Все о пусковых электролитических конденсаторах переменной емкости

Содержание

• 1 Виды
  • 1.1 Алюминиевые электролитические конденсаторы
  • 1.2 Танталовые конденсаторы
  • 1.3 Ниобиевые конденсаторы
• 2 Видео

Уже в самом имени конденсатора содержится его прямое предназначение. Свое наименование конденсатор получил от латинского слова condensatio, что переводится как «накопление». Основное предназначение этого элемента состоит в накоплении энергии и заряда электрического поля, а главной характеристикой является ёмкость. Работа элемента построена на взаимодействии двух электродов через слой диэлектрика. Электролитические отличаются от конденсаторов переменной емкости и других вариантов тем, что диэлектриком у них выступает слой электролита, который заполняет все пространство между обкладками. Поэтому электролитический конденсатор часто называют просто электролитом.

Виды электролитических конденсаторов

Виды

В зависимости от вида электродов, все электролиты разделены на три основные группы:

1. алюминиевые;
2. танталовые;
3. ниобиевые.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

Конструкция этого прибора во многом напоминает старые бумажные электролиты, но здесь слой бумаги дополнительно пропитан электролитом. Схематично прибор выглядит следующим образом. Все слои представляют собой:

• 2 ленты фольги (обкладки), на одну из которых нанесен оксид металла;
• пропитанную электролитом бумагу, помещенную между лентами;
• 2 бумажных обертки.

Один слой фольги через приваренную металлическую пластину выводится на «минус», а другой – на «плюс». Положительный заряд образуется на ленте фольги с оксидным слоем. Сам оксидный слой образуется при прохождении тока. Все эти слои в свернутом в рулон виде помещены в цилиндрический корпус. Оксид алюминия относится к хрупким материалам, который может растрескаться во время работы. Это приводит к повышению тока утечки, а, значит, ухудшению общетехнических показателей прибора. Чтобы избежать подобного явления, в качестве электролита используют сложные многокомпонентные составы из солей и кислот, которые способны восстанавливать микроповреждения оксидного слоя алюминия.

Емкость любого конденсатора определяется по формуле:

C= εε0S/d, где:

• S – площадь каждой обкладки;
• d – расстояние между пластинами;
• ε – величина электрической проницаемости среды внутри их;
• ε0 – это электрическая постоянная.

Известно, чем выше емкость, тем больше эффективность конденсатора. Согласно формуле, емкость увеличивается пропорционально площади пластины. Для того чтобы увеличить площадь, проводят дополнительное травление анодной алюминиевой пленки со стороны электролита. Жидкие частицы затекают в микроскопические поры, и ёмкость конденсатора существенно возрастает.

Как устроен алюминиевый электролитический конденсатор

Жидкий электролит со временем начинает усыхать, из-за этого емкость прибора падает. Чтобы минимизировать такие потери, не следует размещать электролитический конденсатор вблизи источников тепла или в системах с плохой вентиляцией.

Важно! После выключения схемы из сети пусковой конденсатор еще некоторое время сохраняют свой заряд. Если в этот момент коснуться выводов прибора, можно получить удар током. Поэтому перед началом ремонта приборы необходимо разряжать. Особенно это касается оборудования, рабочее напряжение которого может доходить до 100-400 вольт.

Основная проблема, возникающая во время эксплуатации, – выход из строя и вытекание электролита. Это может произойти при сильном перегреве или перенапряжении, которые приводят к новому формированию оксидного слоя. Если у КПЕ-конденсатора переменной емкости этот показатель может меняться в зависимости от напряжения, то у электролитического конденсатора подобный перепад приводит к серьезным последствиям. Электролит начинает выделять больше тепла, возникают процессы газообразования, давление внутри повышается, что приводит к повреждению корпуса.

Для того чтобы прибор не взорвался, с торца конденсатора устанавливается предохранительный элемент – мембрана. На ее поверхности имеются насечки в форме знака «+» или букв «Т» и «Y». При повышении технологических характеристик пусковой конденсатор «хлопает», и электролит через мембрану вытекает наружу без взрыва.

Важно! При установке следует располагать пусковой конденсатор таким образом, чтобы конденсаторная установка не вышла из строя из-за вытекания электролита.

При использовании приборов нужно учитывать номинальные значения рабочего напряжения. Рабочее напряжение электролита должно составлять 80 процентов от номинального. Кроме того, следует учесть диапазон рабочих температур. Верхнее пороговое значение обычно указывается на корпусе. Если не соблюдать этой пропорции, электролитический конденсатор скоро выйдет из строя.

Танталовые конденсаторы

Действие этих приборов основано на методе электрохимического окисления, в ходе которого на поверхности тантала образуется стабильное высокотемпературное соединение Ta2O5 – пентоксид тантала. Это соединение пропускает ток в одном направлении и устойчиво при нахождении в кислых электролитах.

Строение танталового конденсатора

Удельное сопротивление может доходить до 7,5х1012 Ом·см, поэтому танталовые электролитические конденсаторы применяются в аэрокосмической и военной отраслях.

Основное отличие этих приборов от алюминиевых заключается в конструкции. Здесь анод представляет собой объемную пористую таблетку из спеченного в вакууме танталового порошка. В таблетку запрессован проволочный вывод. В качестве электролита применяется водный раствор серной кислоты, которая, как известно, обладает повышенными техническими характеристиками:

• максимальной электропроводностью;
• возможностью не замерзать до температуры в -600С.

Для защиты от возможного агрессивного воздействия серной кислоты в конструкции используется двойной корпус: из серебра внутри и из стали снаружи. Серебро нейтрально ведет себя по отношению к серной кислоте, а сталь обеспечивает необходимую прочность.

Танталовые конденсаторы могут работать не только с жидким, но и твердым электролитом. Вторые получили название оксидно-полупроводниковых. В этих приборах используется MnO2 – диоксид марганца. В этом случае таблетка из гранул тантала и слоя пентоксида сначала выдерживается в растворе нитрата марганца, а затем высушивается при +2500С. В процессе образуется MnO2, который играет роль катода. Затем на слой диоксида наносится графит, который сверху покрывается серебром. И уже к слою серебра припаивают вывод катода. Кроме этого уже ставшего классическим метода, в производстве современных танталовых конденсаторов с твердым электролитом используются полимеры:

• тетрацианхинодиметан;
• полианилин;
• полипиролл;
• полиэтилендиокситиофен.

Танталовые конденсаторы отличаются лучшими эксплуатационными характеристиками по сравнению с алюминиевыми, но максимальное напряжение первых намного меньше (125 В по сравнению с 600 В).

Обратите внимание! Практически все недостатки электролитических конденсаторов устранены в многослойных керамических моделях. Такие конденсаторы обладают высокой емкостью, более 100мкФ, но при этом сильно зависят от температуры и существенно дороже.

Ниобиевые конденсаторы

Принцип производства ниобиевых конденсаторов похож на выпуск танталовых.

Виды ниобиевых конденсаторов

Берется заготовка на основе порошка металлического ниобия или его оксида с диэлектриком и диодом. Затем конструкция спекается для придания конденсатору твердотельных свойств.

Выбор электролитических конденсаторов достаточно широк. Для длительной эксплуатации всей конденсаторной установки нужно точно соблюдать рабочее напряжение, температурный диапазон, а также ЭПС. Так называется эквивалентное последовательное сопротивление, которое включает все виды сопротивлений, возникающих в конденсаторе. Это сопротивления, которые появляются при потерях на диэлектрике из-за неоднородности, на проволочных выводах, а также между обкладками и выводами.

Видео

Конденсатор электролитический

Оцените статью:

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.) наиболее предпочтительным для вашего проекта.

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.

Например, результат поиска для DIP конденсаторов  c рабочим напряжением 450 В серии HP3 производства компании Hitachi с емкостью 56…680 мкФ приведен на Рис.1.

Рис. 1. Результат поискового запроса для  имеющихся на складе конденсаторов серии HP3 с рабочим напряжением 450 В от Hitachi  с емкостью в диапазоне  56…560 мкФ

Конденсаторы (Рис. 2) представляют собой двухвыводные компоненты, используемые для фильтрации, хранения энергии, подавления импульсов напряжения и других задач. В самом простом случае они состоят из двух параллельных пластин, разделенных изоляционным материалом, называемым диэлектриком.

Рис. 2. Конденсаторы различных типов

Конденсаторы хранят электрический заряд. Единицей емкости является Фарад (Ф). Это название было дано в честь Майкла Фарадея, который в свое время стал пионером в области практического использования конденсаторов.

Конденсаторы могут быть полярными и неполярными. К полярным относятся почти все электролитические и танталовые конденсаторы. Они должны подключаться с учетом полярности напряжения. Если перепутать выводы «-» и «+», то это приведет к короткому замыканию. К неполярным относятся керамические, слюдяные и пленочные конденсаторы. Они могут работать при любой полярности приложенного напряжения, что делает их подходящими для применения в цепях переменного тока.

Несмотря на широкое распространение конденсаторов, выбор конкретной модели бывает достаточно сложным. Вы можете знать емкость и рабочее напряжение, которые требуются в вашем проекте, но у конденсаторов есть и множество других характеристик, таких как полярность, температурный коэффициент, стабильность, последовательное эквивалентное сопротивление (ESR) и так далее.

Это делает каждый конкретный тип конденсаторов пригодным для конкретного приложения. Ниже перечислены наиболее популярные типы конденсаторов с кратким описанием их достоинств и особенностей.

Типы конденсаторов

Существует несколько типов конденсаторов, которые отличаются электрическими характеристиками и стоимостью. Ниже приведено описание наиболее популярных типов конденсаторов: алюминиевых электролитических, керамических, танталовых, пленочных, слюдяных и полимерных (твердотельных). Кроме того, для каждого типа представлены наиболее подходящие приложения, а также информация о корпусных исполнениях и примеры конкретных серий.

Рис. 3. Алюминиевый электролитический конденсатор

Описание: алюминиевые электролитические конденсаторы (Рис. 3) являются полярными, поэтому их нельзя использовать в цепях переменного напряжения. Они могут иметь высокую номинальную емкость, но отклонение от номинала обычно составляет до 20%.

Приложения: алюминиевые электролитические конденсаторы оптимальны для приложений, которые не требуют высокой точности и работы с переменными напряжениями. Чаще всего они применяются в качестве развязывающих конденсаторов в источниках питания, то есть для уменьшения пульсаций напряжения. Они также широко используются в импульсных DC/DC-преобразователях напряжения.

Корпусное исполнение: как для монтажа в отверстия, так и для поверхностного монтажа.

Примеры:

Для монтажа в отверстия:

• 25 В серия TKR производства Jamicon с диапазоном доступных емкостей 10…5000 мкФ.
• 50 В серия ECA-1HM  от Panasonic с диапазоном доступных емкостей 4.7…3300 мкФ.
• 450 В серия HP32 от Hitachi AIC с диапазоном доступных емкостей 56…1000 мкФ.

Для поверхностного монтажа:

• 16 В серия EEE-FK от Panasonic с диапазоном доступных емкостей 10…4700 мкФ.
• 50 В серия CA050 от Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,22…220 мкФ.

Рис.4. Керамические конденсаторы

Описание: существует два основных типа керамических конденсаторов (Рис. 4): многослойные чип-конденсаторы (MLCC) и керамические дисковые. MLCC пользуются большой популярностью и широко применяются в электронных устройствах, поскольку обладают высокой стабильностью и малым уровнем потерь. Они отличаются низким последовательным сопротивлением (ESR) и минимальной погрешностью номинала по сравнению с электролитическими или танталовыми конденсаторами. Вместе с тем их максимальная емкость невелика и достигает всего нескольких десятков мкФ. Из-за высокой удельной емкости MLCC имеют очень малые габариты и отлично подходят для размещения на печатных платах.

Приложения: поскольку керамические конденсаторы являются неполярными, то их можно применять в цепях переменного тока. Они широко используются в качестве «универсальных» конденсаторов, например, для высокочастотной развязки, фильтрации, подстройки резонаторов и подавления электромагнитных помех. Как MLCC, так и керамические дисковые конденсаторы подразделяются на два класса:

Керамические конденсаторы I класса – точные (+/- 5%) и стабильные конденсаторы с минимальной зависимостью емкости от температуры. Конденсаторы NP0/C0G отличаются минимальным температурным коэффициентом 30 ppm/K. К сожалению, их максимальная емкость ограничена несколькими нанофарадами (нФ). Поскольку они очень стабильны и точны, то их чаще всего используют в системах с частотным регулированием, например, в резонансных схемах для радиочастотных приложений.

Керамические конденсаторы II класса менее точны, но обеспечивают более высокую удельную емкость (номинальные значения — до десятков мкФ) и, следовательно, подходят для фильтрации и развязки. Среди их недостатков можно отметить большой коэффициент напряжения. Например, даже при приложении напряжения, равного половине рабочего, обычно наблюдается снижение емкости на 50%.

• X5R может работать в диапазоне — 55…85°C с изменением емкости +/- 15%;
• X7R может работать в диапазоне — 55…125°C с изменением емкости +/- 15%;
• Y5V — в диапазоне от — 30…+ 85°C с изменением емкости -20/ +80%.

Корпусные исполнения: наиболее распространены корпуса для поверхностного монтажа 0201, 0402, 0603, 0805, 1206 и 1812. Цифры обозначают габаритные размеры в дюймовой системе. Например, 0402 составляет 0,04х0,02″, 0603 — 0,06х0,03″ и так далее.

Примеры:

Тип NP0/C0G:

• 0402 — серия CC0402JRNPO9 производства компании Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,01…1 нФ;
• 0603 — серия CC0603JRNPO9 от Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,008…2,7 нФ.

Тип X7R:

• 0402 — серия CC0402KRX7R9BB от Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,1…10 нФ;
• 0603 — серия CC0603KRX7R7BB от Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,1…1 мкФ;
• 1206 — серия GRM31 от Murata с диапазоном доступных емкостей 470 пф…22 мкФ;
• 0805 — серия CL21 от Samsung с диапазоном доступных емкостей 150 пф…10 мкФ.

Для монтажа в отверстия:

• Серия C315C производства компании Kemet с диапазоном доступных емкостей 1 пФ …1 мкФ.

Рис. 5. Танталовые конденсаторы

Описание: танталовые конденсаторы (Рис. 5) – это подтип электролитических конденсаторов с высоким уровнем поляризации. При их использовании необходимо проявлять осторожность, поскольку они имеют склонность к катастрофическим отказам даже при воздействии импульсов напряжения с амплитудой, лишь немного превышающей номинальное рабочее напряжение. Танталовые конденсаторы могут иметь высокую номинальную емкость и отличаются высокой временной стабильностью. Они меньше по размеру, чем алюминиевые электролитические конденсаторы той же емкости. Но алюминиевые электролиты могут выдерживать более высокие максимальные напряжения.

Приложения: из-за малого тока утечки, стабильности и высокой емкости танталовые конденсаторы часто используются в схемах выборки-хранения, в которых требуется обеспечивать минимальный ток утечки для продолжительного хранения заряда. Также, благодаря малым размерам и долговременной стабильности, они применяются для фильтрации по цепям питания.

Корпусные исполнения: танталовые конденсаторы выпускаются как для монтажа в отверстия, так и для поверхностного монтажа (SMD). Тем не менее, чаще всего используются именно SMD-компоненты. В дюймовой системе типоразмер А соответствует размеру 1206 (0,12х0,06″), типоразмер В соответствует размеру 1210, типоразмер C соответствует размеру 2312, типоразмер D — размеру 2917.

Примеры:

• Типоразмер A: серия TAJA от AVX с диапазоном доступных емкостей 1…10 мкФ;
• Типоразмер B: серия TAJB от AVX с диапазоном доступных емкостей 10…47 мкФ;
• Типоразмер C: серия TAJC от AVX с диапазоном доступных емкостей 47…220 мкФ;
• Типоразмер D: серия TAJD от AVX с диапазоном доступных емкостей 220…680 мкФ;
• Типоразмер A-E: серия 293D компании Vishay с диапазоном доступных емкостей 0,1…1000 мкФ;
• Типоразмер A-X: серии T491 компании Vishay с диапазоном доступных емкостей 0,1…1000 мкФ.

Рис. 6. Пленочные конденсаторы

Описание: пленочные конденсаторы (Рис. 6) являются неполярными, что позволяет использовать их в цепях переменного напряжения. Они отличаются малыми значениями эквивалентного сопротивления (ESR) и последовательной индуктивности (ESL).

Приложения: пленочные конденсаторы часто применяются в схемах с аналого-цифровыми преобразователями. Кроме того, они способны работать с высоким пиковым током и, таким образом, могут применяться в снабберных цепочках для фильтрации индуктивных выбросов напряжения в DC/DC-преобразователях.

Примеры:

• серия B32021 производства компании EPCOS с диапазоном доступных емкостей 1 нФ…10 нФ и рабочим напряжением 300В AC.
• серия ECHU от Panasonic c диапазоном доступных емкостей 0,1 нФ…220 нФ и рабочим напряжением 16 В и 50 В DC.

Рис. 7. Слюдяной конденсатор

Описание: слюдяные конденсаторы (Рис. 7) являются неполярными, отличаются малой величиной потерь, высокой стабильностью и обладают отличными характеристиками на высоких частотах.

Приложения: эффективны при работе в составе радиочастотных схем. Они могут стоить несколько долларов за штуку, поэтому в маломощных приложениях чаще используют керамические конденсаторы. Однако слюдяные конденсаторы благодаря высокому напряжению пробоя остаются практически незаменимыми для таких приложений, как  радиопередатчики высокой мощности.

Примеры:

• серия CD производства CDE с диапазоном доступных емкостей 0,001…47 нФ (монтаж в отверстия) рабочим напряжением до 500 В .

Рис. 8. Полимерные (твердотельные) конденсаторы

Описание: твердотельные конденсаторы являются полярными, так же как и другие электролитические конденсаторы, но имеют ряд преимуществ, например, меньшие потери благодаря низкому последовательному сопротивлению ESR и длительный срок службы. Для обычных алюминиевых электролитов существует риск высыхания электролита при низких температурах, но твердотельные конденсаторы благодаря применению твердого полимерного диэлектрика обладают высокой надежностью даже при очень низких температурах.

Приложения: используются вместо электролитов в высококачественных материнских платах и DC/DC-преобразователях.

Примеры:

• серия OS-CON производства Panasonic с диапазоном доступных емкостей 3,3…2700 мкФ. 

• серия SP-Cap производства Panasonic с диапазоном доступных емкостей 10…560 мкФ в SMD исполнении. 

• серия ECAS производства компании Murata с диапазоном доступных емкостей 10…150 мкФ.

Описание: конденсаторная сборка (capacitor array)  — это группа конденсаторов, конструктивно объединенных в одном корпусе, причем любой из конденсаторов может быть отдельно от остальных подключен к внешней цепи. Существует много различных типов сборок, которые отличаются количеством конденсаторов, типом диэлектрика, величиной отклонения емкости конденсатора от номинального значения, максимальным рабочим напряжением, типом корпуса и др.

Приложения: конденсаторные сборки широко применяются в мобильной и носимой аппаратуре, в материнских платах компьютеров и цифровых приставках, в радиочастотных модемах и усилителях, в автомобильных и медицинских приложениях и т. д.

Корпусные исполнения: конденсаторные сборки выпускаются как в DIP корпусах, так и в SMD исполнении. Наиболее популярные типоразмеры сборок для поверхностного монтажа 0508, 0612, 0805 представлены в нашем каталоге.

Примеры:

• Серия CA конденсаторных сборок общего назначения от компании Yageo типоразмера 0612 с диапазоном доступных емкостей от 22 пФ до 100 нФ.

Подобрать необходимый конденсатор в каталоге Терраэлектроники можно двумя способами:

1. использовать параметрический поиск в соответствующем разделе каталога, для чего необходимо зайти в раздел конденсаторов, выбрать соответствующий задаче тип конденсатора, а далее заполнить ряд фильтров с параметрами. Фрагмент скриншота поиска MLCC конденсатора с параметрами: номиналом 1 нФ, точностью 10 %, диэлектриком X7R, напряжением  250 В и корпусом 0805 представлен на Рис. 9.
2. воспользоваться интеллектуальным поиском конденсатора по параметрам. Для этого достаточно скопировать строку из спецификации “Конденсатор 1 нФ, X7R, 10%, 250 В, 0805″ или ввести «1n X7R 10% 250V 0805» в строку поиска и получить тот же самый  список подходящих по указанным параметрам компонентов.

Рис. 9. Фрагмент скриншота сервиса поиска конденсатора

Заключение

В данном руководстве были рассмотрены некоторые наиболее популярные типы конденсаторов. Кроме них существуют суперконденсаторы, кремниевые конденсаторы, оксид-ниобиевые и подстрочные конденсаторы, которые обладают уникальными преимуществами по величине емкости, уровню надежности или возможности подстройки. Однако в большинстве электронных схем вы чаще всего увидите один из шести рассмотренных выше типов конденсаторов.

Автор: Санкет Гупта Перевод: Вячеслав Гавриков (г. Смоленск)

Разделы: Конденсаторы керамические, Пленочные конденсаторы

Опубликовано: 15.03.2018

Типы конденсаторов. Алюминиевые электролитические конденсаторы

Типы конденсаторов. Алюминиевые электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы характеризуются, прежде всего, строго определенной полярностью их включения. При обратной полярности их включения в схеме они образуют короткозамкнутую цепь, что приводит к повреждению задающей схемы, причем все это сопровождается выделением тепла, появлением дыма и ядовитых испарений в самом конденсаторе. Алюминиевые электролитические конденсаторы могут при этом даже взорваться и обильно оросить близлежащие компоненты схемы жидким электролитом и алюминиевой фольгой, что может привести к дополнительным повреждениям аппаратуры. Некоторые разработчики испытывают стойкое предубеждение против использования электролитических конденсаторов, однако, со всеми присущими им недостатками электролитические конденсаторы являются очень полезными компонентами, и на процесс проектирования схемы будет накладываться очень сильные ограничения, если полностью отказаться от их использования. Большая же часть неприятностей, приписываемым электролитическим конденсатором, происходит из-за их неправильного применения в схемах. Электролитические конденсаторы характеризуются очень высокой удельной емкостью относительно своего объема, достигающей практически предельного значения за счет исключения почти всех недостатков, присущих обычному плоскому конденсатору. Зазор между обкладками конденсатора сведен к минимуму, поверхность пластин достигает максимального значения, а значение относительной диэлектрической проницаемости оксида алюминия ε r ≈ 8,5 превышает аналогичный показатель диэлектрических пленок, для которых εr ≈ 3. Принцип действия всех электролитических конденсаторов очень похож, поэтому рассмотрение ограничится только конденсаторами на основе алюминия. Алюминиевая фольга, образующая одну из обкладок электролитического конденсатора, подвергается анодному окислению для образования изолирующей поверхностной пленки (толщина оксидного слоя выбирается из расчета ≈ 1,5 нм на один вольт прикладываемого напряжения). Этот тонкий изолирующий слой образует диэлектрик конденсатора. Так как процесс анодного окисления является электрохимическим процессом, а образующаяся пленка окисла является диэлектрической, то существует предельное значение толщины пленки, по достижении которой процесс дальнейшего образования окисла на границе раздела алюминий-окисел прекращается. Это означает, что для электролитических конденсаторов существует предельное значение рабочего напряжения, которое определяется толщиной пленки. Традиционно, электролитические конденсаторы изготавливаются на максимальные значения постоянного напряжения, равные 450 В. Однако некоторые виды современных конденсаторов могут иметь рабочие напряжения вплоть до 600 В. Более старые модели конденсаторов, для которых указываются рабочие напряжения, превышающие 450 В, должны вызывать очень серьезные подозрения. Хотя в результате анодного окисления алюминиевой фольги получены сразу и обкладка конденсатора и ее диэлектрик, все же необходима вторая обкладка конденсатора. Можно было бы использовать второй кусок алюминиевой фольги, плотно прижатый к первой обкладке, но любой существующий зазор между обкладками сведет на нет все преимущества очень малой толщины диэлектрического слоя. Поэтому в качестве второй обкладки используется пропитанная бумага, либо просто гель, который в силу того, что он желеобразный, обеспечивает прекрасный контакт с окисленной поверхностью первой обкладки. Этот же электрод определил название конденсаторов данного тира. Электролит все же не является идеальным проводником электрического тока, поэтому для получения низкоомного контакта используется кусок второй алюминиевой фольги, расположенный сверху электролита. Таким образом, в наличии имеются две алюминиевые фольговые полоски, между которыми находится электролит. Для конструктивного оформления конденсатора остается только свернуть их в цилиндр. Если перед процессом анодного окисления алюминиевой фольги химическими способами протравить ее поверхность, то поверхность приобретет микроскопические неровности, которые еще больше увеличат эффективную поверхность фольги. Так как электролитическая обкладка конденсатора образует идеальный контакт с поверхностью окисленной обкладки, то в результате получается значительное увеличение площади контакта между обкладками и соответствующее значительное увеличение емкости электролитического конденсатора. К сожалению, электролитический конденсатор не лишен недостатков. Сопротивление электролита, как проводника, представляет значительную величину, поэтому протравливание первой обкладки на значительную глубину будет увеличивать сопротивление на участке между объемом электролита и крайними точками, которые сформированы в глубине относительно поверхности обкладки. Поэтому следует ожидать, что конденсаторы, имеющие более высокие значения удельной емкости относительно объема конденсатора, будут иметь и более высокие значения эквивалентного последовательного сопротивления, ESR. Не только эти извилистые пути прохождения тока к искривлениям и щелям увеличивают общее сопротивление, но также они снижают способность конденсатора противостоять нагреву, но и локальному испарению электролита. Следовательно, очень компактные электролитические конденсаторы имеют не только высокие значения эквивалентного последовательного сопротивления, ESR, но также и низкие значения пульсирующей составляющей постоянного тока. Например, компания Sanyo в серии своих конденсаторов «OS-CON» использует органический полупроводниковый электролит, использование которого значительно снижает величину эквивалентного последовательного сопротивления, ESR. Снижение объемного удельного сопротивления электролита позволяет увеличить глубину протравливания ямок на поверхности, что приводит к увеличению удельной объемной емкости и, следовательно, снижению индуктивности. Эти конденсаторы обладают улучшенными ВЧ характеристиками и могли бы оказаться идеальными в качестве катодных блокировочных конденсаторов, если только препятствием не послужит их очень высокая стоимость. Исторически сложилось, что электролитические конденсаторы имеют очень высокие допуски на величину своей емкости: от +100% до —50%. Хотя современные конструкции электролитических конденсаторов имеют допуски на точность изготовления ±10%, их не рекомендуется использовать в тех цепях схемы, где значение емкости совершенно безболезненно не может быть увеличено вдвое, либо уменьшено наполовину без каких бы то ни было операций, требующих подстройки схемы. Если допустить, что электрический контакт к фольге обкладки осуществляется в одной точке, например в начале ленты, то емкость самого отдаленного участка этой ленты окажется последовательно включенной с собственной индуктивностью фольги. Нанесение расплавленного цинка при изготовлении обычного конденсатора на боковые кромки фольги, свернутой спиралью, соединяет все точки обкладки эквипотенциальной поверхностью и сводит к минимуму индуктивность ленты. В случае электролитических конденсаторов такой технологический прием использовать невозможно, так как нанесенный цинк невозможно изолировать от проводящего электролита, поэтому выводы от обкладки выполняются в виде фольговых отводов, расположенных в различных точках спирали. Увеличение количества отводов снижает индуктивность конденсатора, но значительно усложняет конструкцию, увеличение количества витков спирали приводит к увеличению необходимого для снижения индуктивности количества выводов. Конденсаторы хорошего качества имеют более высокие значения соотношения геометрических размеров (отношения высоты корпуса конденсатора к его диаметру), требуемые для получения необходимого значения емкости. Хотя производители стараются снизить значение последовательной индуктивности, следовательно, и значение индуктивного сопротивления (как известно, XL = 2πfL), для конденсаторов большой емкости величина емкостного сопротивления Хсмала, поэтому относительное значение индуктивного сопротивления конденсатора в общем реактивном сопротивлении представляется значительным. Данная проблема в технических паспортах производителей обычно отражается указанием частоты собственного резонанса для каждого типа конденсаторов. В самых общих чертах конденсаторы, имеющие более высокие значения емкости, имеют более низкие значения резонансной частоты, которая может составлять для них десятки килогерц. Электролитические конденсаторы характеризуются высокими потерями. Сразу же после изготовления конденсаторов проводится их формовка, то есть на них подается поляризующее напряжение, которое вызывает протекание тока, формирующего на алюминиевой обкладке защитного оксидного слоя. После того, как сформировался диэлектрический слой, ток конденсатора значительно снижается. Однако с течением времени происходят постоянные локальные разрушения диэлектрического микрослоя в различных точках, поэтому постоянно происходит дополнительная формовка конденсатора. Например, если к конденсатору все время приложено постоянное напряжение, то через него будет постоянно протекать ток минимального значения, необходимый для постоянного самозалечивания оксидного слоя. Если оборудование отключается на какое-то время, то при его обратном включении сначала будет протекать ток утечки, превышающий обычное значение, до тех пор, пока не завершится процесс повторной формовки оксидного слоя. Чем длительнее нерабочий период, когда на конденсаторе отсутствует напряжение, тем длительнее и тем выше в начальный момент будет значение тока утечки; поэтому существует реальная угроза, что этот ток может вызвать сильный разогрев электролита в конденсаторе. При нагреве электролит начинает интенсивно испаряться, а повышение давления газа может разорвать корпус конденсатора или нарушить его герметичность. По этой причине рекомендуется использовать регулируемый автотрансформатор, например, Variac, для того, чтобы постепенно увеличивать напряжение питания оборудования, в состав которого входят электролитические конденсаторы, после длительного периода, когда оборудование не использовалось. Современные конденсаторы снабжаются специальными уплотняющими прокладками, которые предотвращают чрезмерное повышение внутреннего давления и пропускают пары через специальные отверстия в резиновых уплотнениях на основании конденсатора (для конденсаторов большой емкости), либо же прочность алюминиевого корпуса может быть вполне осознанно ослаблена с использованием серии выемок, которые обеспечивают управляемый разрыв для выхода разогретых паров (конденсаторы малой емкости). Каждый из этих способов означает безвозвратную утрату конденсатора, но он предотвращает повреждение других компонентов схемы. При этом такой способ имеет еще то преимущество, что позволяет чисто визуально судить о работоспособности компонента. При постепенном нагреве пары электролита удаляются через герметизирующие прокладки конденсатора, так как в природе не существует идеальных уплотнителей. Поэтому по мере снижения уровня электролита площадь контакта с вытравленными углублениями и неровностями уменьшается, в результате чего возрастает последовательное эквивалентное сопротивление, а емкость конденсатора снижается. Испарение электролита делает такие конденсаторы очень чувствительными к температурному режиму, в частности, срок службы электролитического конденсатора удваивается при снижении температуры эксплуатации на каждые 10 °С. Приложенное напряжение также влияет на срок службы конденсатора. При отсутствии напряжения процесс формовки диэлектрического слоя не происходит, поэтому от постепенно разрушается, приводя к повышенным значениям токов утечки. Это явление послужило причиной широко известного случая с неисправностью аналоговых микшерных пультов, в которых использовались симметричные положительное и отрицательное напряжения питания, задаваемые с использованием операционных усилителей, в которых в качестве конденсаторов связи применялись электролитические конденсаторы, на которых в результате либо отсутствовало, либо было незначительным напряжение формовки (или поляризации). При условии, что необходимое по величине напряжение формовки присутствует, эксплуатация электролитического конденсатора при напряжениях, меньших их номинального значения, значительно увеличивает срок службы конденсаторов: Из приведенного выражения следует, что работа электролитического конденсатора при напряжении, составляющем 87% от номинального значения, удваивает его срок службы. Однако, приведенной формулой следует пользоваться достаточно осторожно, так как можно предсказать значительное увеличение срока службы за счет существенного снижения рабочего напряжения. Существует хорошее инженерное правило, гласящее, что, если оказывается возможным, электролитический конденсатор должен эксплуатироваться при напряжении, составляющем две трети от его номинального рабочего значения, что дает теоретическое увеличение срока службы в восемь раз. Этот результат является, скорее всего, предельным значение для применимости данной формулы. Большое количество классических ламповых усилителей содержат электролитические конденсаторы, в которых в одном корпусе конструктивно объединены несколько компонентов. Внешний конденсатор маркируется, как правило, красной точкой и в усилителе, в котором используется сглаживающая RC цепь, такой конденсатор должен быть подключен к точке, имеющей самый высокий положительный потенциал. Причиной этого является то, что в точке с наиболее высоким потенциалом будут самые высокие значения напряжения пульсации, а так как внутри проводника поле отсутствует, эти напряжения не будут иметь связи с соответствующим каскадом. Подключение конденсаторов в схеме в обратной последовательности вызовет увеличение фоновых шумов. Существует класс алюминиевых электролитических конденсаторов, которые можно использовать в цепях переменного тока, они известны как биполярные конденсаторы. Такие конденсаторы могут быть обнаружены в схемах кроссоверов громкоговорителей, так как они были, как правило, гораздо дешевле пленочных конденсаторов со сравнимым значением емкости. Конструктивно они представляют два встречно включенных электролитических конденсатора (рис. 5.8). Рис. 5.8 Биполярный электролитический конденсатор К такому конденсатору не будет постоянно приложено поляризующее напряжение и каждый конденсатор должен будет иметь удвоенное значение требуемой по схеме емкости. Недостатки такого конденсатора, следовательно, возрастают в четыре раза по сравнению с обычными униполярными электролитическими конденсаторами, поэтому их характеристики оказываются весьма посредственными. Танталовые электролитические конденсаторы Более высокое значение относительной диэлектрической проницаемости изолирующей пленки значительно уменьшает габаритные размеры танталового электролитического конденсатора по сравнению с алюминиевым электролитическим конденсатором (εr ≈ 8,5). Конденсаторы, в которых используется танталовая фольга, обладают двумя дополнительными преимуществами, непосредственно вытекающими из более высокой химической стойкости слоя оксида тантала. Первое связано с тем, что можно уменьшить значение эквивалентного последовательного сопротивления, так как можно использовать электролиты с меньшим значением объемного удельного сопротивления, в которых происходила бы коррозия алюминиевой фольги. Второе, из-за более высокой стойкости оксидной пленки уменьшаются токи утечки. Однако, тантал является более дорогим материалом, тогда как алюминиевые электролитические конденсаторы постоянно совершенствуются. Миниатюрные дисковые танталовые конденсаторы применяются только при невысоких рабочих напряжениях, однако, уменьшенное, по сравнению с алюминиевыми конденсаторами, значение индуктивности позволило широко применять их в стабилизаторах напряжения полосовых фильтров или логических схем. К сожалению, этот тип конденсаторов характеризуется невысокими значениями емкости (как правило, не более 100 мкФ), их емкость недостаточна для использования в качестве катодных шунтирующих конденсаторов. При выходе из строя танталовых дисковых конденсаторов (они совершенно не переносят включение с обратной полярностью), они образую короткозамкнутую цепь, что может привести к очень впечатляющим повреждениям в схеме. При всем этом они очень дороги, что делает проблематичным их широкое применение.

Конструкция, типы и применение

Теоретически в электрохимическом процессе такие металлы, как алюминий, ниобий, кадмий и другие, создают оксидное покрытие, которое препятствует фактическому протеканию тока в направлениях, но позволяет течь в противоположных направлениях. Это явление впервые наблюдал Иоганн Буфф в 1875 году, а его реализация была осуществлена ​​Дюкрете. Производитель аккумуляторов, а именно «Чарльз», узнал, что оксидное покрытие остается стабильным в случае щелочных и нейтральных электролитов и при отсутствии питания, и на это он получил патент в 189 г.7 для электролитического конденсатора борного типа. С тех пор появились различные типы электролитических конденсаторов, и сегодня в статье полностью обсуждаются их работа, особенности, типы и преимущества.

Основное определение электролитического конденсатора состоит в том, что это поляризованный конденсатор, в котором используется электролит для получения более высокого значения емкости, чем у конденсаторов других типов. Электролит может представлять собой гель/жидкость с повышенной концентрацией ионов. И почти каждый электролитический конденсатор имеет поляризованную природу, что указывает на то, что напряжение положительной клеммы выше, чем уровень напряжения отрицательной клеммы.

Преимущество электролитических конденсаторов с высоким уровнем емкости также имеет множество недостатков. И некоторые из этих недостатков — огромный ток утечки, допуски значений, одинаковое значение сопротивления при последовательном соединении и меньший срок службы.

Электролитические конденсаторы могут быть из твердого полимера или конденсатора с влажным электролитом, которые обычно изготавливаются из алюминия и тантала. А суперконденсаторы — это еще один уникальный тип электролитических конденсаторов, имеющих емкость от нескольких сотен до тысяч. А диапазон емкостей лежит в диапазоне от 1 мкФ до 48 мФ при диапазоне напряжений в несколько сотен вольт.

Как уже говорилось, электролитический конденсатор представляет собой тип поляризованного конденсатора, и символ конденсатора подразумевает полярность электролитического конденсатора . Полярность конденсатора имеет решающее значение для того, чтобы убедиться, что устройство правильно установлено в цепь, а также гарантирует, что оно не находится в состоянии обратного смещения. На приведенном ниже рисунке показан символ электролитического конденсатора .

Символ электролитического конденсатора

Существуют различные типы схематических символов, используемых для изображения электролитических конденсаторов. Согласно приведенному выше рисунку, первое представляет использование устройств в европейских цепях, второе — в цепях США, а третье — более старую версию представления. В то время как на некоторых схемах знак «+» не отображается, потому что уже ясно, какова полярность пластины.

Конструкция и свойства электролитического конденсатора

В конструкции электролитических конденсаторов используются две тонкие алюминиевые фольги, один из слоев которых покрыт оксидным слоем, который действует как изолятор. Поскольку для покрытия используется алюминиевая фольга, устройство также можно назвать алюминиевым электролитическим конденсатором. Между двумя пластинами помещается бумажный лист, пропитанный электролитом, после чего пластины тщательно закручиваются друг в друга и в дальнейшем хранятся в контейнере.

В качестве первого шага в конструировании фольги травят, что делает ее более шероховатой и помогает увеличить площадь поверхности. Процесс травления также помогает получить клапан с высокой емкостью в указанной области.

Второй этап – разработка анода, при котором на аноде создается тонкий слой Al ₂ O ₃ , что создает разницу анода, соответствующую катоду

Затем все вещество конденсатора раскатывают на намоточный инструмент. Здесь все четыре слоя: анодная катушка и ее бумажный экран, катодная фольга и ее бумажный экран намотаны вместе. Благодаря использованию бумажных экранов электроды защищены от прикосновения и короткого замыкания. После того, как ранение сделано, устройство заклеивается лентой, чтобы предотвратить его раскручивание. Позже конденсатор заливают вместе с электролитом, и это делается методом погружения под давлением.

Как обсуждалось на первом этапе, алюминий используется в качестве электролита, его использование позволит конденсатору сохранять необходимые свойства, такие как требуемый уровень температуры, номинальное напряжение и другие.

Строительство

Это процедура изготовления электролитического конденсатора.

Свойства

Свойства электролитических конденсаторов указаны ниже:

• Электролитические конденсаторы алюминиевого типа обладают повышенным уровнем емкости по сравнению с конденсаторами керамического типа
• Эти устройства поляризованы, что означает, что они должны располагаться только в одном направлении вокруг цепи
• Электролитические конденсаторы должны эксплуатироваться ниже номинального уровня рабочего напряжения, иначе это может привести к высоким рискам
• Хорошая переносимость в диапазоне от -50% до +100%
• Они могут нормально работать в диапазоне частот и не подходят для частот выше диапазона 50–100 кГц

Типы электролитических конденсаторов

Комбинация анодных веществ и электролитов, используемых в конденсаторах, создает различные типы электролитических конденсаторов. Некоторые из этих типов описаны в этом разделе.

Алюминиевый тип

Они бывают двух типов:

1. Влажные алюминиевые электролитические конденсаторы
2. Сухие алюминиевые электролитические конденсаторы

Краткое описание конденсаторов этого типа приведено в предыдущем разделе.

Тантал Тип

Это пассивное вещество электрических цепей, имеющее танталовое вещество размером с шарик, действующее в качестве анода и покрытое изолирующим оксидным веществом. Это покрытие позволяет формировать диэлектрик и окружено твердым/жидким электролитом, образуя катод.

Поскольку диэлектрический слой очень узкий и имеет повышенную диэлектрическую проницаемость, танталовый конденсатор отличается от другого типа электролитических конденсаторов, которые также дороги.

Эти конденсаторы являются принципиально поляризованными устройствами, и их работа в условиях обратного напряжения может привести к повреждению устройства. Биполярные/неполярные конденсаторы могут быть сконструированы с использованием последовательного соединения поляризованных конденсаторов, при этом аноды расположены на противоположных путях.

Ниобий Тип

Это также поляризованный и пассивный конденсатор, в котором его анод изготовлен из вещества ниобия/моноксида ниобия, а поверх него пятиокись ниобия действует как диэлектрический материал конденсатора. И тогда твердый электролит, который находится поверх оксидного слоя, действует как катод для конденсатора.

Доступные ниобиевые электролитические конденсаторы будут представлены в виде чипа SMD, и они будут иметь такой же уровень напряжения и емкости, что и конденсаторы с танталовыми чипами. Эти конденсаторы отлично функционируют только при постоянном напряжении и при правильном направлении полярности. В случаях более высоких напряжений и обратных напряжений повреждается диэлектрик, а также конденсатор.

Неэлектролитический тип

Здесь диэлектрическое вещество, используемое в конденсаторах, находится в неэлектролитической форме, и этот тип конденсатора также имеет множество преимуществ. Их также называют биполярными конденсаторами.

Это основные типы электролитических конденсаторов .

Как прочитать значение емкости?

Для сквозных конденсаторов все показания, такие как максимальное номинальное напряжение и значения емкости, указаны на упаковке.

Если напечатано 5,0 мкФ 30 В, то значение емкости конденсатора равно 5,0 мкФ с максимальным номинальным рабочим напряжением 30 В, и устройство не должно работать выше указанного значения.

В случае электролитических конденсаторов для поверхностного монтажа печать на корпусе будет двух видов. В первой форме номиналы емкости и напряжения четко указаны в мкФ и вольтах.

Электролитический конденсатор с маркировкой

Пример: «4,8 30 В» означает, что значение емкости составляет 4,8 мкФ, а напряжение составляет 30 вольт.

Тогда как во второй форме после цифр пишется буква, и эта буква означает номинальное напряжение в соответствии с приведенной ниже таблицей. Из трех чисел первые два означают значение в пикофарадах, а последнее число — общее количество нулей.

Пример: «E486» означает, что 48000000 пФ = 48000 нФ = 48 мкФ

Значение напряжения	Письмо
2,5	и
4	Г
10	А
16	С
25	Е
35	В
50	Х

Характеристики электролитического конденсатора

При выборе конденсатора необходимо учитывать следующие характеристики:

1. Дрейф – обычно 20 %
2. Допуск — Высокий допуск в диапазоне от -20% до +80%
3. Частотная характеристика — электролитические конденсаторы имеют минимальную частотную характеристику
4. Эквивалентное последовательное сопротивление — эти конденсаторы используются в цепях с высокими уровнями тока
5. Утечка — показывает высокий уровень утечки

Преимущества и недостатки

Преимущества электролитических конденсаторов :

• Устройства можно быстро заряжать, а также быстро накапливать энергию
• Рассеивание накопленной энергии также происходит так быстро
• Минимальные потери по сравнению с конденсаторами других типов
• Долгий срок службы
• Может быть достаточно минимального обслуживания

Недостатками электролитических конденсаторов являются:

• Устройства легко повреждаются при работе на высокотемпературных уровнях во время пайки
• Переходные процессы напряжения
• Легко высыхает
• Показывает внутреннее рассеивание мощности
• Обратное напряжение

Применения

Применения электролитических конденсаторов включают следующее.

1. Электролитические конденсаторы используются для снижения нестабильности напряжения во многих фильтрующих устройствах
2. Используется для фильтрации помех, а также для развязки в источниках питания
3. Используется для накопления энергии в лампах-вспышках
4. Используется для соединения различных сигналов между фазами усилителя

Итак, это полное описание электролитических конденсаторов. Несмотря на то, что применение конденсаторов в электрических цепях имеет недостатки, но благодаря своим преимуществам они широко используются в различных приложениях. Знаете, как восстанавливается алюминиевый электролитический конденсатор?

Электролитический конденсатор: полярность, типы, 7 важных факторов — Lambda Geeks

Вопросы для обсуждения

A. Определение электролитического конденсатора и обзор

B. Family Tree of Electrolytic Capacitors

C. Principle of charge

D. Construction of Capacitor

E. Capacitance and volumetric efficiency

F. Electrical characteristics

G. Обозначение конденсатора

Электролитический конденсатор

Определение

«Электролитический конденсатор можно определить как конденсатор с металлическими анодами на концах. Этот анод создает изолирующий оксидный слой».

Изолирующий оксидный слой действует как диэлектрический слой конденсатора. Оксидный слой покрыт бетоном, жидким или гелевым электролитом. Эта крытая часть служит катодом электролитического конденсатора.

Полярность электролитического конденсатора

Символ конденсатора

Электролитические конденсаторы имеют специальный символ. Символ на схеме позволяет понять, какой это тип конденсатора.

SymbolElectrolytic Capacitor, источник изображения – Elcap, односторонние электронные конденсаторы-IMG 5117, CC0 1,0

Типичный электролитический конденсатор имеет более высокое произведение емкости на напряжение (CV) на единицу объема по сравнению с другими типами. Этому способствует слабый диэлектрический слой, а также более широкая поверхность анода.

Типы электролитических конденсаторов

Они имеют три вида —

• тип алюминия Capacitors
• TANTALUM CAPACITOR0046

Конденсаторы этого типа имеют большую емкость, что помогает им обходить низкочастотные сигналы и накапливать большое количество энергии. Они находят применение в схемах развязки и фильтрации.

Эти типы конденсаторов поляризованы. Причиной их является их особая структура. Они должны работать при более высоких напряжениях, а на аноде и катоде должны быть более положительные напряжения.

Анод промышленного электролитического конденсатора помечен знаком плюс. Электролитический конденсатор можно разрушить, подав напряжение обратной полярности или используя напряжение, превышающее номинальное рабочее напряжение. Разрушение опасно и может привести к взрыву и пожару.

Биполярные электролитические конденсаторы также являются единственными в своем роде. Его можно сформировать, просто соединив два конденсатора, соединив аноды с анодом и катод с катодом.

Узнайте о других типах конденсаторов и работе

Родословная электролитических конденсаторов

Электролитические конденсаторы имеют несколько разновидностей. Характер положительной пластины и тип используемого электролита вносят изменения. В каждом из этих трех типов конденсаторов используются бетонные и нетвердые электролиты. Дерево показано ниже –

Принцип заряда

Эти конденсаторы накапливают энергию так же, как обычные конденсаторы. Он удерживает энергию, разделяя заряд в электрическом поле в изолирующем оксидном слое внутри проводников. Здесь присутствует электролит, который действует как катод. Он также образует еще один электрод конденсатора.

Конструкция

Эти конденсаторы используют химическое свойство «клапанных металлов» для создания конденсатора. Практика создает тонкий слой оксида при замене электролита определенного типа. В качестве анода в этих конденсаторах используются три твердых типа.

1. Алюминий . В конденсаторах этого типа используется алюминиевая фольга с тиснением высокой чистоты с оксидом алюминия в качестве диэлектрического материала.

2. Тантал – В конденсаторах этого типа используется танталовая пыль с самым низким уровнем легирования.

[ Подробнее о танталовом конденсаторе. Кликните сюда! ]

3. Ниобий – в конденсаторах этого типа используется ниобиевая пыль, которая имеет самый низкий уровень легирования.

Свойства материалов анода можно изучить ниже –

Material	Dielectric Material	Structure of oxide	Permittivity	Breakdown Voltage(V/µm)
Aluminum	Aluminum Oxide [ Al 2 O 3 ]	Аморфный	9,6	710
Алюминий Алюминий оксид [903 2 O 3 ]	Crystalline	11.6-14.2	800-1000
Tantalum	Tantalum pentoxide [Ta 2 O 5 ]	Amorphous	27	625
Niobium	Niobium pentoxide [Nb 2 0 5 ]	Amorphous	41	400

Property Table of Anode Materials

Мы видим, что диэлектрическая проницаемость оксида тантала в три раза больше, чем оксида алюминия.

Каждый анод отпечатан с менее гладкой поверхностью покрытия и имеет большую площадь покрытия по сравнению с удушающим. Это сделано для увеличения емкости на единицу объема конденсатора.

Если к анодам конденсатора приложить положительный потенциал, образуется толстый оксидный барьерный слой. Толщина области покрытия зависит от приложенного напряжения на анодах. Этот оксидный слой, который также является изолятором, затем функционирует как диэлектрический материал. Оксидный слой, создаваемый анодом, может быть разрушен, если изменить полярность приложенного напряжения.

После формирования диэлектрика счетчик должен соответствовать шероховатой изолирующей области, на которой образовался оксид. Поскольку электролит действует как катод, он выполняет процесс согласования.

Электролиты подразделяются в основном на две категории – «твердые» и «нетвердые». Жидкие среды с ионной проводимостью за счет движущихся ионов считаются нетвердыми электролитами. Этот тип электролитов легко помещается на шероховатой поверхности. Твердые работают в прочной конструкции, используя химические процессы, такие как полимеризация для проводящих полимеров или пиролиз для диоксида марганца.

Электролитические конденсаторы Емкость и объемный КПД

Принцип работы электролитического конденсатора подобен принципу работы «пластинчатого конденсатора».

Емкость представлена ​​следующим уравнением.

C = ε*(A/d)

Здесь

C — емкость.

A – площадь пластин.

d — расстояние между двумя пластинами.

ε — диэлектрическая проницаемость среды между двумя пластинами.

Увеличение площади электрода и диэлектрической проницаемости увеличивает емкость.

Если посмотреть подробнее, конденсаторы электролитического типа имеют слабый диэлектрический слой, и он остается в пределах нанометров на вольт. Есть еще одна причина более высокой емкости. Это шероховатая поверхность.

Электрические характеристики

Схема эквивалентности серии

Характеристики электролитических конденсаторов четко определены в «Международном общем описании IEC 60384-1». Конденсаторы можно представить в виде безупречной соответствующей схемы с последовательным соединением электрических компонентов, включая все омические потери, емкостные, индуктивные параметры электролитического конденсатора.

Приведенная ниже схема представляет собой последовательный эквивалент эквивалентной цепи электролитических конденсаторов серии

, изображение — Inductiveload, модель электролитического конденсатора, отмеченная как общественное достояние, более подробная информация на Wikimedia Commons

C представляет значение емкости конденсатора; RESR представляет собой последовательное эквивалентное сопротивление. Также учитываются потери из-за тепловых и омических эффектов. LESL — это соответствующая индуктивность, включенная последовательно и рассматриваемая как собственная индуктивность электролитического конденсатора. Bleak — сопротивление утечки.

Параметры емкости, стандартных значений и допусков электролитического конденсатора

Конструкция анода и катода в первую очередь определяет характеристики электролитического конденсатора. Значение емкости конденсатора зависит от некоторых факторов, таких как параметры температуры и частота. Электролитические конденсаторы нетвердых типов имеют свойство отклонения в сторону температур. Он показывает большее отклонение, чем твердые типы электролитов.

Емкость обычно измеряется в микрофарадах (мкФ).

• Требуемое приемочное значение емкости определяется указанными приложениями.
• Электролитические конденсаторы не требуют узких допусков.

Напряжение готовности и категории

Номинальное напряжение электролитического конденсатора определяется как напряжение, при котором конденсатор работает с полной эффективностью. Если на конденсатор подается напряжение, превышающее номинальное, конденсатор выходит из строя.

Если на конденсатор подается напряжение ниже номинального, это также влияет на конденсатор. Применение более низких напряжений увеличивает срок службы конденсатора. Иногда это повышает надежность танталовых электролитических конденсаторов.

Импульсное напряжение

Импульсное напряжение — это максимальная величина пикового напряжения, подаваемого на электролитические конденсаторы. Рассчитывается на время использования конденсатора в ограниченном количестве циклов.

Переходное напряжение

Электролитические конденсаторы, в которых в качестве материала используется алюминий, менее чувствительны к переходным напряжениям.

Это условие выполняется, только если частота и энергия переходного процесса сравнительно меньше.

Обратное напряжение

Типичный электролитический конденсатор поляризован, и, как правило, напряжение анодного электрода должно быть положительным по отношению к напряжению катода.

Обратное напряжение редко используется в фиксированных цепях переменного тока.

Полное сопротивление

Типичный конденсатор используется в качестве компонента для хранения электроэнергии. Иногда конденсатор помещают в качестве резистивного элемента в цепь переменного тока. Основное применение электролитического конденсатора — развязывающий конденсатор.

Полное сопротивление конденсатора определяется сопротивлением переменному току, которое зависит от частоты и имеет фазу и амплитуду на заданной частоте.

Чтобы узнать больше о конденсаторе, нажмите здесь

Для получения дополнительной статьи, связанной с электроникой, нажмите здесь

В чем разница между танталовым и электролитическим конденсатором спеченная таблетка порошка тантала высокой чистоты вместе с пятиокисью тантала в качестве диэлектрического компонента, тогда как электролитические конденсаторы представляют собой конденсаторы, имеющие анод или положительную пластину из металла, который может образовывать оксидный слой посредством анодирования.

Танталовые конденсаторы представляют собой тип электролитических конденсаторов, которые действуют как пассивный компонент в электронных схемах. Электролитические конденсаторы представляют собой поляризованные конденсаторы, имеющие анод или положительную пластину из металла, способного образовывать оксидный слой при анодировании.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое танталовый конденсатор  
3. Что такое электролитический конденсатор
4. Танталовые и электролитические конденсаторы в табличной форме
5. Резюме – Танталовые и электролитические конденсаторы

Что такое танталовый конденсатор?

Танталовые конденсаторы представляют собой тип электролитических конденсаторов, которые действуют как пассивный компонент электронных схем. Этот конденсатор содержит гранулы пористого металлического тантала в качестве анода конденсатора. Этот анод покрыт изолирующим оксидным слоем, который может образовывать диэлектрик. Этот компонент окружен жидким или твердым электролитом, который действует как катод. Танталовый конденсатор очень тонкий и имеет диэлектрический слой с относительно высокой диэлектрической проницаемостью. Мы можем отличить его от других типов обычных и электролитических конденсаторов, так как емкость на единицу объема очень высока, а вес меньше.

Тантал представляет собой химический элемент, имеющий химический символ Ta и атомный номер 73. Это редкий, твердый, сине-серый и блестящий переходный металл. Обладает высокой устойчивостью к коррозии. Этот металл широко используется в качестве второстепенного компонента в сплавах из-за того, что он входит в группу тугоплавких металлов.

Рисунок 01: Различные типы танталовых конденсаторов

Мы видим, что тантал является конфликтным минералом. Они дороже, чем алюминиевые электролитические конденсаторы, их конкуренты на рынке. Более того, эти танталовые конденсаторы являются сильно поляризованными компонентами, и обратное напряжение может разрушить конденсатор.

В основе танталового конденсатора лежит оксидный слой, образующийся в качестве барьера вокруг танталового анода после приложения положительного напряжения. Толщина образующегося оксидного слоя пропорциональна приложенному напряжению. Образующийся при этом оксидный слой может действовать как диэлектрик в электролитическом конденсаторе.

Области применения танталовых конденсаторов включают их использование в схемах выборки и хранения для достижения длительного времени удержания, в качестве альтернативы алюминиевым электролитическим конденсаторам в растворах, в фильтрации питания на материнских платах компьютеров и периферийных устройствах и т. д.

Что такое электролитический конденсатор?

Электролитические конденсаторы представляют собой поляризованные конденсаторы, имеющие анод или положительную пластину из металла, способного образовывать оксидный слой при анодировании. Образующийся при этом оксидный слой может действовать как диэлектрик конденсатора. Обычно этот оксидный слой покрывается твердым, жидким или гелевым электролитом. Эти конденсаторы содержат очень тонкий оксидный слой и увеличенную поверхность анода. Следовательно, эти конденсаторы имеют гораздо более высокое произведение емкости на напряжение на единицу объема по сравнению с керамическими конденсаторами и пленочными конденсаторами. Существует три основных типа электролитических конденсаторов: алюминиевые электролитические конденсаторы, танталовые электролитические конденсаторы и ниобиевые электролитические конденсаторы.

Рисунок 02: Некоторые электролитические конденсаторы

Конденсаторы такого типа являются асимметричными, и они должны работать с высоким напряжением на аноде. Это напряжение должно быть все время выше, чем у катода. Поэтому полярность обычно маркируется на корпусе устройства.

В чем разница между танталовым и электролитическим конденсатором?

Танталовые конденсаторы представляют собой тип электролитических конденсаторов, которые действуют как пассивный компонент электронных схем. Электролитические конденсаторы представляют собой поляризованные конденсаторы, имеющие анод или положительную пластину из металла, способного образовывать оксидный слой при анодировании. Ключевое различие между танталовым и электролитическим конденсатором заключается в том, что в танталовых конденсаторах в качестве диэлектрического компонента используется спеченная таблетка порошка тантала высокой чистоты вместе с пятиокисью тантала, тогда как электролитические конденсаторы представляют собой конденсаторы, имеющие анод или положительную пластину из металла, который может образовывать оксидный слой посредством анодирования.

Ниже приведена сводка различий между танталовыми и электролитическими конденсаторами в табличной форме для параллельного сравнения.

Резюме – Тантал против электролитического конденсатора

Электролитические конденсаторы бывают трех типов: алюминиевые электролитические конденсаторы, танталовые конденсаторы и ниобиевые электролитические конденсаторы. Ключевое различие между танталовым и электролитическим конденсатором заключается в том, что в танталовых конденсаторах в качестве диэлектрического компонента используется спеченная таблетка порошка тантала высокой чистоты вместе с пятиокисью тантала, тогда как электролитические конденсаторы представляют собой конденсаторы, имеющие анод или положительную пластину из металла, который может образовывать оксидный слой посредством анодирования.