряда) повторное замыкание выключателя к вспышке не приведет. Для получения еще одной вспышки конденсатор придется разрядить.

Конденсатор в фильтрах питания

Конденсатор ставится, как правило, после выпрямителя. Чаще всего выпрямители делаются двухполупериодными. Наиболее распространенные схемы выпрямителей показаны на рисунке 8.

Рисунок 8. Схемы выпрямителей

Однополупериодные выпрямители также применяются достаточно часто, как правило, в тех случаях, когда мощность нагрузки незначительна. Самым ценным качеством таких выпрямителей является простота: всего один диод и обмотка трансформатора.

Для двухполупериодного выпрямителя емкость конденсатора фильтра можно рассчитать по формуле

C = 1000000 * Po / 2*U*f*dU, где C емкость конденсатора мкФ, Po мощность нагрузки Вт, U напряжение на выходе выпрямителя В, f частота переменного напряжения Гц, dU амплитуда пульсаций В.

Большое число в числителе 1000000 переводит емкость конденсатора из системных Фарад в микрофарады. Двойка в знаменателе представляет собой число полупериодов выпрямителя: для однополупериодного на ее месте появится единица

C = 1000000 * Po / U*f*dU,

а для трехфазного выпрямителя формула примет вид C = 1000000 * Po / 3*U*f*dU.

Суперконденсатор — ионистор

В последнее время появился новый класс электролитических конденсаторов, так называемый . По своим свойствам он похож на аккумулятор, правда, с несколькими ограничениями.

Заряд ионистора до номинального напряжения происходит в течение короткого времени, буквально за несколько минут, поэтому его целесообразно использовать в качестве резервного источника питания. По сути ионистор прибор неполярный, единственное, чем определяется его полярность это зарядкой на заводе — изготовителе. Чтобы в дальнейшем эту полярность не перепутать она указывается знаком +.

Большую роль играют условия эксплуатации ионисторов. При температуре 70˚C при напряжении 0,8 от номинального гарантированная долговечность не более 500 часов. Если же прибор будет работать при напряжении 0,6 от номинального, а температура не превысит 40 градусов, то исправная работа возможна в течение 40 000 часов и более.

Наиболее распространенное применение ионистора это источники резервного питания. В основном это микросхемы памяти или электронные часы. В этом случае основным параметром ионистора является малый ток утечки, его саморазряд.

Достаточно перспективным является использование ионисторов совместно с солнечными батареями. Здесь также сказывается некритичность к условию заряда и практически неограниченное число циклов заряд-разряд. Еще одно ценное свойство в том, что ионистор не нуждается в обслуживании.

Пока получилось рассказать, как и где работают электролитические конденсаторы, причем, в основном в цепях постоянного тока. О работе конденсаторов в цепях переменного тока будет рассказано в другой статье — .

Электролитические конденсаторы

В этой статье объясняется основная концепция электролитических конденсаторов, их конструкция и основные характеристики.

Основная идея типов электролитических конденсаторов состоит в том, чтобы максимизировать площадь поверхности электродов и, таким образом, увеличить значение емкости и плотность емкости.

Мелкие поры, полости, созданные на поверхности электрода (анода), затем покрываются диэлектриком – обычно изолятором/полупроводниковым оксидом металла. Электролит в жидкой/влажной, гелеобразной или твердой форме используется в качестве среды для контакта с высокой поверхностью со второй стороны и доведения ее посредством механизмов электропроводности до второго электрода (катода).

Электролитические конденсаторы имеют более сложную конструкцию, чем электростатические конденсаторы. Функция электролита состоит в том, чтобы обеспечить электрическое соединение с первым электродом с очень высокой поверхностью с тонкой структурой и, таким образом, достичь высоких значений емкости. Конденсаторы имеют анод и катод, поэтому они зависят от полярности. Между анодом и катодом находится проводящая среда в жидкой или твердой форме, называемая электролитом, которая на практике служит частью катода. Конденсаторы получили свое название от электролита и в повседневном языке называются электролитическими. Иногда танталовые электролиты сокращенно называют танталами.

Электролитические конденсаторы состоят из следующих разделов, которые будут обсуждаться в следующих разделах:

В этой статье также рассматриваются особенности электролитических конденсаторов и ссылки на измерения тока утечки DCL, ESR, DF в последнем разделе.

Диэлектрик электролитических конденсаторов состоит из оксидов алюминия (Al), тантала (Ta) или ниобия (Nb). Они относятся к так называемым вентильным металлам, которые имеют свойство образовывать оксиды с ректифицирующим действием при анодном окислении. В основном образуются оксиды алюминия, тантала или ниобия в зависимости от конкретного оксидного состояния металла. Отсюда получаем Al ₂ O ₃ с ε _R ≈ 8 — 9, TA ₂ O ₅ с ε _R ≈ 27 и NB ₂ O ₅ с ε _{R ₂ O ₅ с ε _R из} OF ₅ с ε _R из OF ₅ с ε _{r ₂ O ₅ с ε ₂ O ₅. 41. Поскольку другие типы конденсаторов названы в честь их диэлектрика, электролитические конденсаторы по праву должны были бы называться оксидными конденсаторами, но нынешнее обозначение слишком известно, чтобы их можно было заменить чем-либо другим. Оксиды Al и Ta обладают хорошей изоляционной способностью и очень высоким диэлектрическим сопротивлением. Поскольку эти оксиды можно сделать очень тонкими, мы получаем, согласно формуле C = ε x A/d, соответствующую высокую емкость.}

Формование Рис. 2. Принцип образования

Оксиды образуются уже на открытом воздухе, но при подаче постоянного тока от металла в так называемую формовочную ванну можно создать оксидный слой, но только до определенного предела. На рис. 2 показана формовочная ванна или электролит с двумя электродами, положительным анодом и отрицательным катодом. Нарастание оксида происходит на металле анода, на границе между электролитом и металлом. Когда напряжение формования алюминиевой фольги приближается к определенным предельным значениям — в настоящее время около 800 В — мы достигаем предела, при котором рост оксида прекращается. Чуть ниже находится максимальное номинальное напряжение для мокрых алюминиевых электролитов, т. е. примерно 550 В.

Сплошные требуют, как мы увидим, совсем других запасов по напряжению формирования. Для влажных танталовых электролитов с конструкцией электрода из фольги максимальное номинальное напряжение останавливается где-то выше 300 В, для влажных спеченных типов на уровне 250 В и для сплошных спеченных стилей на уровне 150 В. Процесс образования оксида называется формованием или анодным окислением, и он продолжается до тех пор, пока приложенное формовочное напряжение не превысит в некоторой степени требуемое номинальное напряжение. Для влажных электролитов обычно останавливают примерно на десять процентов выше VR. Однако твердые электролиты требуют формирования напряжения, кратного номинальному напряжению. Общим для всех электролитов является их неспособность выдерживать значительные перенапряжения. Если для электростатических конденсаторов указано испытательное напряжение 150…250 % от номинального напряжения, то для электролитов указано импульсное напряжение Vs, обычно 110⋅⋅⋅115 % VR. Импульсное напряжение представляет собой максимальное кратковременное напряжение.

Рис. 3. Различные типы напряжений, подаваемых на электролитический конденсатор

Сумма рабочего постоянного напряжения и пикового значения наложенного переменного напряжения, также называемого пульсирующим напряжением, не должна превышать VR при длительной работе. На рис. 3 показана диаграмма с номинальным постоянным напряжением VR, рабочим напряжением VDC, наложенным переменным напряжением VAC и, наконец, импульсным напряжением VS. Процесс формирования зависит от полярности. Если мы поменяем полярность, оксидный слой будет разложен. Схематически оксидный конденсатор, зависящий от полярности, можно описать как емкость, подключенную параллельно диоду.

Рисунок 4. Пример элемента оксидного конденсатора и его принципиальная схема

В обратном направлении диода конденсатор может выдерживать напряжение, соответствующее толщине сформированного оксидного слоя. Это зависит от электролита с недостатком электронов, который мало способен передавать какие-либо заряды оксидному слою. Электролит, однако, содержит много отрицательных ионов, в основном кислорода, но из-за их сравнительно большого размера они могут диффундировать через узкую кристаллическую сетку оксида только с очень медленной скоростью.

Вместе с редко встречающимися электронами в электролите они образуют небольшой, но не пренебрежимо малый ток, так называемый ток утечки. Однако в обратном направлении конденсатора электроны могут относительно свободно двигаться от металла анода через оксидный слой к электролиту, где они встречаются с соответствующим ионным потоком. Оксидный слой ведет себя как диод, и падение напряжения будет соответственно низким (рис. 4). Если мы подадим обратное напряжение на готовый конденсатор, то ток утечки увеличится, в худшем случае, лавинообразно. Это зависит от температуры, напряжения и, что немаловажно, от типа конденсатора.

Электрохимический рост оксида путем образования в принципе может быть адаптирован к любому низкому номинальному напряжению, начиная с выдерживаемого диэлектрическим напряжением оксидированного слоя воздуха. Это примерно 3 В для тантала и 1 В для алюминия. Слой оксида алюминия (Al ₂ O ₃ ) затем увеличивается в процессе формирования приблизительно на 1,5 нм/В (0,06 микродюймов/В), пентаоксида тантала (Ta ₂ O ₅ ) примерно на 2,2 нм. /V (0,09 микродюйма/V) и пятиокиси ниобия примерно на 25% больше, чем у пятиокиси тантала. С

Увеличение поверхности

Как видно из формулы C = ε x A/d, емкость увеличивается при увеличении поверхности. В электролитах поверхность увеличивают одним из двух способов: 1. Травлением плоской фольги, получая таким образом шероховатую поверхность. 2. Путем спекания металлических гранул в пористую таблетку, суммарная поверхность гранул которой будет очень большой.

Рис. 5. Схема поперечного сечения протравленной и формованной фольги, показывающая степень шероховатости поверхности и относительную толщину оксидного слоя Рис. 6. Различия в увеличении поверхности низковольтных и высоковольтных электролитов

В принципе, травление может выглядеть как поперечный разрез на Рис. 5. В действительности оно выглядит как губка или туннель. Изготавливается с разной степенью проплавления, характером поверхности и увеличением поверхности, т. е. во сколько раз травленая поверхность больше, чем у гладкой фольги. Усовершенствованная технология и средства контроля сделали возможным чрезвычайно высокое увеличение поверхности алюминиевой фольги. Общие цифры говорят максимум 300 раз. Другой источник утверждает, что от 400 до 1000 раз.

В электролитах высокого напряжения пустоты уменьшаются за счет толстого оксидного слоя. Увеличение поверхности уменьшается (рис. 6).

Рис. 7. Схематическое поперечное сечение спеченного и формованного танталового компакта

Граница между низковольтными и высоковольтными электролитами обычно устанавливается при VR ≤ 100 соответственно ≥ 150В. Чем более разложена протравленная поверхность, тем важнее промыть все карманы, полости и каналы поверхности от агрессивного травильного раствора. Пользователи должны выбирать тех производителей, которые демонстрируют целенаправленные усилия по достижению необходимой степени чистоты и имеют средства контроля качества, проверяющие адекватную промывку каждой партии деталей.

Если спечь прессованную таблетку порошка тантала или ниобия/NbO, то получится связанное, но пористое металлическое ядро, состоящее из гранул металлического порошка. Суммарная поверхность всех гранул представляет собой очень большую площадь по сравнению с площадью ядра спрессованного металлического порошка. Затем формируют соединение тантала или ниобия/NbO и снабжают его оксидным слоем необходимой толщины. На рис. 7 показано схематическое изображение спеченной и сформированной танталовой таблетки.

Электролитические конденсаторы в источниках питания, SL Power Electronics

Электролитические конденсаторы в источниках питания

Электролитические конденсаторы играют важную роль в конструкции импульсных источников питания. Их можно найти в повышающем каскаде коррекции коэффициента мощности или как часть схемы широкого диапазона входного напряжения для накопления энергии. Электролитические конденсаторы также являются обычными компонентами для фильтрации на выходе источника питания для снижения напряжения пульсаций и стабильности. В спецификации источника питания часто указывается срок службы этих электролитических конденсаторов как показатель качества. В этой статье мы обсудим хорошо известные эффекты электролитических конденсаторов и их важность для конструкции источника питания.

Электролитический конденсатор — это тип конденсатора, в конструкции которого используется электролит. Электролит представляет собой жидкость с высокой концентрацией ионов, обеспечивающую гораздо более высокую емкость по сравнению с конденсаторами других технологий. Существуют подкатегории с жидкими или твердыми электролитами, но в большинстве случаев первые являются первым выбором для экономичного, но небольшого решения. Основные материалы, используемые в конденсаторах этого типа, представляют собой комбинацию алюминиевой фольги, оксида алюминия и электролита. Танталовые конденсаторы могут обеспечить лучшую производительность, но и дороже. Керамические конденсаторы обеспечивают отличные характеристики на высоких частотах, но требуют большей площади поверхности печатной платы, что снижает удельную мощность источника питания. Основным преимуществом электролитического конденсатора является высокая плотность емкости. Типичная емкость варьируется от 1 мкФ до 100 000 мкФ. Широкая доступность различных форм-факторов позволяет разработчикам выбрать наиболее подходящий электролитический конденсатор по ширине и высоте. Еще одним преимуществом электролитических конденсаторов является зависимость импеданса от частоты в сложных конструкциях, где электромагнитные помехи близки к предельным значениям. Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) электролитических конденсаторов не самое низкое, но по сравнению с другими типами конденсаторов оно остается на относительно одном уровне с увеличением частоты. Это связано с увеличением удельного сопротивления электролита и, следовательно, с компенсацией емкостного сопротивления на более высоких рабочих частотах. На рынке доступны конденсаторы с очень низким ESR. Электролитические конденсаторы также не подвержены эффекту снижения номинальных значений напряжения, характерному для керамических конденсаторов. Типичное значение емкости электролитических конденсаторов, однако, не является точным, обычно допускается отклонение в 20% от заявленных данных в техническом описании из-за производственного процесса.

Мировой рынок требует, чтобы каждая новая конструкция блока питания была более эффективной, компактной, но при этом оставалась доступной. В то время как производители активных компонентов находят новые технологии и способы повышения производительности, эволюция пассивных элементов идет очень медленно. Перед разработчиком импульсного источника питания остается творческий подход не только к тому, как лучше управлять цепью передачи энергии, но и к тому, как достичь максимальной плотности мощности без нагрузки на компоненты. Когда дело доходит до электролитического конденсатора, он устанавливает границы благодаря внутренним физическим характеристикам и чувствительности жидкостей к теплу.

Срок службы электролитического конденсатора ограничен его конструкцией. Основным ограничением является жидкий электролит, который со временем испаряется через торцевое уплотнение. Более высокая температура ускоряет этот физический процесс. Поэтому очевидно, что срок службы блока питания в первую очередь определяется электролитическими конденсаторами среди всех других компонентов на печатной плате.

Температура электролитического конденсатора зависит от двух факторов: во-первых, это температура окружающей среды вблизи конденсатора. Во-вторых, пульсирующий переменный ток через конденсатор, вызывающий дополнительный внутренний нагрев. Разработчики используют оба этих фактора для оценки срока службы на основе информации из спецификаций производителей конденсаторов, которая примерно соответствует предполагаемому сроку службы. Производители электролитических конденсаторов указывают ожидаемый срок службы детали при номинальном напряжении и пульсирующем токе при максимальной рабочей температуре. Превышение этих значений сокращает срок службы или даже может привести к повреждению компонента. Работа при более низкой температуре позволяет увеличить общий срок службы. Допустимая пульсация переменного тока конденсатора указана в технических характеристиках или в дополнительных примечаниях по применению от производителей и оказывает аналогичное влияние на срок службы устройства. Эта комбинация обоих прогнозирует расчетный срок службы конденсатора в наихудшем случае и косвенно ожидаемый безопасный срок службы самого источника питания. В целом гарантированное время работы при использовании выбранного конденсатора в целевом приложении может быть точно оценено на основе моделирования и проверочных испытаний.

Однако существует также косвенное влияние на температуру конденсатора, которое зависит от окружающей среды или способа монтажа конденсатора на печатной плате. Выводы конденсатора могут действовать как теплоотвод, но также и как поглотитель тепла, другими словами, могут способствовать кондуктивной тепловой связи. Если сам конденсатор является основным источником тепла, а окружающие компоненты более холодные, выводы будут передавать тепло от сердечника конденсатора на печатную плату и, таким образом, рассеивать тепло наружу. С другой стороны, если рядом с ним есть другой компонент, такой как трансформатор, полевой транзистор или другая горячая точка, тепло будет передаваться через выводы непосредственно в конденсатор. В большинстве случаев этот эффект оказывает незначительное влияние на общее повышение температуры, но его следует учитывать. Помимо кондуктивной теплопередачи, вблизи конденсатора обычно наблюдаются излучаемые тепловые излучения. Этот эффект особенно заметен вблизи трансформаторов, где, например, два или более конденсатора с одинаковым значением и электрическими соединениями, расположенными близко друг к другу на печатной плате, ведут себя по-разному. Конденсатор, установленный рядом с горячей точкой, будет поглощать больше излучаемого тепла и будет иметь более высокую температуру поверхности. Этот конденсатор необходимо оценить поближе, чтобы избежать проблем позже.

Конденсатор, отработавший свой срок службы, может считаться неработоспособным, поскольку выходное напряжение пульсаций больше не гарантируется или для промежуточных накопительных конденсаторов PFC время удержания ниже заданных номиналов.

Глубокий сравнительный анализ блока питания в нормальных и/или неблагоприятных условиях исследует слабые стороны блока для каждого сценария и позволяет учитывать эти результаты в проектах на этапе интеграции. Предполагая, что конденсаторы являются ограничивающим фактором с высокой чувствительностью к температуре, сборка частей системы должна быть тщательно проверена, чтобы избежать ненужных дополнительных нагрузок.

Общепринятой практикой для групп разработчиков приложений является совместная работа с конечным потребителем над тепловой концепцией, чтобы избежать ненужных тепловых ловушек рядом с компонентами, ограничивающими срок службы, такими как электролитические конденсаторы, в окончательной конструкции системы.

Александр Мезин
Старший инженер по эксплуатации – EMEA
Электролитические конденсаторы в источниках питания

Обзор электролитических конденсаторов

Связанные ресурсы: контрольно-измерительные приборы

Обзор электролитических конденсаторов

Электронные электрические устройства | Электронные компоненты

Электролитический конденсатор — это тип конденсатора, в котором в качестве одной из пластин используется электролит, ионная проводящая жидкость, для достижения большей емкости на единицу объема, чем у других типов. Они используются в относительно сильноточных и низкочастотных электрических цепях, особенно в фильтрах электропитания, где они накапливают заряд, необходимый для сдерживания колебаний выходного напряжения и тока на выходе выпрямителя. Они также широко используются в качестве разделительных конденсаторов в цепях, в которых должен проводиться переменный ток, а не постоянный. Обычно используются два типа электролитических конденсаторов: алюминиевые и танталовые.

Электролитические конденсаторы способны обеспечить самые высокие значения емкости среди всех типов конденсаторов (см. Суперконденсаторы), но у них есть недостатки, которые ограничивают их использование. Стандартная конструкция требует, чтобы приложенное напряжение было поляризованным; одна указанная клемма всегда должна иметь положительный потенциал по отношению к другой. Поэтому их нельзя использовать с сигналами переменного тока без поляризационного смещения постоянного тока. Однако существуют специальные неполяризованные электролитические конденсаторы для переменного тока, которые не требуют смещения постоянного тока. Электролитические конденсаторы также имеют относительно низкое напряжение пробоя, более высокий ток утечки и индуктивность, более низкие допуски и температурный диапазон, а также более короткий срок службы по сравнению с другими типами конденсаторов.

Конструкция:

Алюминиевые электролитические конденсаторы состоят из двух проводящих алюминиевых фольг, одна из которых покрыта изолирующим оксидным слоем, и бумажной прокладки, пропитанной электролитом. Фольга, изолированная оксидным слоем, является анодом, а жидкий электролит и вторая фольга действуют как катод. Затем этот пакет сворачивается, снабжается штыревыми соединителями и помещается в цилиндрический алюминиевый корпус. Двумя наиболее популярными геометриями являются осевые выводы, идущие от центра каждой круглой поверхности цилиндра, или два радиальных вывода или проушины на одной из круглых поверхностей. Оба они показаны на картинке.

Полярность:

В алюминиевых электролитических конденсаторах слой изолирующего оксида алюминия на поверхности алюминиевой пластины действует как диэлектрик, и именно тонкость этого слоя обеспечивает относительно высокую емкость в небольшом объеме. Этот оксид имеет диэлектрическую проницаемость 10, что в несколько раз выше, чем у большинства распространенных полимерных изоляторов. Он может выдерживать напряженность электрического поля порядка 25 мегавольт на метр, что является приемлемой частью силы обычных полимеров. Эта комбинация высокой емкости и достаточно высокого напряжения приводит к высокой плотности энергии.

Большинство электролитических конденсаторов поляризованы и требуют, чтобы один из электродов был положительным относительно другого; они могут катастрофически выйти из строя, если напряжение изменится на противоположное. Это связано с тем, что напряжение обратного смещения выше 1–1,5 В разрушит центральный слой диэлектрического материала посредством электрохимического восстановления (см. окислительно-восстановительные реакции). После потери диэлектрического материала в конденсаторе произойдет короткое замыкание, а при достаточном токе короткого замыкания электролит быстро нагреется и либо вытечет, либо вызовет взрыв конденсатора, часто весьма эффектным образом.

Чтобы свести к минимуму вероятность того, что поляризованный электролит будет неправильно вставлен в цепь, полярность очень четко указана на корпусе. Полоска на стороне конденсатора обычно используется для обозначения отрицательного вывода. Кроме того, вывод отрицательного вывода радиального электролита короче положительного вывода и может быть различим в других отношениях. На печатной плате принято указывать правильную ориентацию, используя квадратную площадку со сквозными отверстиями для положительного вывода и круглую площадку для отрицательного.

Доступны специальные конденсаторы, предназначенные для работы от переменного тока, обычно называемые «неполяризованными» или «NP». В них оксидные слои полной толщины формируются на обеих полосах алюминиевой фольги перед сборкой. В чередующихся половинах циклов переменного тока одна из полосок фольги действует как блокирующий диод, предотвращая повреждение электролита другой полоски обратным током.

Современные конденсаторы имеют предохранительный клапан, обычно представляющий собой рифленую часть корпуса или специально разработанное торцевое уплотнение для выпуска горячего газа/жидкости, но разрывы все же могут быть значительными. Электролитик может выдержать обратное смещение в течение короткого периода времени, но будет проводить значительный ток и не будет работать как очень хороший конденсатор. Большинство из них выживут без обратного смещения постоянного тока или только с переменным напряжением, но схемы должны быть спроектированы так, чтобы не было постоянного обратного смещения в течение значительного периода времени.

На иллюстрации представлены наиболее распространенные схематические обозначения электролитических конденсаторов. На некоторых схематических диаграммах знак «+» рядом с символом не печатается. На старых принципиальных схемах электролитические конденсаторы показаны в виде небольшой положительной пластины, окруженной снизу и по бокам большим отрицательным электродом в форме тарелки, обычно без маркировки «+».

Емкость:

Значение емкости любого конденсатора является мерой количества электрического заряда, запасенного на единицу разности потенциалов между пластинами. Основной единицей измерения емкости является фарад; однако эта единица была слишком велика для общего использования до изобретения двухслойного конденсатора, поэтому чаще используются микрофарады (мкФ, или менее правильно мкФ), нанофарады (нФ) и пикофарад (пФ).

Значение конденсатора определяется многими условиями, такими как толщина диэлектрика и площадь пластины. В процессе производства электролитические конденсаторы изготавливаются в соответствии с набором предпочтительных номеров. Умножая эти базовые числа на степень десяти, можно получить любое практическое значение конденсатора, подходящее для большинства приложений.

Пассивные электронные компоненты, включая конденсаторы, обычно производятся в предпочтительных номиналах (например, серии IEC 60063 E6, E12 и т. д.).

Емкость алюминиевых электролитических конденсаторов имеет тенденцию меняться со временем, и обычно они имеют допуск в пределах 20 %. Некоторые имеют асимметричные допуски, обычно -20%, но с гораздо большим положительным допуском, поскольку многие схемы просто требуют, чтобы емкость была не меньше заданного значения; это можно увидеть в таблицах данных для многих конденсаторов потребительского класса. Танталовые электролиты могут производиться с более жесткими допусками и более стабильны.

Типы:

В отличие от конденсаторов, в которых используется объемный диэлектрик, изготовленный из материала с внутренней изоляцией, диэлектрик в электролитических конденсаторах зависит от образования и сохранения микроскопического слоя оксида металла. По сравнению с объемными диэлектрическими конденсаторами, этот очень тонкий диэлектрик обеспечивает гораздо большую емкость в той же единице объема, но поддержание целостности диэлектрика обычно требует постоянного приложения напряжения правильной полярности, иначе оксидный слой разрушится и разорвется, вызывая конденсатор теряет способность выдерживать приложенное напряжение (хотя его часто можно «реформировать»). Кроме того, в электролитических конденсаторах обычно используется внутренняя влажная химия, и они в конечном итоге выйдут из строя, если вода внутри конденсатора испарится.

Значения электролитической емкости не так четко определены, как для объемных диэлектрических конденсаторов. Особенно с алюминиевыми электролитами довольно часто можно увидеть, что электролитический конденсатор имеет «гарантированное минимальное значение» и не имеет верхней границы его значения. Для большинства целей (таких как фильтрация источника питания и соединение сигналов) этот тип спецификации приемлем.

Как и объемные диэлектрические конденсаторы, электролитические конденсаторы бывают нескольких видов:

Алюминиевый электролитический конденсатор:

Компактные, но с потерями, они доступны в диапазоне от <1 °F до 1 F с рабочим напряжением до нескольких сотен вольт постоянного тока. Диэлектрик представляет собой тонкий слой оксида алюминия. Они содержат агрессивную жидкость и могут лопнуть, если устройство подсоединено наоборот. Оксидный изолирующий слой будет иметь тенденцию к разрушению при отсутствии достаточного восстанавливающего напряжения, и в конечном итоге конденсатор потеряет способность выдерживать напряжение, если напряжение не приложено. Конденсатор, с которым это произошло, часто можно «реформировать», подключив его к источнику напряжения через резистор и позволив результирующему току медленно восстанавливать оксидный слой. Биполярные электролиты (также называемые неполяризованными или NP-конденсаторами) содержат две анодированные пленки, которые ведут себя как два последовательно соединенных конденсатора. Они используются, когда один электрод может быть как положительным, так и отрицательным по отношению к другому в разные моменты времени в цепях переменного тока. Плохие частотные и температурные характеристики делают их непригодными для высокочастотных применений. Типичные значения ESL составляют несколько наногенри.

Тантал:

Компактные низковольтные устройства до нескольких сотен °F, они имеют более низкую плотность энергии и производятся с более жесткими допусками, чем алюминиевые электролиты. Танталовые конденсаторы также поляризованы из-за разнородных электродов. Анодный электрод формируется из спеченных зерен тантала, а диэлектрик электрохимически формируется в виде тонкого слоя оксида. Тонкий слой оксида и большая площадь поверхности пористого спеченного материала обеспечивают этому типу очень высокую емкость на единицу объема. Катодный электрод формируется либо из жидкого электролита, соединяющего внешнюю оболочку, либо из химически осажденного полупроводящего слоя диоксида марганца, который затем соединяется с внешним проводом. В разработке этого типа диоксид марганца заменяется проводящим пластиковым полимером (полипирролом), что снижает внутреннее сопротивление и исключает отказ от самовоспламенения.

По сравнению с алюминиевыми электролитами танталовые конденсаторы имеют очень стабильную емкость, небольшую утечку постоянного тока и очень низкий импеданс на высоких частотах. Однако, в отличие от алюминиевых электролитов, они нетерпимы к положительным или отрицательным скачкам напряжения и разрушаются (часто сильно взрываются), если их подключить в цепь в обратном направлении или подвергнуть воздействию скачков напряжения, превышающих их номинальное значение.

Танталовые конденсаторы дороже конденсаторов на алюминиевой основе (с жидким электролитом) и, как правило, доступны только в низковольтных версиях, но из-за их меньшего размера при заданной емкости и более низкого импеданса на высоких частотах они популярны в миниатюрных устройствах, таких как как сотовые телефоны.

Твердый алюминиевый электролитический конденсатор с органическим полупроводниковым электролитом или OS-CON (что означает OrganicSemi-CONductive):

Конденсатор нового поколения, в котором слои алюминиевой фольги погружены не в жидкий раствор электролита, а в твердый полупроводник. материал, полученный из изохинолина. Монокристаллический N-н-бутилизохинолин подвергается термоформованию до окончательной формы, что значительно повышает его проводимость, тем самым защищая конденсатор от избыточных тепловых скачков, и, наконец, банки OS-CON герметизируются эпоксидной смолой. Эти конденсаторы теоретически стабильны при использовании в диапазоне от -55°C до практически 125°C. Основными преимуществами использования именно этого полупроводника являются довольно низкое ESR, более широкий диапазон частот и большая стабильность в использовании по сравнению с алюминиевыми и танталовыми твердополимерными конденсаторами с жидким электролитом. Конденсаторы OS-CON часто встречаются как SMD.

Что такое электролитический конденсатор?

Джерри Моррисон

Дата последнего изменения: 10 сентября 2022 г.

Электролитический конденсатор представляет собой тип накопителя электроэнергии, в котором в качестве одного или обоих проводников используется раствор электролита. Заряженные химические частицы, называемые ионами, проводят электричество в растворе электролита. Стандартные конденсаторы состоят из двух металлических проводников, разделенных изолятором, называемым диэлектриком. Использование раствора электролита в качестве проводника эффективно увеличивает площадь его поверхности, позволяя сохранять больший заряд, чем в стандартных конденсаторах того же размера. Электролитические конденсаторы часто используются в фильтрах электропитания, накапливая электричество, необходимое для смягчения колебаний выходной мощности.

Металлический проводник электролитического конденсатора изготовлен из тонкой фольги. Диэлектрик представляет собой оксид этого металла, нанесенный на фольгу в результате электрохимического процесса, называемого анодированием. Только некоторые металлы поддерживают этот процесс, чаще всего используются алюминий и тантал. Фольга с диэлектрическим слоем образует анод или путь входа электрического тока. Раствор электролита и неизолированный отрезок фольги составляют катод или выходной путь для электрического тока.

Алюминиевый электролитический конденсатор изготовлен из алюминиевой фольги высокой чистоты. Эффективная площадь поверхности фольги увеличивается за счет травления до образования диэлектрического слоя оксида алюминия. Между анодной и катодной фольгой помещается слой впитывающей бумаги, затем все это сворачивается в рулон. Прикрепляются штыревые разъемы и конструкция помещается в алюминиевый корпус. Затем устройство погружают в ванну с электролитом, обычно раствором борной кислоты или бората натрия, тщательно смачивая слои фольги и бумаги.

Танталовые электролитические конденсаторы

изначально производились аналогично алюминиевой версии, с той заметной разницей, что электролитом был раствор серной кислоты. В настоящее время производится твердый, а не мокрый танталовый конденсатор. Поскольку танталовые конденсаторы намного дороже алюминиевых, они обычно доступны только в небольших низковольтных версиях для электронных устройств, таких как сотовые телефоны.

Тонкий диэлектрический оксидный слой создается электролитическим процессом, очень похожим на тот, который используется при обычном использовании конденсатора. Повреждение диэлектрика электролитического конденсатора может быть самовосстанавливающимся при регулярном использовании в пределах заявленных параметров. Он также может медленно разрушаться, если не обращать внимание на правильную полярность или направление тока.

Конструкция электролитического конденсатора обеспечивает свойства, особенно подходящие для определенных целей. Использование электролитического раствора дает им возможность удерживать больший заряд в меньшем объеме. Это также привело к определенным обязательствам. В начале 2000-х неправильный состав раствора электролита, используемый некоторыми производителями, привел к серии отказов, известных как конденсаторная чума. Даже в правильно сконструированных электролитических конденсаторах использование жидкого раствора делает их уязвимыми к выходу из строя из-за высыхания.

Причины деградации электролитических конденсаторов | Блог Advanced PCB Design

Ключевые выводы

В большинстве случаев разрушение электролитических конденсаторов приводит к распространенному виду неисправности: испарению или утечке электролита.
Чтобы предотвратить разрушение электролитических конденсаторов в критических цепях, необходимо регулярно планировать техническое обслуживание, замену или замену электролитических конденсаторов.
Срок службы конденсатора указан в техническом описании электролитического конденсатора при номинальном напряжении, номинальном токе, температуре верхней категории с указанными ограничениями, установленными для изменения емкости, тангенса ẟ и тока утечки.

Утечка электролита является одним из основных видов отказов электролитических конденсаторов

В период с 1999 по 2007 год наблюдалась «конденсаторная чума», которая привела к более высокой скорости преждевременного износа электролитических конденсаторов. Причиной этой конкретной проблемы была неправильная формула электролита, но в электролитических конденсаторах возможно несколько других режимов отказа. Режимы отказа конденсатора вызывают проблемы в печатной плате и могут нанести ущерб всей схеме.

Из-за проблем, связанных с разрушением электролитических конденсаторов в прошлом, покупатели теперь с особой осторожностью относятся к долговечности и сроку службы электролитических конденсаторов, поскольку они являются необходимыми элементами во многих схемах. Важно, чтобы разработчики понимали, что вызывает деградацию электролитического конденсатора.

Деградация электролитического конденсатора из-за утечки электролита

Выход из строя электролитического конденсатора может быть вызван коротким замыканием, повреждением цепи или даже взрывом. В большинстве случаев разрушение электролитических конденсаторов происходит из-за общего режима отказа: испарения или утечки электролита.

Высокая рабочая температура является катализатором утечки или испарения электролита и приводит к уменьшению емкости и увеличению эквивалентного последовательного сопротивления (ESR). С увеличением ESR в электролитическом конденсаторе усиливается саморазогрев, который ускоряется при приложении пульсирующих токов. Локальные горячие точки, образованные чрезмерным нагревом, ускоряют процессы старения и износа, что в конечном итоге приводит к разрушению электролитического конденсатора. В худших случаях самонагревание приводит к образованию газов внутри электролитического конденсатора, которые впоследствии взрывают электролитический конденсатор через вентиляционное отверстие.

Другие причины выхода электролитических конденсаторов из строя

Утечка электролита — не единственная причина отказа электролитических конденсаторов. Другие режимы отказа электролитических конденсаторов перечислены в таблице ниже.

Режимы отказа	Причины
Падение емкости или увеличение коэффициента рассеяния (tan ẟ)	Химический износ уплотнения приводит к постепенному испарению электролита. Этот режим отказа уменьшает емкость и увеличивает коэффициент рассеяния или тангенс ẟ
Короткое замыкание	Диэлектрический пробой оксидного слоя в электролитических конденсаторах приводит к короткому замыканию. Этот режим отказа может быть вызван чрезмерным приложением рабочего напряжения, обратного напряжения или пульсаций тока.
Обрыв цепи	Применение чрезмерных механических нагрузок или чрезмерных электрических параметров, таких как рабочее напряжение и пульсирующие токи, вызывают плохой контакт или размыкание цепи в электролитических конденсаторах. Этому виду отказа предшествует падение емкости и рост тангенса ẟ. Отказы электролитических конденсаторов из-за обрыва цепи зависят от приложенного напряжения и температуры.
Открытое вентиляционное отверстие	Всякий раз, когда происходит чрезмерное повышение внутреннего давления или самонагрев, предохранительный клапан в электролитическом конденсаторе открывается. Этот отказ с открытым клапаном происходит из-за чрезмерного приложенного напряжения, пульсаций тока, обратного напряжения и переменного тока.
Увеличение тока утечки	Из-за старения и хранения ток утечки в электролитических конденсаторах увеличивается при нормальных условиях эксплуатации.

Чтобы предотвратить деградацию электролитических конденсаторов, вызванную вышеупомянутыми режимами отказа в критических цепях, плановое техническое обслуживание, замену или замену электролитических конденсаторов следует проводить через регулярные промежутки времени в течение срока их службы. Обычно срок службы электролитического конденсатора указан в его паспорте. Однако приложенное напряжение, температура окружающей среды, локальный нагрев, обратное напряжение, приложенные пульсирующие токи и частота работы оказывают существенное влияние на срок службы электролитических конденсаторов. Понимание срока службы электролитического конденсатора в рабочих условиях полезно для проектирования схем, а также для обслуживания схем.

Срок службы электролитических конденсаторов

Из-за старения и эксплуатации в различных механических и электрических условиях электролитический конденсатор может выйти из строя. Отказу электролитического конденсатора всегда предшествует уменьшение емкости, увеличение ESR и увеличение тангенса ẟ. По мере того, как внутреннее повреждение электролитического конденсатора накапливается, вероятность выхода из строя увеличивается. Важно заменить электролитический конденсатор до того, как он выйдет из строя.

Срок службы конденсатора указан в техническом описании электролитического конденсатора при номинальном напряжении, номинальном токе, температуре верхней категории с указанными ограничениями, установленными для изменения емкости, тангенса ẟ и тока утечки. Срок службы электролитического конденсатора зависит от области применения и может быть рассчитан по формуле:

L _X — результирующий срок службы, L ₀ — срок службы, указанный в техническом описании при номинальных условиях, K _T — температурный коэффициент, K _R — коэффициент пульсаций тока, а K _V — коэффициент напряжения.

Температурный коэффициент определяется по формуле:

T ₀ и T _a — температура верхней категории и температура окружающей среды, соответственно.

Коэффициент пульсаций тока определяется по формуле:

, I _A – пульсации тока приложения, I ₀ – номинальные пульсации тока при температуре верхней категории, T ₀ — превышение температуры ядра электролитического конденсатора, а K _i — эмпирический запас прочности.

https://drive.google.com/file/d/1rjnhm8gsbmlafhewvnmo1wgrwqk5bvjs/view

Коэффициент напряжения K _v дается:

a _{a _{u дается
9
9023 a}. r} — номинальное напряжение, n — показатель степени.

Электролитическая деградация конденсаторов представляет собой серьезную проблему, поскольку ограничивает надежность критических цепей. Программное обеспечение Cadence для проектирования и анализа печатных плат может помочь разработчикам выбрать надежные электролитические конденсаторы для проектирования схем.

Ведущие поставщики электроники полагаются на продукты Cadence, чтобы оптимизировать потребности в мощности, пространстве и энергии для широкого спектра рыночных приложений. Если вы хотите узнать больше о наших инновационных решениях, поговорите с нашей командой экспертов или подпишитесь на наш канал YouTube.

Запросить оценку

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на Linkedin Посетить сайт Больше контента от Cadence PCB Solutions

Вернуться к: Домашняя страница энциклопедии Содержание Указатель авторов Предметный указатель Искать Словарь Домашняя страница ESTIR Домашняя страница ЭКС

Sam Parler
Cornell Dubilier Electronics, Inc.
140 Technology Place
Liberty, SC 29657, USA
E-mail: [email protected]
(March, 2005)

Рис. 1. Заряды «Q» на аноде и катоде индуцируют заряды «Q’» на диэлектрике.

Конденсаторы хранят энергию, а также заряд. Эти заряды обычно накапливаются на проводящих пластинах, причем положительно заряженная пластина называется анодом, а отрицательно заряженная пластина называется катодом (рис.

1). Для разделения зарядов среда между анодом и катодом, называемая диэлектриком , должна быть непроводящей — электрическим изолятором. Анод и катод сконфигурированы так, что между ними происходит очень небольшое движение, когда они заряжаются, и сила, действующая на диэлектрик, увеличивается. По мере увеличения накопленного заряда электрическое поле в диэлектрике увеличивается. Эта ситуация приводит к возникновению напряжения, которое увеличивается пропорционально заряду. Отношение величины заряда на каждой пластине к электрическому потенциалу (напряжению) между пластинами называется емкостью. Энергия, запасенная в конденсаторе, — это энергия, необходимая для перемещения накопленного заряда через потенциал конденсатора. Емкость устройства в основном зависит от геометрии пластины и природы диэлектрика. Она прямо пропорциональна «диэлектрической проницаемости» (табл. I) и обратно пропорциональна толщине диэлектрика. См. Приложение для более подробной информации.


Table I. Relative dielectric constants «k» for various dielectrics

Dielectric material	Relative dielectric constant «k»

Воздух или вакуум	1,0
Полипропилен	2.2
Polyester (Mylar)	3.0
Mica	6.0
Aluminum oxide	8.5
Tantalum pentoxide	27
Niobium oxide	41
Титанат бария	1 000 — 10 000

По мере увеличения заряда и напряжения на данном конденсаторе в какой-то момент диэлектрик больше не сможет изолировать заряды друг от друга. Затем диэлектрик демонстрирует диэлектрический пробой или высокую проводимость в некоторых областях, что имеет тенденцию к снижению накопленной энергии и заряда, генерируя внутреннее тепло. Это явление, нежелательное для большинства применений конденсаторов, возникает при напряжении пробоя конденсатора. В таких ситуациях может произойти повреждение или разрушение конденсатора. Обычно пробойные характеристики диэлектриков выражаются как максимальная напряженность поля, которая в основном представляет собой отношение приложенного напряжения к толщине диэлектрика.

Массовая плотность энергии конденсатора представляет собой отношение количества энергии, которое конденсатор может хранить при своем рабочем напряжении, к массе конденсатора, включая упаковку. Рабочее напряжение конденсатора определяется как максимальное номинальное напряжение для данного приложения. Рабочее напряжение обычно меньше напряжения пробоя. Исключение из этого правила может возникнуть, если переходное пиковое напряжение может превышать установившееся напряжение пробоя. Объемная плотность энергии конденсатора определяется как отношение запасенной энергии к объему конденсатора, включая корпус.

Первый конденсатор был изобретен в 1745 году Питером ван Мусшенбруком, физиком и математиком из Лейдена, Нидерланды (и назвал лейденскую банку ). Это была простая стеклянная банка, покрытая изнутри и снаружи металлической фольгой. Примерно в 1910 году Уильям Дюбилье изобрел слюдяной конденсатор.

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы — это конденсаторы, в которых одна или обе «обкладки» представляют собой неметаллическое проводящее вещество, электролит. Электролиты имеют более низкую проводимость, чем металлы, поэтому они используются в конденсаторах только тогда, когда металлическая пластина нецелесообразна, например, когда поверхность диэлектрика имеет хрупкую или шероховатую форму или когда для поддержания целостности диэлектрика требуется ионный ток. Диэлектрический материал электролитических конденсаторов изготавливается из самого металла анода в так называемом процессе формования (или анодирования ).

Во время этого процесса ток течет из металла анода, который должен быть вентильным металлом, таким как алюминий, тантала, титана или кремния через токопроводящую ванну специального формовочного электролита к катоду ванны. Поток тока вызывает рост изолирующего оксида металла из и в поверхность анода. Толщина, структура и состав этого Изолирующий слой определяет его диэлектрическую прочность. Приложенный потенциал между металлом анода и катодом ванны должен быть выше напряжения пробоя оксида, прежде чем будет протекать значительный ток. По мере протекания тока прочность на пробой (формируемое напряжение) и толщина оксида увеличиваются. См. Рисунок 2 для сравнения электростатических (классических) и электролитических конденсаторов.«Электролитические конденсаторы» сильно отличаются от, и не следует путать ред с « электрохимические конденсаторы » (также называемые ультраконденсаторами), работа которых основана на емкости двойного электрического слоя.

Рис. 2. Сравнение электростатических и электролитических конденсаторов.

Реакция электролиза была исследована Майклом Фарадеем в 1700-х годах. Обнаружена зависимость между расходом заряда через систему и количеством продукта (в данном случае оксида металла). Фарадей отметил взаимосвязь между грамм-эквивалентами продукта и переносом заряда для всех идеальных (стехиометрических) реакций электролиза в том, что сейчас известно как закон Фарадея. Отклонения от этого соотношения существуют для процесса образования оксида на анодных металлах, поскольку некоторое количество оксида можно вырастить химическим и термическим способом, чтобы снизить потребность в электроэнергии в процессе формирования, который может стоить несколько долларов за килограмм произведенного анода. Также в процессе формирования могут происходить некоторые нежелательные побочные реакции, которые не способствуют образованию оксида. В процессе формования на металлическую фольгу, которая обычно имеет шероховатую форму, нарастает хрупкий оксид металла.

Таким образом, металл анода находится в тесном контакте с одной стороной оксидного диэлектрика. Электролит используется для обеспечения контакта между другой стороной оксида и катодной пластиной.

Преимуществом электролитических конденсаторов является высокая емкость на единицу объема и удельная стоимость. Высокая емкость возникает из-за высокой диэлектрической проницаемости, высокой напряженности поля пробоя, шероховатой поверхности и чрезвычайно малой однородной толщины анодно сформированного металлического оксида. Причина того, что электролитические конденсаторы имеют такое однородное напряжение диэлектрика и могут работать при такой высокой напряженности поля, в пределах 80% от их прочности на пробой, порядка 1000 вольт/мкм, связана с двумя причинами. Во-первых, оригинал 9Процесс анодирования 0038 («формирование») выполняется при фиксированном напряжении, и диэлектрик растет везде до такой толщины, которая требуется для поддержания этого напряжения. Во-вторых, когда фольга находится в конденсаторе, электролит, «заполняющий» конденсатор, продолжает работу по заживлению исходного формирующего электролита, восстанавливая и локально утолщая диэлектрик по мере необходимости. Этот процесс восстановления управляется постоянным током утечки конденсатора, который потребляется всякий раз, когда на конденсатор подается постоянное напряжение, то есть всякий раз, когда он работает. На самом деле, электролитические конденсаторы часто служат дольше, когда они находятся в постоянном умеренном использовании, а не когда их заряжают ненадолго каждый год или десятилетие.

Недостатком электролитических конденсаторов являются неидеальные характеристики с потерями, которые возникают из-за свойств полупроводникового оксида, эффектов двойного слоя из области зарядового пространства электролит-оксид, резистивных потерь из-за высокого удельного сопротивления электролита, спада частотной характеристики из-за шероховатости. поверхностного оксида и ограниченный срок службы конденсатора из-за пробоя и деградации электролита. Некоторые из этих соображений будут рассмотрены ниже более подробно с точки зрения алюминиевого электролитического конденсатора.

Кроме того, анодно-оксидный диэлектрик полярен, как и электролитические конденсаторы (в отличие от классических электростатических конденсаторов), то есть конденсаторы должны быть подключены с соблюдением полярности, указанной на маркировке. Подключение с обратным напряжением легко вводит ионы водорода через оксид, вызывая высокую электропроводность, нагрев и восстановление анодной оксидной пленки. Неполярные (или биполярные) устройства могут быть изготовлены с использованием двух анодов вместо анода и катода, или можно соединить плюсы или минусы двух одинаковых устройств вместе, тогда две другие клеммы образуют неполярный устройство.

Большинство электролитических конденсаторов изготавливаются с использованием алюминиевых электродов, но также используются тантал и ниобий. Алюминиевый анод является самым дешевым по цене 0,04 доллара за грамм. Таким образом, он используется в больших (даже больше одного литра!) и маленьких (крошечных для поверхностного монтажа) конденсаторах. Танталовый анодный материал стоит более 2 долларов США за грамм, но обеспечивает высокую стабильность, большую емкость (в четыре раза больше, чем у алюминия), более низкое сопротивление (до 90% ниже) в зависимости от размера. Он доступен в виде небольших единиц (обычно менее 5 см ³ ) и для поверхностного монтажа. Анодный порошок ниобия стоит менее 1 доллара за грамм, что намного дешевле и доступнее, чем тантал, но все же намного дороже, чем алюминий. Емкость намного больше, чем у алюминия, почти как у тантала. Это гораздо более новая технология, чем тантал.

Х.О. Зигмунд изобрел электролитический конденсатор в 1921 году. Юлиус Лилиенфельд много сделал для развития электролитической теории в 1920-х и 1930-х годах. Cornell Dubilier была в то время крупнейшей в мире компанией по производству конденсаторов и много сделала для развития технологии травления и анодирования.

Детали конструкции влажного алюминиевого электролитического конденсатора

Производственный процесс

Рис. 3. Конструкция электролитического конденсатора.

Алюминиевые электролитические конденсаторы состоят из анодной и катодной пластин, разделенных поглощающей прокладкой.

Как показано на рис. 3, металлические язычки прикреплены к анодной и катодной пластинам, и сборка свернута в цилиндрическую секцию. Выводы приварены к алюминиевым клеммам, установленным в коллекторе (сверху). Сборка секции-коллектора погружается в ванну с горячим конденсаторным электролитом (значительно отличающимся от электролита процесса формирования). В том, что называется 9В процессе пропитки 0038 к электролиту и секциям прикладывается вакуум, в результате чего электролит втягивается в секции, тщательно смачивая секции. Секции помещаются в алюминиевые банки, а коллекторы впаиваются в банки. Конденсаторные блоки медленно доводят до максимального номинального напряжения при максимальной номинальной температуре во время процесса старения . В процессе старения происходит образование оксида на участках анодной фольги, которые имеют недостаточный оксидный барьер, таких как края прорезей и места, которые растрескались во время операции намотки. Проверки и испытания происходят на нескольких этапах производственного процесса.

Анод

Рис. 4. Вид с края листа оксидных туннелей после растворения окружающего алюминия с помощью сканирующего электронного микроскопа (вверху) и более близкий вид некоторых оксидных туннелей (внизу).

Анод может быть изготовлен из алюминия различной чистоты, но для высоковольтных алюминиевых электролитических конденсаторов с высокой плотностью энергии анод обычно состоит из 9Чистота 9,99%, алюминиевая фольга высокой кубичности толщиной около 100 микрометров. Термин «высокая кубичность» относится к прямоугольной структуре зерна алюминия, которая преднамеренно создается в фольге. Анодная фольга обычно выпускается в рулонах массой 270 кг и шириной 48 см. Первый производственный процесс, которому подвергается эта фольга, называется травлением, при котором электрохимически поверхность фольги становится шероховатой, в результате чего в алюминии прорастают полые туннели.

Прямоугольная ориентация зерна алюминия приводит к тому, что протравленные туннели формируются вдоль параллельных путей, которые в основном перпендикулярны верхней поверхности алюминия. Процесс травления значительно увеличивает соотношение площади микроскопической и макроскопической поверхности, называемое «усилением фольги», которое может достигать шестидесяти для высоковольтной алюминиевой электролитической анодной фольги и даже выше для низковольтной фольги. Фольга выходит из процесса травления значительно легче по весу, чем она поступила. Следующий процесс, которому подвергается рулон фольги, называется процессом формирования. Оксид алюминия выращивается на полых туннелях, которые были протравлены в алюминии в процессе травления. На рис. 4 показан вид с края листа оксидных туннелей, полученный с помощью сканирующего электронного микроскопа после того, как окружающий алюминий был растворен, и более близкий вид некоторых оксидных туннелей. Обратите внимание, что внутренний диаметр этого 550-вольтового оксидного туннеля составляет около четверти микрометра, а толщина стенок чуть больше половины микрометра.

Обычно отношение толщины оксида к напряжению образования оксида составляет около 1,0 нанометра на вольт. Это соотношение несколько меняется в зависимости от структуры оксида. В зависимости от состава пластового электролита, плотности тока и других параметров производства структура оксида алюминия может быть аморфной, кристаллической, водной или комбинацией этих структур.

Рис. 5. Сечение анодного туннеля до (слева) и после (справа) процесса образования оксида.

Для достижения хороших результатов процессы травления и формовки должны быть совместимы. На рис. 5 показано поперечное сечение туннеля в анодном алюминии до и после формовки. Обратите внимание, что взаимосвязь между диаметром вытравленного туннеля и напряжением (толщиной) пласта важна. Поскольку оксид растет как внутрь, так и наружу в туннеле, если диаметр травления слишком мал, туннель может засориться или полностью заполниться оксидом алюминия в процессе формирования, что мало влияет на емкость фольги, поскольку электролит не может контактировать с внутри туннеля.

Если диаметр туннеля слишком велик, оптимальная емкость не может быть реализована из-за неиспользуемого пространства. Сочетание процессов травления и формовки определяют напряжение формовки «В _f «и усиление произведенной фольги. Коэффициент усиления определяется как емкость на единицу макроскопической площади изготовленной фольги, деленная на емкость на единицу площади непротравленной фольги при том же напряжении формования. Алюминиевый электролит с высокой плотностью энергии В конденсаторах используется фольга с высоким коэффициентом усиления. Здесь можно отметить, что напряженность поля пробоя 1 В на 1,0 нм намного выше, чем для полимерных пленок. Значение «k» 8,5 для оксида алюминия также примерно в три раза больше, чем для большинства фильм диэлектрики (см. табл. I). Однако оксид алюминия в несколько раз плотнее полимерных пленок.

Катод Катодная алюминиевая фольга, как правило, тоньше анода и должна иметь намного более высокую емкость, чем анод, поскольку емкость катода появляется последовательно с емкостью анода, чтобы получить общую емкость (см.

Приложение). Для заданной емкости анода максимальная общая емкость возникает, когда емкость катода максимально велика. Высокая емкость катода требует очень низкого напряжения формирования катода. Обычно катод вообще не образуется, но всегда есть тонкий слой (около 2-3 нм) водного оксида на поверхности алюминия, если он не пассивирован, и двойной электрический слой также имеет большую емкость. Тонкий слой водного оксида легко образуется на алюминии при контакте с обычным атмосферным воздухом. В последние годы была предпринята пассивация катодной фольги титаном, что позволило получить катод с емкостью, приближающейся к 200 мкФ/см 9 .0605 2 . Такая высокая катодная емкость необходима только для низковольтных конденсаторов с анодами с большим коэффициентом усиления. Обычно достаточно емкости катода, в пятьдесят раз превышающей емкость анода. Эта ситуация дает общую емкость, которая всего на 2% меньше, чем емкость анода. Для разрядного конденсатора заряд на анодной пластине должен быть нейтрализован противоположным зарядом на катодной пластине, что требует, чтобы катод был способен накапливать заряд, больший или равный заряду анода.

Другими словами, произведение емкости на формирующее напряжение для катода должно быть больше, чем для анода. Это требование, как правило, выполняется автоматически, поскольку способность накопления заряда формованной фольги максимизируется при низком напряжении формования. Для катода используется тонкая фольга с травлением поверхности, что дает частотную характеристику в целом лучше, чем у анода, и обеспечивает достаточно большую емкость, чтобы общая единичная емкость не уменьшалась. Поскольку допустимое напряжение катода обычно составляет всего около одного вольта, блок электролитических конденсаторов ограничен в своем установившемся обратном напряжении примерно до одного вольта. Было обнаружено, что в некоторых случаях переходные обратные напряжения, превышающие 100 вольт, могут появляться на конденсаторе в течение около одной миллисекунды без каких-либо вредных эффектов в течение тысяч циклов; однако неясно, каков фактический потенциал катода в этих случаях. Что известно, так это то, что длительное обратное напряжение в течение интервалов времени, таких как одна секунда, может вызвать значительный нагрев электролита и оксида анода.

Ток, потребляемый во время этих обратных напряжений, может легко достигать сотен ампер постоянного тока. Электролитические конденсаторы могут быть сконструированы со сформированными катодами, чтобы обеспечить реверсирование напряжения без повреждений. Недостатки такой конструкции: уменьшенная общая емкость, поскольку анод и катод соединены последовательно; и пониженная плотность энергии из-за уменьшенной емкости и увеличения массы из-за более тяжелого сформированного катода.

Сепаратор Сепаратор или прокладка представляет собой абсорбирующий материал в виде рулона, который наматывается между анодом и катодом, чтобы предотвратить контакт фольги друг с другом. Прокладка обычно изготавливается из бумаги, которая может быть разных типов, плотности и толщины, в зависимости от требований к напряжению и эффективному последовательному сопротивлению. Помимо разделения анода и катода, прокладка должна впитывать и удерживать электролит между пластинами. Сопротивление комбинации спейсер-электролит заметно больше, чем можно было бы объяснить ее геометрией и удельным сопротивлением абсорбированного электролита.

Комбинация электролит-прокладка также влияет на характеристики конденсатора. частотная характеристика.

Электролит Основная цель электролита — служить «пластиной» на внешней поверхности оксида анода, а также соединяться с катодной пластиной. Электролит представляет собой органический жидкий растворитель с высоким удельным сопротивлением, высокой диэлектрической проницаемостью и высокой диэлектрической прочностью с одним или несколькими растворенными ионопроводящими растворенными веществами. Вторичная цель электролита состоит в том, чтобы восстановить, залечить или изолировать места дефектов в анодном оксиде алюминия во время приложения напряжения между анодом и катодом.

Вкладки Выводы представляют собой алюминиевые полоски, которые соприкасаются между токопроводящими пластинами и соединительными клеммами в колодке. К каждой из пластин может быть подключено несколько язычков. Каждый язычок либо приварен холодной сваркой, либо заколот по всей ширине анодной и катодной фольги.

Пути выводов обычно проходят от секции конденсатора к выводам таким образом, чтобы поддерживать низкую индуктивность и предотвращать контакт выводов противоположной полярности друг с другом или корпусом во время движения и вибрации конденсаторного блока. Выводы приварены точечной сваркой к нижней стороне клемм в сборке коллектора. Материал язычка не травится, а формируется под высоким напряжением перед его сборкой в конденсатор. Оптимальным размещением выводов вдоль фольги считается такое размещение, которое минимизирует потери мощности из-за сопротивления металлической фольги. Этот оптимум приводит к равному расстоянию от каждого выступа до ближайшего к нему, и половина расстояния между выступами обеспечивается между крайними выступами и концами фольги. Для высоковольтных конденсаторов сопротивление вывода и сопротивление металлической фольги довольно малы по сравнению с сопротивлением оксида и электролита.

Пакет

Рис. 6. Схема блока конденсаторов.

Рис. 7. Некоторые электролитические конденсаторы.

Корпус, в который помещена секция конденсатора, изготовлен из сплава алюминия 1100, чистота которого составляет около 99 % (см. рис. 6). Для конденсаторов диаметром от 25 до 50 мм (от одного до двух дюймов) толщина стенки составляет 0,022 дюйма. Бутилкаучуковая прокладка помещается на верхнюю часть коллектора перед прядением, при этом отверстие корпуса загибается и вдавливается в прокладку, образуя эффективное уплотнение системы. Корпус находится под тем же потенциалом, что электролит и катод во время работы конденсатора, поэтому, когда электролитические конденсаторы соединены последовательно, необходимо позаботиться об изоляции корпусов друг от друга. Хотя корпус алюминиевого электролитического конденсатора находится под потенциалом катода, его нельзя использовать для отрицательного электрического соединения из-за высокого удельного сопротивления электролита и большого эффективного пути от катода к корпусу.

Если бы электролит имел гораздо более низкое удельное сопротивление, можно было бы отказаться от катода и использовать вместо него банку. В конденсаторах предусмотрен предохранительный клапан, чтобы конденсатор мог контролируемым образом сбрасывать избыточное давление. Это явление известно как вентиляция и считается режимом отказа. Вентиляционное отверстие может быть установлено в виде резиновой заглушки в коллекторе или в виде штампованной щели в стенке емкости. Давление, при котором конденсатор вентилируется, предсказуемо и обычно рассчитано на давление около семи атмосфер или даже выше. Допустимое давление имеет тенденцию быть выше для небольших конденсаторов. После сброса конденсатора электролит может испаряться до тех пор, пока емкость не уменьшится. Некоторые типичные электролитические конденсаторы показаны на рисунке 7.

Применение электролитических конденсаторов

Рис. 8. Ежемесячный мировой рынок конденсаторов.

Есть много практических, повседневных применений алюминиевых электролитических конденсаторов. Наиболее важные области применения включают фильтрующие конденсаторы для выходов источников питания, цепи блокировки и обхода постоянного тока, пусковые конденсаторы и другие неполярные конденсаторы, аудиоприложения, конденсаторы для разрядки энергии, конденсаторы для фотовспышек и стробоскопов. Для каждого из них требуются совершенно разные характеристики, которые подробно описаны в Приложении.

Общее мировое использование конденсаторов составляет примерно один триллион единиц в год. Общая рыночная стоимость составляет примерно 17 миллиардов долларов в год. На Рисунке 8 показаны ежемесячные колебания всего рынка конденсаторов за пару последних лет. На Рисунке 9 представлены ежегодные рынки алюминиевых и танталовых электролитических конденсаторов, которые составляют более 10% от общего объема использования.


Рис. 9. Мировой рынок электролитических конденсаторов: алюминиевые (слева), танталовые (справа).

Приложение

Отношение величины заряда «Q» на каждой пластине к электрическому потенциалу или напряжению «V» между пластинами известно как емкость «C».

[1]

Емкость устройства зависит главным образом от геометрии пластины и природы диэлектрика . Для двух параллельных поверхностей, каждая из которых имеет площадь «A», разделенную расстоянием «d», с диэлектриком с относительной диэлектрической проницаемостью «k»:

[2]

где «E _o» — диэлектрическая проницаемость вакуума (8,85×10 ^-12 Ф/метр). Относительная диэлектрическая проницаемость «k» материала описывает его поляризуемость. Как видно на рисунке 1, когда заряды +Q и -Q устанавливаются на анодной и катодной пластинах, соответственно, поверхностные заряды +Q’ и -Q’ на диэлектрике индуцируются в соответствии со следующим соотношением, которое определяет «k» для материал: Q’=Q×(1-k).

Емкость катода «С _с» включена последовательно с емкостью анода «С _a», чтобы получить общую емкость «C» в соответствии с соотношением:

[3]

Или, переставляя:

[4]

Следовательно, в последовательно соединенных конденсаторах преобладает конденсатор с меньшей емкостью.

Применение электролитического конденсатора

Выходной фильтр блока питания

Когда синусоидальное переменное напряжение выпрямляется, создается полусинусоидальная форма волны. Этот сигнал обычно преобразуется в устойчивое значение постоянного тока с помощью конденсатора, который заряжается до пикового значения полусинусоидального напряжения, а затем подает ток на нагрузку при слегка уменьшающемся напряжении до тех пор, пока следующий полусинусоидальный пик не восстановит максимальное значение. напряжение на конденсатор. Небольшое изменение напряжения на конденсаторе известно как пульсирующее напряжение, а ток, идущий к конденсатору и от него, называется пульсирующим током.

Чтобы поддерживать стабильный выход постоянного тока и свести к минимуму пульсации напряжения, емкость конденсатора выбирается достаточно большой по отношению к сопротивлению нагрузки. Более стабильное напряжение требует более высокого значения емкости и более дорогого конденсатора. Для приложений, в которых стабильность напряжения не очень критична, часто выбирают меньшую емкость. Затем необходимо учитывать пульсирующий ток, поскольку слишком малая емкость может иметь большое эффективное последовательное сопротивление (ESR) и может иметь тенденцию к перегреву. Максимальные номинальные значения пульсирующего тока указываются производителями конденсаторов, и эти номинальные значения основаны на максимально допустимой рабочей температуре конденсатора, а также на размере, массе, конструкционных материалах и ESR конденсатора. Номинальные значения пульсаций тока в алюминиевых электролитических конденсаторах достигают 50 ампер (среднеквадратичное значение).

Блокировка и обход постоянного тока

Частотная характеристика конденсатора такова, что он выглядит как разомкнутая цепь при постоянном постоянном напряжении и виртуальное короткое замыкание при высоких частотах.

Таким образом, конденсатор можно использовать для маршрутизации сигналов в соответствии с их частотным составом. Когда сигнал, содержащий как постоянную, так и переменную составляющие, отправляется на трансформатор для усиления составляющей переменного тока, часто последовательно с трансформатором используется конденсатор, чтобы блокировать постоянную составляющую, что может привести к нагреву и искажению сигнала, если он достигнет трансформатора. Для такого применения необходимо проверить линейность частотной характеристики конденсатора, чтобы обеспечить высокую точность, а величина тока конденсатора должна быть ниже номинального пульсирующего тока.

Пуск двигателя и другие неполярные

Пусковой момент двигателей переменного тока обеспечивается пусковым конденсатором двигателя, часто биполярным алюминиевым электролитическим конденсатором с низким ESR. Такой конденсатор рассчитан на линейное переменное напряжение, большие токи, кратковременную работу. Конденсаторы для запуска двигателя имеют самый низкий коэффициент рассеяния по сравнению с алюминиевыми электролитами, всего 2% при частоте 120 Гц.

Для достижения такого низкого ESR используется фольга с низким коэффициентом усиления. Корпуса часто изготавливаются из пластика, чтобы обеспечить электрическую изоляцию от потенциала электролита, который соответствует приложенному напряжению. Плотность энергии довольно низкая, обычно 50 Дж/кг или меньше. Даже при этих свойствах малых потерь пусковые конденсаторы быстро нагреваются в своем применении и рекомендуются только для малых рабочих циклов, таких как одна секунда во включенном состоянии, одна минута в выключенном состоянии.

Аудио приложения

Неполярные алюминиевые электролиты на 50 и 100 вольт часто используются в пассивных кроссоверах для коммерческих и бытовых громкоговорителей, где сигналы содержат компоненты среднего переменного напряжения (пиковое значение около 30 вольт) с небольшим содержанием постоянного напряжения или без него. Частотная характеристика и вибростойкость этих конденсаторов являются наиболее важными критериями. Электролитические конденсаторы имеют положительный коэффициент емкости по напряжению, и это приводит к некоторым гармоническим искажениям.

Автомобильная аудиосистема (усиление шины): одно из идеальных применений — это усиление шины больших автомобильных аудиоусилителей мощностью в несколько киловатт, где шина постоянного тока 13 В может потреблять сотни ампер при каждом ударе бас-барабана или каждом ударе бас-гитары или поп-музыке. Это может привести к падению напряжения автомобильного аккумулятора на несколько вольт, затемнению фар в такт музыке и сокращению срока службы генератора и аккумулятора, не говоря уже об ухудшении искажения звука и выходных уровней. Решение состоит в том, чтобы использовать электролитические конденсаторы рядом с усилителями. Эти специальные конденсаторы имеют номинал от 0,5 до 2,0 фарад при 15 В постоянного тока. Эти конденсаторы обычно имеют последовательное сопротивление около одного миллиома, поэтому они весьма эффективны для повышения напряжения автомобильного аккумулятора при использовании на уровне около 1 фарад на киловатт. Будущие конденсаторы, вероятно, будут рассчитаны на 0,2-0,5 F при 60 В постоянного тока для более высокого напряжения батареи.

Применения разряда энергии

Обычное применение разряда энергии для алюминиевых электролитических конденсаторов — фотовспышка для фотографии, как профессиональной, так и бытовой. Эти конденсаторы в настоящее время также все больше и больше используются для разрядов лазерных ламп-вспышек. Военные заинтересованы в алюминиевых электролитах для низковольтной пульсации лазерных радаров с диодной накачкой. Для целей данной статьи алюминиевые электролитические разрядные конденсаторы классифицируются по трем режимам напряжения: 1. Высокое напряжение больше или равное номинальному значению 350 вольт. 2. Среднее напряжение меньше 350 вольт, но больше или равно номинальному 150 вольт. 3. Низкое напряжение менее 150 вольт.

Приложения для фотовспышек

Емкость конденсаторов для фотовспышек, используемых во встроенных бытовых камерах, обычно составляет 100 мкФ 360 В, а в отдельных блоках верхней камеры они могут достигать нескольких сотен микрофарад. Эти небольшие устройства часто состоят из двух расположенных рядом пористых анодов.

Типичная плотность энергии составляет 1,5 Дж/грамм или 2 Дж/см ³ . Профессиональные фотографы используют батареи электролитических конденсаторов в портативных, но массивных устройствах весом около 10 кг. Они содержат много тысяч микрофарад, обычно в переключаемых банках с вентиляторным охлаждением. Как правило, это конденсаторы с винтовыми клеммами, конструкция которых очень похожа на обычные фильтрующие конденсаторы. Конденсаторы для фотовспышек могут использоваться со средней скоростью до восьми вспышек в минуту, в зависимости от размера, энергии и управления температурой. Четыре вспышки в минуту являются более типичными. Работа фотовспышки часто вызывает адиабатическое повышение внутренней температуры примерно на 0,05 град.0605 o C (0,09 ^o F) на вспышку. Это приводит к выводу, что для заметного прогрева конденсатора необходимо несколько сотен вспышек. Следовательно, в течение первых получаса можно было применить 10 вспышек в минуту без учета затрат. Типичный срок службы конденсатора вспышки составляет от 50 000 до 200 000 вспышек.

Доступны конструкции с длительным сроком службы на один миллион и более вспышек.

стробоскопы

Стробоскопические конденсаторы используются при высокой частоте повторения. В случае низковольтных блоков частота повторения может быть очень высокой, достаточно высокой для использования в проблесках для вечеринок и в автомобильных тахометрах. Высоковольтные устройства, как правило, не могут работать в режиме полного заряда-разряда с частотой повторения примерно 2 или 3 Гц или частотой повторения. В высоковольтных алюминиевых электролитических стробирующих конденсаторах используется другой оксид алюминия 9.0038 диэлектрическая структура , чем их аналоги фотовспышки и фильтра. В стробоскопических конденсаторах используется аморфный оксид алюминия, а не обычный кристаллический оксид алюминия. Это достигается за счет процесса формования, когда фольга анодируется. Используется разная предварительная обработка, температура процесса и плотность тока, а также разный химический состав электролита.

Полученный диэлектрик, к сожалению, намного толще, чем его кристаллический аналог. По этой причине стробоскопическая фольга имеет более крупные туннели, а стробоскопические конденсаторы теряют плотность энергии и стоимость примерно в четыре раза по сравнению с их кристаллическими собратьями. Но их частота повторения может обеспечить улучшение в двадцать раз, а продолжительность их жизни может приблизиться к 1000-кратному количеству устойчивых циклов заряда-разряда. Когда требуется только частичный разряд, например разряд от 400 В до 250 В, вместо полного разряда, могут быть разработаны конструкции гибридных конденсаторов, которые обеспечивают высокую частоту повторения, длительный срок службы без жертв в стоимости и размере, необходимых для аморфной фольги. .

В обычном разрядном конденсаторе конденсатор заряжается медленно, быстро разряжается и подвергается определенному количеству циклов разрядки в единицу времени. Время, необходимое для заряда конденсатора, называется временем заряда. Время, в течение которого конденсатор разряжается, называется временем разряда. Цикл заряда-разряда известен как выстрел. Число циклов заряда-разряда в секунду называется частотой повторения и выражается в герцах (Гц). Когда частота повторения очень мала или конденсатор срабатывает нечасто, рабочее состояние называется однократным. Когда конденсатор подвергается прерывистой работе с номинальной повторяемостью, коэффициент заполнения определяется как время включения, деленное на сумму времени включения и периода покоя. Срок службы конденсатора определяется как ожидаемое количество разрядов до того, как произойдет определенное ухудшение характеристик. Обычно пределом является повышение СОЭ.

Связанные статьи

Анодирование
Электрохимические конденсаторы

Дальнейшее чтение

Руководство по применению алюминиевых электролитических конденсаторов. Воспроизведено с разрешения Cornell Dubilier Electronics, Inc. (файл Acrobat в формате pdf).

Categories Разное

alexxlab
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Навигация по записям
Previous ReadingИндикатор разряда аккумулятора на tl431: Простой универсальный индикатор разряда аккумулятора на микросхеме TL431 | Лучшие самоделки своими руками
Next ReadingШалапайка это: шалопайка | это… Что такое шалопайка?
Рубрики
Внимание! Внешний вид товара, комплектация и характеристики могут изменяться производителем без предварительных уведомлений. Данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 (2) Гражданского кодекса Российской Федерации. 2024 © Все права защищены.

Алюминиевый электролитический конденсатор 220 мкФ 10 В новые продукты

Description

Алюминиевый электролитический конденсатор 220 мкФ 10 В новые продукты

Алюминиевый электролитический конденсатор 220 мкФ 10 В новые продукты

Частотный коэффициент номинального пульсирующего тока

Полярные конденсаторы в цепи переменного тока

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

Конденсатор в цепи переменного тока – что нужно накапливать и для чего

Свойства электролитического конденсатора

Конденсатор: что это такое и для чего он нужен

Как выбрать конденсатор?

Электрический конденсатор

§52. Конденсаторы, их назначение и устройство

Включение электролитического конденсатора в цепь переменного тока

Как сделать из полярного конденсатора неполярный и в чем их отличие между собой

КОНДЕНСАТОРЫ И ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Электролитический конденсатор

Зачем нужен конденсатор в автозвуке

Что такое автомобильный конденсатор и зачем он нужен?

Характеристики автомобильных конденсаторов.

Зачем нужен конденсатор для сабвуфера

Как подобрать конденсатор

Как подключить конденсатор к сабвуферу

Как зарядить конденсатор для сабвуфера

Дополнительные плюсы установки конденсаторов в автомобилях

Зачем нужен конденсатор?

Что плохого в просадках напряжения?

Почему появляются просадки напряжения?

Как конденсатор решает эту проблему?

Конденсатор конденсатору — рознь!

Высоковольтные конденсаторы . Рынок Электротехники. Отраслевой портал

Конденсатор: применение и виды

Конденсатор – что такое?

Где применяются конденсаторы

Типы конденсаторов

Виды конденсаторов

Принцип работы конденсатора

Характеристики конденсатора

От чего зависит емкость

Свойства конденсатора

Видео

Зачем нужны конденсаторы? Подключение конденсатора. Что такое конденсатор и для чего он нужен

Назначение и использование конденсаторов

Как работает конденсатор

Применение конденсаторов

Принцип работы конденсатора

Основными параметрами конденсатора являются:

Для чего же нужны конденсаторы и с чем их «едят».

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы в источниках питания, SL Power Electronics

Обзор электролитических конденсаторов

Обзор электролитических конденсаторов

Что такое электролитический конденсатор?

Причины деградации электролитических конденсаторов | Блог Advanced PCB Design

Ключевые выводы

Деградация электролитического конденсатора из-за утечки электролита

Другие причины выхода электролитических конденсаторов из строя

Срок службы электролитических конденсаторов

Электрохимическая энциклопедия.

Электролитические конденсаторы

Детали конструкции влажного алюминиевого электролитического конденсатора

Применение электролитических конденсаторов

Приложение

Выходной фильтр блока питания

Блокировка и обход постоянного тока

Пуск двигателя и другие неполярные

Аудио приложения

Применения разряда энергии

Приложения для фотовспышек

стробоскопы

Связанные статьи

Дальнейшее чтение

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики