Типы конденсаторов электролитических: Виды конденсаторов и их применение

Виды конденсаторов и их применение

Конденсатор — это электрический (электронный) компонент, состоящий из двух проводников (обкладок), разделенных между собой слоем диэлектрика. Существует много видов конденсаторов. В основном они делятся по материалу из которого изготовлены обкладки и по типу используемого диэлектрика между ними.

Виды конденсаторов

Бумажные и металлобумажные конденсаторы

У бумажного конденсатора диэлектриком, разделяющим фольгированные обкладки, является специальная конденсаторная бумага. В электронике бумажные конденсаторы могут применяться как в цепях низкой частоты, так и в высокочастотных цепях.

Хорошим качеством электрической изоляции и повышенной удельной емкостью обладают герметичные металлобумажные конденсаторы, у которых вместо фольги (как в бумажных конденсаторах) используется вакуумное напыление металла на бумажный диэлектрик.

Бумажный конденсатор не имеет большую механическую прочность, поэтому его начинку помещают в металлический корпус, служащий механической основой его конструкции.

Электролитические конденсаторы

В электролитических конденсаторах, в отличии от бумажных, диэлектриком является тонкий слой оксида металла, образованный электрохимическим способом на положительной обложке из того же металла.

Вторую обложку представляет собой жидкий или сухой электролит. Материалом, создающим металлический электрод в электролитическом конденсаторе, может быть, в частности, алюминий и тантал. Традиционно, на техническом жаргоне «электролитом» называют алюминиевые конденсаторы с жидким электролитом.

Но, на самом деле, к электролитическим также относятся и танталовые конденсаторы с твердым электролитом (реже встречаются с жидким электролитом). Почти все электролитические конденсаторы поляризованы, и поэтому они могут работать только в цепях с постоянным напряжением с соблюдением полярности.

В случае инверсии полярности, может произойти необратимая химическая реакция внутри конденсатора, ведущая к разрушению конденсатора, вплоть до его взрыва по причине выделяемого внутри него газа.

К электролитическим конденсаторам так же относится, так называемые, суперконденсаторы (ионисторы) обладающие электроемкостью, доходящей порой до нескольких тысяч Фарад.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

В качестве положительного электрода используется алюминий. Диэлектрик представляет собой тонкий слой триоксида алюминия (Al₂O₃),

Свойства:

• работают корректно только на малых частотах;
• имеют большую емкость.

Характеризуются высоким соотношением емкости к размеру: электролитические конденсаторы обычно имеют большие размеры, но конденсаторы другого типа, одинаковой емкости и напряжением пробоя были бы гораздо больше по размеру.

Характеризуются высокими токами утечки, имеют умеренно низкое сопротивление и индуктивность.

Танталовые электролитические конденсаторы

Это вид электролитического конденсатора, в котором металлический электрод выполнен из тантала, а диэлектрический слой образован из пентаоксида тантала (Ta₂O₅).

Свойства:

• высокая устойчивость к внешнему воздействию;
• компактный размер: для небольших (от нескольких сотен микрофарад), размер сопоставим или меньше, чем у алюминиевых конденсаторов с таким же максимальным напряжением пробоя;
• меньший ток утечки по сравнению с алюминиевыми конденсаторами.

Полимерные конденсаторы

В отличие от обычных электролитических конденсаторов, современные твердотельные конденсаторы вместо оксидной пленки, используемой в качестве разделителя обкладок, имеют диэлектрик из полимера. Такой вид конденсатора не подвержен раздуванию и утечке заряда.

Физические свойства полимера способствуют тому, что такие конденсаторы отличаются большим импульсным током, низким эквивалентным сопротивлением и стабильным температурным коэффициентом даже при низких температурах.

Полимерные конденсаторы могут заменять электролитические или танталовые конденсаторы во многих схемах, например, в фильтрах для импульсных блоков питания, или в преобразователях DC-DC.

Пленочные конденсаторы

В данном виде конденсатора диэлектриком является пленка из пластика, например, полиэстер (KT, MKT, MFT), полипропилен (KP, MKP, MFP) или поликарбонат (KC, MKC).

Электроды могут быть напыленными на эту пленку (MKT, MKP, MKC) или изготовлены в виде отдельной металлической фольги, сматывающейся в рулон или спрессованной вместе с пленкой диэлектрика (KT, KP, KC). Современным материалом для пленки конденсаторов является полифениленсульфид (PPS).

Общие свойства пленочных конденсаторов (для всех видов диэлектриков):

• работают исправно при большом токе;
• имеют высокую прочность на растяжение;
• имеют относительно небольшую емкость;
• минимальный ток утечки;
• используется в резонансных цепях и в RC-снабберах.

Отдельные виды пленки отличаются:

• температурными свойствами (в том числе со знаком температурного коэффициента емкости, который является отрицательным для полипропилена и полистирола, и положительным для полиэстера и поликарбоната)
• максимальной рабочей температурой (от 125 °C, для полиэстера и поликарбоната, до 100 °C для полипропилена и 70 °С для полистирола)
• устойчивостью к электрическому пробою, и следовательно максимальным напряжением, которое можно приложить к определенной толщине пленки без пробоя.

Конденсаторы керамические

Этот вид конденсаторов изготавливают в виде одной пластины или пачки пластин из специального керамического материала. Металлические электроды напыляют на пластины и соединяют с выводами конденсатора. Используемые керамические материалы могут иметь очень разные свойства.

Разнообразие включает в себя, прежде всего, широкий диапазон значений относительной электрической проницаемости (до десятков тысяч) и такая величина имеется только у керамических материалов.

Столь высокое значение проницаемости позволяет производить керамические конденсаторы (многослойные) небольших размеров, емкость которых может конкурировать с емкостью электролитических конденсаторов, и при этом работающих с любой поляризацией и характеризующихся меньшими утечками.

Керамические материалы характеризуются сложной и нелинейной зависимостью параметров от температуры, частоты, напряжения. В виду малого размера корпуса — данный вид  конденсаторов имеет особую маркировку.

Конденсаторы с воздушным диэлектриком

Здесь диэлектриком является воздух. Такие конденсаторы отлично работают на высоких частотах, и часто выполняются как конденсаторы переменной емкости (для настройки).

Типы конденсаторов

Конденсатор — один из самых распространенных электронных компонентов. Существует множество разных типов конденсаторов,
которые классифицируют по различным свойствам.

В основном типы конденсаторов разделяют:

• По характеру изменения емкости — постоянной емкости, переменной емкости и подстроечные.
• По материалу диэлектрика — воздух, металлизированная бумага, слюда, тефлон, поликарбонат, оксидный диэлектрик (электролит).
• По способу монтажа — для печатного или навесного монтажа.

Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы или керамические дисковые конденсаторы сделаны из маленького
керамического диска, покрытого с двух сторон проводником (обычно серебром).

Карамические конденсаторы

Благодаря довольно высокой относительной диэлектрической проницаемости (от 6 до 12) керамические
конденсаторы могут вместить достаточно большую емкость при относительно малом физическом размере.
Диапазон емкости этого типа конденсаторов — от нескольких пикоФарад (пФ или pF) до нескольких микроФарад
(мФ или uF). Однако их номинальное напряжение, как правило, невысокое.

Маркировка керамических конденсаторов обычно представляет собой трехзначный числовой код,
обозначающий значение емкости в пикофарадах. Первые две цифры указывают значение емкости.
Третья цифра указывает количество нулей, которые нужно добавить.

Например, маркировка 103 на керамическом конденсаторе означает 10 000 пикоФарад или 10 наноФарад.
Соответственно, маркировка 104 будет означать 100 000 пикоФарад или 100 наноФарад и.т.д.
Иногда к этому коду добавляют буквы, обозначающие допуск. Например, J = 5%, K = 10%, M = 20%.

Пленочные конденсаторы

Емкость конденсатора зависит от площади обкладок. Для того чтобы компактно вместить большую площадь,
используют пленочные конденсаторы. Здесь применяют принцип «многослойности». Т.е. создают много слоев
диэлектрика, чередующегося слоями обкладок. Однако с точки зрения электричества, это такие же два проводника
разделенные диэлектриком, как и у плоского керамического конденсатора.

В качестве диэлектрика пленочных конденсаторов обычно используют тефлон, металлизированную бумагу, майлар, поликарбонат,
полипропилен, полиэстер. Диапазон емкости этого типа конденсаторов составляет примерно от 5pF (пикофарад) до 100uF (микрофарад).
Диапазон номинального напряжения пленочных конденсаторов достаточно широк . Некоторые высоковольтные конденсаторы этого
типа достигают более 2000 вольт.

Различают два вида пленочных конденсаторов по способу размещения слоев диэлектрика и обкладок – радиальные и аксиальные.

Радиальный и аксиальный тип пленочных конденсаторов

Маркировка емкости пленочных конденсаторов происходит по тому же принципу что и керамических.
Это трехзначный числовой код, обозначающий значение емкости в пикофарадах. Первые две цифры указывают значение емкости.
Третья цифра указывает количество нулей, которые нужно добавить. Иногда к этому коду добавляют буквы, обозначающие допуск.
Например, J = 5%, K = 10%, M = 20%. Например 103J означает 10 000 пикоФарад +/- 5% или 10 наноФарад +/-5%.

Однако довольно часто разные производители кроме значения емкости и точности добавляют символы номинального
напряжения, температуры, серии, класса, корпуса, и других особых характеристик. Данные символы могут отличатся
и быть размещены в разном порядке, в зависимости от производителя. Поэтому для разшифровки маркировки пленочных
конденсаторов желательно пользоваться документацией (Datasheets).

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы обычно используются когда требуется большая емкость.
Конструкция этого типа конденсаторов похожа на конструкцию пленочных, только
здесь вместо диэлектрика используется специальная бумага, пропитанная электролитом.
Обкладки конденсатора создаются из алюминия или тантала.

Обратим внимание, что электролит хорошо проводит электрический ток!
Это полностью противоречит принципу устройства конденсатора,
где два проводника должны быть разделены диэлектриком.

Дело в том, что слой диэлектрика создается уже после изготовления конструкции компонента.
Через конденсатор пропускают ток, и в результате электролитического окисления на одной из
обкладок появляется тонкий слой оксида алюминия или оксида тантала (в зависимости из какого
металла состоит обкладка). Этот слой представляет собой очень тонкий и эффективный диэлектрик,
позволяющий электролитическим конденсаторам превосходить по емкости в сотни раз «обычные» пленочные конденсаторы.

Электролитические конденсаторы

Недостатком вышеописанного процесса окисления является полярность конденсатора.
Оксидный слой обладает свойствами односторонней проводимости. При неправильном
подключении напряжения оксидный слой разрушается, и через конденсатор может пойти
большой ток. Это приведет к быстрому нагреву и разширению электролита,
в результате чего может произойти взрыв конденсатора! Поэтому необходимо всегда соблюдать
полярность при подключении электролитического конденсатора. В связи с этим на корпусе
компонента производители указывают куда подключать минус.

По причине своей полярности электролитические конденсаторы не могут быть использованы в цепях с переменным током.
Но иногда можно встретить компоненты состоящие из двух конденсаторов, соединенными минус-к-минусу и формирующие
«не полярные» конденсаторы. Их можно использовать в цепях с переменным током малого напряжения.

Емкость алюминиевых электролитических конденсаторов в колеблется основном от 1 мкФ до 47000 мкФ.
Номинальное напряжение — от 5В до 500В. Допуск обычно довольно большой — 20%.

Танталовые конденсаторы физически меньше алюминиевых аналогов.
Вдобавок электролитические свойства оксида тантала лучше чем оксида алюминия — у танталовых
конденсаторов значительно менше утечка тока и выше стабильность емкости. Диапазон типичных емкостей от 47нФ до 1500мкФ.

Танталовые электролитические конденсаторы также являются полярными,
однако лучше переносят неправильное подключение полярности чем их алюминиевые аналоги.
Вместе с тем, диапазон типичных напряжений танталовых компонентов значительно ниже – от 1В до 125В.

Переменные конденсаторы

Переменные конденсаторы широко используются в устройствах, где часто требуется настройка
во время работы — приемниках, передатчиках, измерительных приборах, генераторах сигналов,
аудио и видео аппаратуре. Изменение емкости конденсатора позволяет влиять на характеристики
проходящего через него сигнала (форму, частоту, амплитуду и т.д.).

Емкость может менятся механическим способом, электрическим напряжением (вариконды),
и с помощью температуры (термоконденсаторы). В последнее время во многих областях
вариконды вытесняются варикапами (диодами с переменной емкостью).

Под названием «переменные конденсаторы» обычно имеют ввиду компоненты с механическим изменением емкости.
Управление емкостю здесь достигается путем изменения площади обкладок. Обкладки в переменных конденсаторах
состоят из множества пластин с воздушным пространством между ними в качестве диэлектрика.

Часть пластин фиксированная, часть подвижная. Положение подвижных пластин по отношению к
фиксированным определяет общую емкость конденсатора. Чем больше общая площадь пластин тем больше емкость.

Переменные конденсаторы

Подстроечные конденсаторы

Подстроечные конденсаторы используются при разовом или периодическом регулировании емкости,
в отличии от «стандартных» переменных конденсаторов, где емкость меняется в «режиме реального времени».
Такая настройка предназначена для самих производителей аппаратуры, а не для ее пользователей,
и выполняется специальной настроечной отверткой. Обычная стальная отвертка не подходит,
так как может повлиять на емкость конденсатора. Емкость подстроечных конденсаторов
как правило невелика – до 500 пикоФарад.

Способ монтажа конденсаторов

Конденсаторы разделяют по способу монтажа на компоненты для навесного монтажа и для печатного монтажа
(SMD или чип-конденсаторы). У компонентов для навесного монтажа есть выводы в виде «ножек».
У конденсаторов для печатного монтажа выводами служит часть их поверхности.

Какие бывают конденсаторы? Типы конденсаторов, их характеристики (8 фото). Виды конденсаторов, их классификация

Конденсатор – устройство, способное накапливать электрический заряд.
В зависимости от назначения и конструкции конденсаторы делятся на ряд видов. В статье рассмотрим основные электрические параметры конденсаторов.

Электрические параметры конденсаторов

Основные характеристики и единицы их измерения приведены в таблице

Фарада – физическая величина, названная в честь английского физика Майкла Фарадея. Она слишком велика для использования в электротехнике. На практике емкость измеряют в микрофарадах (1мкФ = 10 -6 Ф), нанофарадах (1нФ = 10 -9 Ф) или пикофарадах (1пФ=10 -12 Ф)

При нанесении величины емкости на корпус конденсатора для обозначения «нФ» дополнительно используют символы «nF», «пФ» — «рФ», а микрофараду обозначают сокращением «мкФ» или «μФ».

Емкость конденсаторов не может принимать произвольные значения. Они унифицированы и выбираются из стандартных рядов емкостей.

Допустимое отклонение емкости
указывает, с какой точностью изготовлен конденсатор. Она указывает, в каком допустимом диапазоне может находиться величина емкости в процентах от номинала. Для измерительных устройств этот параметр выбирается как можно меньшим.

Номинальное напряжение
– это напряжение, которое выдерживают обкладки конденсатора длительное время. При превышении этого параметра конденсатор выйдет из строя. Для переменного тока руководствуются не действующим, а амплитудным значением напряжения. Например, при выборе конденсатора для пуска электродвигателя на номинальное напряжение 380 В нужно использовать конденсатор на рабочее напряжение U>380∙√2=537, то есть, на 600 В.

Температурная стабильность
характеризует диапазон, в котором изменяется емкость при изменении температуры окружающей среды. Для устройств, сохраняющих работоспособность в широком диапазоне температур, значение этого параметра выбирается более низким.

Конструктивные исполнения конденсаторов

Конденсаторы, емкость которых не может изменяться, называются конденсаторами постоянной емкости
.

Но в некоторых цепях для обеспечения возможности регулировки работы схемы и установки точных параметров ее работы применяются подстроечные конденсаторы
. Емкость их изменяется при помощи отвертки.

В отличие от них конденсаторы переменной емкости
применяются для выполнения пользовательских регулировок, например, для настройки радиоприемника на нужную волну.

Существуют конденсаторы специального назначения. Например, конденсаторы для защиты от радиопомех и сглаживающих фильтров, располагающихся парами в одном корпусе.

Отдельно выделяются конденсаторы для поверхностного монтажа или . Они технологичны для монтажа на автоматических конвейерных линиях, а размеры позволяют минимизировать габаритные размеры устройств.

Классификация конденсаторов по виду диэлектрика

Воздух в качестве диэлектрика использовался только для конденсаторов переменной емкости старого образца. Чем меньше материал между обкладками конденсатора проводит электрический ток, тем меньших размеров может быть изготовлен этот элемент на то же рабочее напряжение. При использовании определенных материалов можно получить конденсаторы с необходимыми свойствами.

В зависимости от материала диэлектрика между обкладками выпускаются конденсаторы:

Из всего этого перечня самыми распространенными в электротехнике являются бумажные и металлобумажные конденсаторы, использующиеся для схем запуска однофазных двигателей и для компенсации реактивной мощности. Всем известны электролитические конденсаторы, используемые в выпрямителях для сглаживающих фильтров. Их главная особенность – невозможность работы на переменном токе.

При ошибках в полярности подключения электролитических конденсаторов они выходят из строя, иногда – со взрывом. То же произойдет при превышении номинального напряжения электролитического и металлобумажного конденсатора, так как они выпускаются в герметичных корпусах.

Условные обозначения конденсаторов

Электрический конденсатор — один из самых распространених радио элементов, служит он для накопления электроэнергии (заряда). Самый простой конденсатор можно представить в виде двух металлических пластин (обкладок) и диэлектрика который находится между ними.

Когда к конденсатору подключают источник напряжения, то на его обкладках (пластинах) появляются противоположные заряды и возникнет электрическое поле притягивающие их друг к другу, и даже после отключения источника питания, такой заряд остается некоторое время и энергия сохраняется в электрическом поле между обкладками.

В электронных схемах роль конденсатора также может состоять не только в накоплении заряда но и в разделения постоянной и переменной составляющей тока, фильтрации пульсирующего тока и разных других задачах.
В зависимости от задач и факторов работы, конденсаторы используются очень разных типов и конструкций. Здесь мы рассмотрим наиболее популярные типы конденсаторов.

Конденсаторы алюминиевые электролитические

Это может быть, например, конденсатор К50-35 или К50-2 или же другие более новые типы.
Они состоят из двух тонких полосок алюминия свернутых в рулон, между которыми в том же рулоне находится пропитанная электролитом бумага в роли диэлектрика.
Рулон находится в герметичном алюминиевом цилиндре, чтобы предотвратить высыхание электролита.
На одном из торцов конденсатора (радиальный тип корпуса) или на двух торцах которого (аксиальный тип корпуса) располагаются контактные выводы. Выводы могут быть под пайку либо под винт.

В электролитических конденсаторах емкость исчисляется в микрофарадах и может быть от 0.1 мкф до 100 000 мкф. Как правило большая емкость и характеризует этот тип конденсаторов.
Еще одним из важных параметров есть максимальное рабочее напряжение, которое всегда указывается на корпусе и в конденсаторах этого типа может быть до 500 вольт!

Среди недостатков данного типа можно рассмотреть 3 причины:
1. Полярность. Полярные конденсаторы недопустимы с работой в переменном токе. На корпусе обозначаются соответствующими значками выводы конденсатора, как правило конденсаторы с одним выводом минусовой контакт имеют на корпусе, а плюсовой на выводе.
2. Большой ток утечки. Естественно такие конденсаторы не годятся для длительного хранения энергии заряда, но они хорошо себя зарекомендовали в качестве промежуточных элементов, в фильтрах активных схем и пусковых установках двигателей.
3.Снижение емкости с увеличением частоты. Такой недостаток легко устраняется с помощью параллельно подключенного керамического конденсатора с очень маленькой ёмкостью.

Керамические однослойные конденсаторы

Такие типы, например как К10-7В, К10-19, КД-2. Максимальное напряжения такого типа конденсаторов лежит в пределах 15 — 50 вольт, а ёмкость от 1 пФ до 0.47 мкф при сравнительно небольших размерах довольно не плохой результат технологии.
У данного типа характерны малые токи утечки и низкая индуктивность что позволяет им легко работать на высоких частотах, при постоянном, переменном и пульсирующих токах.
Тангенс угла потерь tgδ
не превышает обычно 0,05, а максимальный ток утечки – не более 3 мкА.
Конденсаторы данного типа спокойно переносят внешние факторы, такие как вибрация с частотой до 5000 Гц с ускорением до 40 g, многократные механические удары и линейные нагрузки.

Маркировка на корпусе конденсатора обозначает его номинал. Три цифры расшифровываются следующим образом. Если две первые цифры умножать на 10 в степени третьей цифры, то получится значение емкости данного конденсатора в пф. Так, конденсатор с маркировкой 101 имеет емкость 100 пф, а конденсатор с маркировкой 472 — 4,7 нф. Для удобства составлены таблицы наиболее «ходовых» ёмкостей конденсаторов и их маркировочные коды.
Наиболее часто применяются в фильтрах блоков питания и как фильтр поглощающий высокочастотные импульсы и помехи.

Керамические многослойные конденсаторы

Например К10-17А или К10-17Б.
В отличии от вышеописанных, состоят уже из нескольких слоев металлических пластин и диэлектрика в виде керамики, что позволяет иметь им большую ёмкость чем у однослойных и может быть порядка нескольких микрофарад, но максимальное напряжение у данного типа все также ограничено 50 вольтами.
Применяются в основном как фильтрующие элементы и могут исправно работать как с постоянным так и с переменным и пульсирующим током.

Керамические высоковольтные конденсаторы

Например К15У, КВИ и К15-4
Максимальное рабочее напряжение данного типа может достигать 15 000 вольт! Но ёмкость у них небольшая, порядка 68 — 100 нФ.

Работают они как с переменным так и с постоянным током. Керамика в качестве диэлектрика создает нужное диэлектрическое свойство выдерживать большое напряжение, а особая форма защищает конструкцию от пробоя пластин.

Применение у них самое разнообразное, например в схемах вторичных источников питания в качестве фильтра для поглощения высокочастотных помех и шумов, или в конструирование катушек Тесла, мощной и ламповой радиоаппаратуре.

Танталовые конденсаторы

Например К52-1 или smd А. Основным веществом служит — пентоксид тантала, а в качестве электролита — диоксид марганца.

Твердотельный танталовый конденсатор состоит из четырех основных частей: анода, диэлектрика, электролита (твердого или жидкого) и катода.
По рабочим свойствам танталовые конденсаторы схожи с электролитическими, но рабочее максимальное напряжение ограничено 100 вольтами, а ёмкость как правило не превышает 1000 мкФ.
Но в отличии от электролитических, у данного типа собственная индуктивность намного меньше что дает возможность их использования на высоких частотах, до несколько сотен килогерц.

Основной причиной выхода из строя бывает превышение максимального напряжения.
Применение у них в большинстве наблюдается в современных платах электронных устройств, что возможно из за конструктивной особенности smd-монтажа.

Полиэстеровые конденсаторы

Например K73-17 или CL21, на основе металлизированной пленки…
Весьма популярные из за небольшой стоимости конденсаторы встречающиеся в почти всех электронных устройствах, например в балластах энергосберегающих ламп. Их корпус состоит из эпоксидного компаунда что придает конденсатору устойчивость к внешним неблагоприятным факторам, химическим растворам и перегревам.

Ёмкость таких конденсаторов идет порядка 1 нф — 15мкф и максимальное рабочее напряжение у них от 50 до 1500 вольт.
Большой диапазон максимального напряжения и ёмкости дает возможность использования полиэстеровых конденсаторов в цепях постоянного, переменного и импульсных токов.

Полипропиленовые конденсаторы

Например К78-2 и CBB-60.
В данного типа конденсаторов в качестве диэлектрика выступает полипропиленовая пленка. Корпус изготовлен из негорючих материалов, а сам конденсатор призначен для работы в тяжелых условиях.
Ёмкость, как правило в пределах 100пф — 10мкф, но в последнее время выпускают и больше, а по поводу напряжение то большой запас может достигать и 3000 вольт!

Преимущество этих конденсаторов заключается не только в высоком напряжении, но и в чрезвычайно низком тангенсе угла потерь, поскольку tg? может не превышать 0,001, что позволяет использовать конденсаторы на больших частотах в несколько сотен килогерц и применять их в индукционных обогревателях и пусковых установках асинхронных электродвигателей.

Пусковые конденсаторы (CBB-60) могут иметь ёмкость и до 1000мкф что стает возможным из за особенностей конструкции такого типа конденсаторов. На пластиковый сердечник наматывается металлизированная полипропиленовая пленка, а сверху весь этот рулон покрывается компаундом.

Накопление и преобразование электрической энергии можно отнести к базовым задачам, которые решают вспомогательные элементы радиоаппаратуры. Конденсатор относится к пассивным компонентам и выступает своего рода емкостью для поступающего заряда. Конструкция стандартных устройств предусматривает наличие пластинчатых электродов, которые разделяются тонкими диэлектриками. Более сложные типы конденсаторов могут содержать несколько электродных слоев, формирующих цилиндрическую намотку. Есть и другие отличительные признаки, обуславливающие возможности применения элементов для той или иной аппаратуры.

Назначение конденсаторов

На сегодняшний день едва ли найдется область радиотехники, в которой бы не использовались данные устройства. Наиболее распространены комбинации конденсаторов с резисторами и катушками индуктивности, участвующие в построении электрических цепей. Такие узлы поддерживают функции частотных фильтров, колебательных контуров и линий с обратной связью. Еще одна их распространенная задача — сглаживание пульсаций напряжения, требуемое во вторичных источниках энергоснабжения. В лазерных установках, системах вспышки и магнитных ускорителях электрический конденсатор используется для выдачи разового заряда с большим показателем мощности. И напротив, электротехнические приборы оснащаются данными элементами с целью компенсации реактивной мощностной энергии. Хотя такие элементы нельзя рассматривать в качестве полноценных емкостных накопителей энергии, в некоторых системах они выступают и как носители информации.

Маркировка устройств

Для визуального определения принадлежности конденсатора к той или иной категории используются специальные обозначения. В первую очередь указывается емкостный потенциал, выражаемый микрофарадами (мкФ). Могут применяться и другие единицы измерения, о чем также будет свидетельствовать соответствующая маркировка. Не всегда отмечается тип используемого в конструкции материала — как правило, без маркировки выпускаются керамические и пленочные неполярные модели. В свою очередь, обозначение танталовых конденсаторов соответствует резисторам — за исключением наличия знака µ и цифр 104 или 107. Такие устройства могут иметь оранжевый, желтый или черный цвет. В знаковой маркировке также указываются размерные параметры и емкость. Высоковольтные и электролитические модели помечаются величиной максимального напряжения, а для переменных конденсаторов указывается диапазон емкости.

Основные характеристики

Главным рабочим параметром является емкость, от которой зависит способность конкретной модели накапливать заряд. Следует разделять номинальную и фактическую емкость, так как на практике использования вторая величина может быть меньше. Диапазон значений по объему может варьироваться от 1 до 50 мкФ, а в некоторых случаях максимум достигает и 10 000 мкФ. Важен и показатель энергетической плотности, во многом определяемый конструкцией изделия. Наибольшей плотностью характеризуются крупноформатные типы конденсаторов, у которых масса обкладки с электролитом существенно превышает вес корпуса. К примеру, при емкости в 10 000 мкФ с напряжением в 0,45 кВт и массой порядка 2 кг плотность может достигать 600-800 Дж/кг. Как раз такие модели выгодно использовать для длительного хранения энергии. Помимо этого, рабочие свойства конденсаторов определяются допуском. Речь идет как раз о погрешности в соотношении показателей реальной и номинальной емкости. Данная величина выражается в процентах и в среднем составляет 20-30 %. В некоторых направлениях радиотехники применяются изделия с 1 % допуска.

Керамические конденсаторы

Это устройства, базирующиеся на дисковых керамических элементах с диэлектриками из титаната бария. Такой конденсатор можно использовать в системах с напряжением до 50 000 В, но важно учитывать, что он имеет минимальную температурную стабильность и широкий спектр изменения емкости. Среди достоинств можно отметить небольшие утечки тока, скромные размеры (при большой емкости заряда) и способность работать на высокой частоте. Что касается назначения, то керамические конденсаторы применяются в цепях с пульсирующим, переменным и постоянным током. Чаще всего используют модели емкостью до 0,5 мкФ. В процессе работы конденсатор этого типа хорошо справляется с внешними нагрузками, среди которых механические удары. Нельзя сказать, что керамический корпус отличается большим эксплуатационным сроком и долговечностью, однако в заявленный период технические свойства поддерживает стабильно.

Полиэстеровые модели

На схемах устройства данного типа обозначаются маркировкой K73-17 или CL21. Их оболочку формирует металлизированная пленка, а для корпуса используется эпоксидный компаунд. Как раз наличие этого наполнителя в конструкции делает полиэстеровые конденсаторы устойчивыми к температурным, физическим и химическим воздействиям. Этот набор эксплуатационных качеств обусловил и широкое распространение конденсаторов типа K73-17 в производстве светотехнических приборов. Средняя емкость устройства составляет 15 мкФ при максимальном напряжении порядка 1500 В. Характеристики скромные, но это не мешает применять конденсатор в тех же цепях с импульсным и переменным током. К тому же и низкая стоимость устройства способствует его популярности на радиорынке.

Конденсатор на основе полипропилена

Тоже вариант относительно недорогого накопителя электрического заряда, который при этом отличается низким коэффициентом потерь и высокой диэлектрической прочностью. К плюсам можно отнести и оптимальную гигроскопичность. То есть один из главных врагов радиоэлементов в виде влажности полипропиленовым конденсаторам не страшен. В качестве изоляторов применяется металлизированная пленка или полоски фольги. В новейших версиях используют и технологию самовосстанавливающейся оболочки, что повышает надежность и долговечность конденсатора.

Устройство может работать на повышенных частотах с сохранением достаточной мощности. Это качество позволяет использовать конденсаторы в системах индукционного обогрева, дополненных водяным охлаждением. Распространено и применение таких элементов в оснастке электромоторов на 220 В. В данном случае они выступают как пусковые компоненты. Эту функцию лучше всего реализуют модели с рабочей емкостью в диапазоне 1-100 мкФ и напряжением в 440 В. Но и это не единственные накопители на синтетической основе. Какие бывают конденсаторы из термопластиков? Внимания заслуживают полисульфоновые и поликарбонатные элементы. Первые отличаются низким влагопоглощением и способностью поддерживать высокое напряжение при температурных перепадах, а вторые в процессе работы демонстрируют оптимальную электротехническую стабильность.

Танталовые конденсаторы

Основу устройства формирует пентоксид тантала с оксидным электролитическим наполнением. Конденсатор отличается высоким отношением емкости к объему, широким спектром поддерживаемых температур и компактностью. Используют такие компоненты в мелком приборостроении, компьютерах и другой вычислительной технике. В этом семействе можно выделить следующие типы конденсаторов: полярные и неполярные, твердотельные, жидкостные. Наиболее привлекательные по эксплуатационным качествам именно твердотельные устройства, так как они характеризуются способностью поддерживать большое напряжение. Однако в условиях критического превышения допустимой величины тока они могут выходить из строя. Емкость танталовых моделей составляет 1000 мкФ, но по сравнению с электролитическими аналогами их собственная индуктивность гораздо ниже, что допускает возможность применения элемента на высоких частотах.

Особенности высоковольтных моделей

Элементы такого типа могут применяться в системах с высокими показателями напряжения, достигающими 15 000 В. При этом емкость у высоковольтных конденсаторов небольшая — порядка 50-100 нФ. В качестве диэлектрического материала чаще используется керамика. Благодаря этой основе выдерживаются большие нагрузки напряжения, а корпус защищает начинку от пробоев пластин.

Распространены и стеклянные вакуумные изделия, также поддерживающие напряжение более 10 000 В. Они представляют собой колбы с концентрическими электродами, в процессе работы обеспечивающими небольшие частотные потери. Применяют высоковольтные конденсаторы такого типа для решения ответственных радиочастотных задач с индуктивным нагревом. Но стоят такие компоненты дороже, отличаются хрупкостью и большими размерами.

Многослойные и однослойные конструкции

Обычно данную классификацию применяют в отношении конденсаторов, выполненных из керамики. Так, однослойные конденсаторы (дисковые) имеют простое устройство, но это не сказывается на уменьшении размеров. В большинстве случаев они массивнее, чем многослойные аналоги. В итоге увеличивается емкость устройства, но крупные размеры все же ограничивают их распространение в отдельных областях.

Что касается многослойных элементов, то они по эксплуатационным качествам в целом схожи с дисковыми, но потенциал накопителей еще выше. Также существенное преимущество заключается в надежности и долговечности. Форм-фактор, в котором выполняются многослойные конденсаторы, делает их менее чувствительными к агрессивным средам, что расширяет область применения. Такие компоненты преимущественно используют в дорогой профессиональной аппаратуре.

Масляные конденсаторы с пропитками

Это отдельная группа радиотехнических элементов, в основе которых находятся бумажные наполнители. Они обрабатываются специальными растворами наподобие воска и эпоксидных смол. Какие бывают конденсаторы масляного типа? Принципиально отличаются модели для постоянного и переменного тока. Первые используются в целях частотной фильтрации, повышения напряжения и устранения электрической дуги. Конденсаторы на масляной пропитке для систем с переменным током применяют в промышленности. Такое устройство располагает большой емкостью и может справляться с большими пиковыми нагрузками. Как правило, его используют в качестве пускового компонента для электромоторов. К дополнительным функциям можно отнести разделение фаз, коррекцию мощности и выравнивание напряжения.

Негативные факторы применения конденсаторов

Одной из главных проблем использования конденсаторов является высокая вероятность взрыва при перегревах, которые происходят из-за больших утечек. Также повысить риск поломки элемента могут близко расположенные радиаторы с высоким тепловым излучением. Какие типы конденсаторов наиболее подвержены взрывам? Чаще всего это происходит с электролитическими устройствами, обеспеченными ненадежными корпусами. Оптимизация конструкции с целью уменьшения размеров изделия заставляет производителей использовать тонкие оболочки, поэтому может иметь место разлет частей конденсатора и разбрызгивание электролита при сильном перегреве или в условиях повышенного внутреннего давления.

Заключение

И простейшие однослойные, и многослойные высоковольтные модели конденсаторов выполняют важные для радиоаппаратуры задачи. Как минимум они корректируют параметры тока, что при схожих размерах не может обеспечить ни один другой технический компонент. В то же время электрический конденсатор вовсе не является идеальным решением, что обуславливает постоянные поиски новых форматов его исполнения. Производители сложной аппаратуры экспериментируют с конструкциями, наполнителями и физическими свойствами, стараясь предлагать оптимальные потребительские качества данного устройства. Среди наиболее важных целевых параметров в этом плане можно назвать устойчивость конденсатора к нагрузкам, широкие рабочие диапазоны, минимальное радиационное воздействие и высокий срок службы.

Если вы регулярно занимаетесь созданием электрических схем, вы наверняка использовали конденсаторы. Это стандартный компонент схем, такой же, как сопротивление, который вы просто берёте с полки без раздумий. Мы используем конденсаторы для сглаживания пульсаций напряжения/тока, для согласования нагрузок, в качестве источника энергии для маломощных устройств, и других применений.

Но конденсатор – это не просто пузырёк с двумя проводочками и парой параметров – рабочее напряжение и ёмкость. Существует огромный массив технологий и материалов с разными свойствами, применяемых для создания конденсаторов. И хотя в большинстве случаев для любой задачи сгодится практически любой конденсатор подходящей ёмкости, хорошее понимание работы этих устройств может помочь вам выбрать не просто нечто подходящее, а подходящее наилучшим образом. Если у вас когда-нибудь была проблема с температурной стабильностью или задача поиска источника дополнительных шумов – вы оцените информацию из этой статьи.

Начнём с простого

Лучше начать с простого и описать основные принципы работы конденсаторов, прежде чем переходить к настоящим устройствам. Идеальный конденсатор состоит из двух проводящих пластинок, разделённых диэлектриком. Заряд собирается на пластинах, но не может перетекать между ними – диэлектрик обладает изолирующими свойствами. Так конденсатор накапливает заряд.

Ёмкость измеряется в фарадах: конденсатор в один фарад выдаёт напряжение в один вольт, если в нём находится заряд в один кулон. Как и у многих других единиц системы СИ, у неё непрактичный размер, поэтому, если не брать в расчёт суперконденсаторы, о которых мы здесь говорить не будем, вы скорее всего встретитесь с микро-, нано- и пикофарадами. Ёмкость любого конденсатора можно вывести из его размеров и свойств диэлектрика – если интересно, формулу для этого можно посмотреть в Википедии. Запоминать её не нужно, если только вы не готовитесь к экзамену – но в ней содержится один полезный факт. Ёмкость пропорциональна диэлектрической проницаемости ε r использованного диэлектрика, что в результате привело к появлению в продаже различных конденсаторов, использующих разные диэлектрические материалы для достижения больших ёмкостей или улучшения характеристик напряжения.

Алюминиевые электролитические

Алюминиевые электролитические конденсаторы используют анодно-оксидированный слой на алюминиевом листе в качестве одной пластины-диэлектрика, и электролит из электрохимической ячейки в качестве другой пластины. Наличие электрохимической ячейки делает их полярными, то есть напряжение постоянного тока должно прикладываться в одном направлении, и анодированная пластина должна быть анодом, или плюсом.

На практике их пластины выполнены в виде сэндвича из алюминиевой фольги, завёрнутой в цилиндр и расположенной в алюминиевой банке. Рабочее напряжение зависит от глубины анодированного слоя.

У электролитических конденсаторов наибольшая среди распространённых ёмкость, от 0,1 до тысяч мкФ. Из-за плотной упаковки электрохимической ячейки у них наблюдается большая эквивалентная последовательная индуктивность (equivalent series inductance, ESI, или эффективная индуктивность), из-за чего их нельзя использовать на высоких частотах. Обычно они используются для сглаживания питания и развязывания, а также связывания на аудиочастотах.

Танталовые электролитические

Танталовый конденсатор поверхностного размещения

Танталовые электролитические конденсаторы изготавливаются в виде спечённого танталового анода с большой площадью поверхности, на которой выращивается толстый слой оксида, а затем в качестве катода размещается электролит из диоксида марганца. Комбинация большой площади поверхности и диэлектрических свойств оксида тантала приводит к высокой ёмкости в пересчёте на объём. В результате такие конденсаторы выходят гораздо меньше алюминиевых конденсаторов сравнимой ёмкости. Как и у последних, у танталовых конденсаторов есть полярность, поэтому постоянный ток должен идти в строго одном направлении.

Их доступная ёмкостью варьируется от 0,1 до нескольких сотен мкФ. У них гораздо меньше сопротивление утечки и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), в связи с чем они используются в тестировании, измерительных приборах и высококачественных аудиоустройствах – там, где эти свойства полезны.

В случае танталовых конденсаторов необходимо особенно следить за состоянием отказа, бывает, что они загораются. Аморфный оксид тантала – хороший диэлектрик, а в кристаллической форме он становится хорошим проводником. Неправильное использование танталового конденсатора – например, подача слишком большого пускового тока может привести к переходу диэлектрика в другую форму, что увеличит проходящий через него ток. Правда, репутация, связанная с возгораниями, появилась у более ранних поколений танталовых конденсаторов, и улучшенные методы производства привели к созданию более надёжной продукции.

Полимерные плёнки

Целое семейство конденсаторов использует полимерные плёнки в качестве диэлектриков, а плёнка либо находится между витыми или перемежающимися слоями металлической фольги, либо имеет металлизированный слой на поверхности. Их рабочее напряжение может доходить до 1000 В, но высокими ёмкостями они не обладают – это обычно от 100 пФ до единиц мкФ. У каждого вида плёнки есть свои плюсы и минусы, но в целом всё семейство отличается более низкими ёмкостью и индуктивностью, чем у электролитических. Посему они используются в высокочастотных устройствах и для развязывания в электрически шумных системах, а также в системах общего назначения.

Полипропиленовые конденсаторы используются в схемах, требующих хорошей тепловой и частотной стабильности. Также они используются в системах питания, для подавления ЭМП, в системах, использующих переменные токи высокого напряжения.

Полиэстеровые конденсаторы, хотя и не обладают такими температурными и частотными характеристиками, получаются дешёвыми и выдерживают большие температуры при пайке для поверхностного монтажа. В связи с этим они используются в схемах, предназначенных для использования в некритичных приложениях.

Полиэтилен-нафталатовые конденсаторы. Не обладают стабильными температурными и частотными характеристиками, но могут выдерживать гораздо большие температуры и напряжения по сравнению с полиэстеровыми.

Полиэтилен-сульфидовые конденсаторы обладают температурными и частотными характеристиками полипропиленовых, и в дополнение выдерживают высокие температуры.

В старом оборудовании можно наткнуться на поликарбонатные и полистиреновые конденсаторы, но сейчас они уже не используются.

Керамика

История керамических конденсаторов довольно длинная – они использовались с первых десятилетий прошлого века и по сей день. Ранние конденсаторы представляли собою один слой керамики, металлизированной с обеих сторон. Более поздние бывают и многослойными, где пластины с металлизацией и керамика перемежаются. В зависимости от диэлектрика их ёмкости варьируются от 1 пФ до десятков мкФ, а напряжения достигают киловольт. Во всех отраслях электроники, где требуется малая ёмкость, можно встретить как однослойные керамические диски, так и многослойные пакетные конденсаторы поверхностного монтажа.

Проще всего классифицировать керамические конденсаторы по диэлектрикам, поскольку именно они придают конденсатором все свойства. Диэлектрики классифицируют по трёхбуквенным кодам, где зашифрована их рабочая температура и стабильность.

C0G лучшая стабильность в ёмкости по отношению к температуре, частоте и напряжению. Используются в высокочастотных схемах и других контурах высокого быстродействия.

X7R не обладают такими хорошими характеристиками по температуре и напряжению, посему используются в менее критичных случаях. Обычно это развязывание и различные универсальные приложения.

Y5V обладают гораздо большей ёмкостью, но характеристики температуры и напряжения у них ещё ниже. Также используются для развязывания и в различных универсальных приложениях.

Поскольку керамика часто обладает и пьезоэлектрическими свойствами, некоторые керамические конденсаторы демонстрируют и микрофонный эффект. Если вы работали с высокими напряжениями и частотами в аудиодиапазоне, например, в случае ламповых усилителей или электростатики, вы могли услышать, как «поют» конденсаторы. Если вы использовали пьезоэлектрический конденсатор для обеспечения частотной стабилизации, вы могли обнаружить, что его звук модулируется вибрацией его окружения.

Как мы уже упоминали, статья не ставит целью охватить все технологии конденсаторов. Взглянув в каталог электроники вы обнаружите, что некоторые технологии, имеющиеся в наличии, здесь не освещены. Некоторые предложения из каталогов уже устарели, или же имеют такую узкую нишу, что с ними чаще всего и не встретишься. Мы надеялись лишь развеять некоторые тайны по поводу популярных моделей конденсаторов, и помочь вам в выборе подходящих компонентов при разработке собственных устройств. Если мы разогрели ваш аппетит, вы можете изучить нашу статью по катушкам индуктивности.

Об обнаруженных вами неточностях и ошибках прошу писать через

Все виды конденсаторов имеют одинаковое основное устройство, оно состоит из двух токопроводящих пластин (обкладок), на которых концентрируются электрические заряды противоположных полюсов, и слоя изоляционного материала между ними.

Применяемые материалы и величина обкладок с разными параметрами слоя диэлектрика влияют на свойства конденсатора.

Классификация

Конденсаторы делятся на виды по следующим факторам.

Назначению

• Общего назначения
  
  . Это популярный вид конденсаторов, которые используют в электронике. К ним не предъявляются особые требования.
• Специальные
  
  . Такие конденсаторы обладают повышенной надежностью при заданном напряжении и других параметров при запуске электродвигателей и специального оборудования.

Изменению емкости

• Постоянной емкости
  
  . Не имеют возможности изменения емкости.
• Переменной емкости
  
  . Они могут изменять значение емкости при воздействии на них температуры, напряжения, регулировки положения обкладок. К конденсаторам переменной емкости относятся:
  Подстроечные конденсаторы
  
  не предназначены для постоянной работы, связанной с быстрой настройкой емкости. Они служат только для одноразовой наладки оборудования и периодической подстройки емкости.
  Нелинейные конденсаторы
  
  изменяют свою емкость от воздействия температуры и напряжения по нелинейному графику. Конденсаторы, емкость которых зависит от напряжения, называются варикондами
  
  , от температуры – термоконденсаторами
  
  .

Способу защиты

• Незащищенные
  
  работают в обычных условиях, не имеют никакой защиты.
• Защищенные
  
  конденсаторы выполнены в защищенном корпусе, поэтому могут работать при высокой влажности.
• Неизолированные
  
  имеют открытый корпус и не имеют изоляции от возможного соприкосновения с различными элементами схемы.
• Изолированные
  
  конденсаторы выполнены в закрытом корпусе.
• Уплотненные
  
  имеют корпус, заполненный специальными материалами.
• Герметизированные
  
  имеют герметичный корпус, полностью изолированы от внешней среды.

Виду монтажа

• Навесные
  
  делятся на несколько видов с;
  — ленточными выводами;
  — опорным винтом;
  — круглыми электродами;
  — радиальными или аксиальными выводами.
• Конденсаторы с винтовыми выводами
  
  оснащены резьбой для соединения со схемой, применяются в силовых цепях. Подобные выводы проще фиксировать на охлаждающих радиаторах для снижения тепловых нагрузок.
• Конденсаторы с защелкивающимися выводами
  
  являются новой разработкой, при монтаже на плату они защелкиваются. Это очень удобно, так как нет необходимости использовать пайку.
• Конденсаторы, предназначенные для поверхностной установки
  ,
  имеют особенность конструкции: части корпуса являются выводами.
• Емкости для печатной установки
  
  изготавливают с круглыми выводами для расположения на плате.

По материалу диэлектрика

Сопротивление изоляции между пластинами зависит от параметров изоляционного материала. Также от этого зависят допустимые потери и другие параметры. Рассмотрим виды конденсаторов, которые имеют различные материалы диэлектрика.

• Конденсаторы с неорганическим изолятором
  
  из стеклокерамики, стеклоэмали, слюды. На диэлектрический материал нанесено металлическое напыление или фольга.
• Низкочастотные
  
  конденсаторы включают в себя изоляционный материал в виде слабополярных органических пленок, у которых диэлектрические потери зависят от частоты тока.
• Высокочастотные модели
  
  содержат пленки из фторопласта и полистирола.
• Импульсные модели высокого напряжения
  
  имеют изолятор из комбинированных материалов.
• В конденсаторах постоянного напряжени
  я
  в качестве диэлектрика используется политетрафторэлитен, бумага, либо комбинированный материал.
• Низковольтные
  
  модели работают при напряжении до 1,6 кВ.
• Высоковольтные
  
  модели функционируют при напряжении свыше 1,6 кВ.
• Дозиметрические
  
  конденсаторы служат для работы с малым током, имеют незначительный саморазряд и большое сопротивление изоляции.
• Помехоподавляющие
  
  емкости уменьшают помехи, возникающие от электромагнитного поля, имеют низкую индуктивность.
• Емкости с органическим изолятором
  
  выполнены с применением конденсаторной бумаги и различных пленок.
• Вакуумные, воздушные, газонаполненные
  
  конденсаторы обладают малыми диэлектрическими потерями, поэтому их применяют в аппаратуре с высокой частотой .

Форме пластин

• Сферические.
• Плоские.
• Цилиндрические.

Полярности

• Электролитические
  
  конденсаторы называют оксидными. При их подключении обязательным является соблюдение полярности выводов. Электролитические конденсаторы содержат диэлектрик, состоящий из оксидного слоя, образованный электрохимическим способом на аноде из тантала или алюминия. Катодом является электролит в жидком или гелеобразном виде.
• Неполярные

  конденсаторы могут включаться в схему без соблюдения полярности.

Конструктивные особенности

Рассмотренные выше виды конденсаторов далеко не все имеют большую популярность. Поэтому подробнее рассмотрим конструктивные особенности наиболее применяемых видов конденсаторов.

Воздушные виды конденсаторов

В качестве диэлектрика используется воздух. Такие виды конденсаторов хорошо зарекомендовали себя при работе на высокой частоте, в качестве настроечных конденсаторов с изменяемой емкостью. Подвижная пластина конденсатора является ротором, а неподвижную называют статором. При смещении пластин друг относительно друга, изменяется общая площадь пересечения этих пластин и емкость конденсатора. Раньше такие конденсаторы были очень популярны в радиоприемниках для настраивания радиостанций.

Керамические

Такие конденсаторы изготавливают в виде одной или нескольких пластин, выполненных из специальной керамики. Металлические обкладки изготавливают путем напыления слоя металла на керамическую пластину, затем соединяют с выводами. Материал керамики может применяться с различными свойствами.

Их разнообразие обуславливается широким интервалом диэлектрической проницаемости. Она может достигать нескольких десятков тысяч фарад на метр, и имеется только у такого вида емкостей. Такая особенность керамических емкостей позволяет создавать большие значения емкостей, которые сопоставимы с электролитическими конденсаторами, но для них не важна полярность подключения.

Керамика имеет нелинейную сложную зависимость свойств от напряжения, частоты и температуры. Из-за небольшого размера корпуса эти виды конденсаторов применяются в компактных устройствах.

Пленочные

В таких моделях в качестве диэлектрика выступает пластиковая пленка: поликарбонат, полипропилен или полиэстер.

Обкладки конденсатора напыляют или выполняют в виде фольги. Новым материалом служит полифениленсульфид.

Параметры пленочных конденсаторов

• Применяются для резонансных цепей.
• Наименьший ток утечки.
• Малая емкость.
• Высокая прочность.
• Выдерживают большой ток.
• Устойчивы к электрическому пробою (выдерживают большое напряжение).
• Наибольшая эксплуатационная температура до 125 градусов.

Полимерные

Эти модели имеют отличие от электролитических емкостей наличием полимерного материала, вместо оксидной пленки между обкладками. Они не подвергаются утечке заряда и раздуванию.

Параметры полимера обеспечивают значительный импульсный ток, постоянный температурный коэффициент, малое сопротивление. Полимерные модели способны заменить электролитические модели в фильтрах импульсных источников и других устройствах.

Электролитические

От бумажных моделей электролитические конденсаторы отличаются материалом диэлектрика, которым является оксид металла, созданный электрохимическим методом на плюсовой обкладке.

Вторая пластина выполнена из сухого или жидкого электролита. Электроды обычно выполнены из тантала или алюминия. Все электролитические емкости считаются поляризованными, и способны нормально работать только на постоянном напряжении при определенной полярности.

Если не соблюдать полярность, то может произойти необратимый химический процесс внутри емкости, которая приведет к выходу его из строя, или даже взрыву, так как будет выделяться газ.

К электролитическим можно отнести суперконденсаторы, которые называют ионисторами. Они обладают очень большой емкостью, достигающей тысячи Фарад.

Танталовые электролитические

Устройство танталовых электролитов имеет особенность в электроде из тантала. Диэлектрик состоит из пентаоксида тантала.

Параметры

• Незначительный ток утечки, в отличие от алюминиевых видов.
• Малые размеры.
• Невосприимчивость к внешним воздействиям.
• Малое активное сопротивление.
• Высокая чувствительность при ошибочном подключении полюсов.

Алюминиевые электролитические

Положительным выводом является электрод из алюминия. В качестве диэлектрика использован триоксид алюминия. Они применяются в импульсных блоках и являются выходным фильтром.

Параметры

• Большая емкость.
• Корректная работа только на низких частотах.
• Повышенное соотношение емкости и размера: конденсаторы других видов при одной емкости имели бы большие размеры.
• Большая утечка тока.
• Низкая индуктивность.

Бумажные

Диэлектриком между фольгированными пластинами служит особая конденсаторная бумага. В электронных устройствах бумажные виды конденсаторов обычно работают в цепях высокой и низкой частоты.

Металлобумажные конденсаторы

обладают герметичностью, высокой удельной емкостью, качественной электрической изоляцией. В их конструкции применяется вакуумное металлическое напыление на бумажный диэлектрик, вместо фольги.

Бумажные конденсаторы не обладают высокой механической прочностью. В связи с этим его внутренности располагают в металлическом корпусе, который защищает его устройство.

Типы конденсаторов в блоках питания: за что мы переплачиваем | Блоки питания компьютера | Блог

Все мы знаем, что блок питания — один из важных элементов компьютера. Некачественная модель может быстро выйти из строя, унеся за собой остальные компоненты. Давайте выясним, как применяемые в БП комплектующие влияют на надежность и стабильную работу ПК.

Надежность работы блока питания и качество формируемых напряжений напрямую зависит от компонентов, применяемых в конструкции. Самые распространенные радиоэлементы в БП — это, конечно, конденсаторы. В бюджетных моделях ставят алюминиевые электролитические. Их отличительные черты: невысокая стоимость, низкая надежность, малый срок службы и довольно средние эксплуатационные характеристики.

В более дорогих БП используются полимерные конденсаторы. Но не везде, а лишь в критически важных участках электрической схемы. У «полимеров» все гораздо лучше с надежностью, а эксплуатационные параметры значительно превосходят «электролиты».

Наступил момент, чтобы разобраться в устройстве конденсаторов более подробно. Давайте выясним, как их качество влияет на формирование питающих напряжений.

Устройство конденсаторов

Алюминиевый электролитический конденсатор обладает большой емкостью при относительно малых размерах. Себестоимость производства небольшая, поэтому такой тип недорог и очень популярен.

Конструктивно он состоит из двух лент алюминиевой фольги, между которыми размещена бумага, пропитанная электролитом. Вся конструкция свернута в плотный рулон и упакована в герметичный металлический корпус. Диэлектриком является окись алюминия на поверхности фольги, которая исполняет роль положительной обкладки (анода). Окись образовывается путем взаимодействия электролита с поверхностью при протекании электрического тока, поэтому ее толщина очень мала — за счет этого и достигается большая емкость конденсатора. Катодом является электролит, который имеет электрический контакт со всей поверхностью неоксидированной обкладки, соединенной с отрицательным выводом.

Кроме алюминиевых, существуют и другие виды электролитических конденсаторов — например, танталовые и ниобиевые. Диэлектрический слой в них образован окислом этих металлов, поэтому они дороже в производстве.

Конструкция полимерных конденсаторов аналогична алюминиевым электролитическим. Отличие состоит в том, что в качестве электролита в них применяются токопроводящие полимеры. Последние находятся в твердом состоянии: диэлектрический оксидный слой создается не на обкладке, а на поверхности токопроводящего полимерного слоя.

Жидкий электролит может сочетаться с твердыми токопроводящими полимерами — такие конденсаторы называются гибридными.

Сейчас выпускаются четыре вида полимерных конденсаторов, три из которых (SP-Cap, POSCAP, OS-CON) имеют в качестве электролита твердый токопроводящий полимер и отличаются друг от друга только материалом обкладок. Четвертый вид — гибридный (Hybrid).

Любой полимерный конденсатор по эксплуатационным характеристикам лучше, чем даже самый качественный электролитический. Более подробно поговорим об этом в следующем разделе.

Говоря о терминологии, стоит отметить, что неправильно отделять полимерные и гибридные конденсаторы от алюминиевых электролитических. По сути, все они относятся к одной группе — электролитических. Но в техническом жаргоне есть традиционное разделение на «электролиты» и «полимеры», им и будем пользоваться для удобства.

Рассмотрим основные параметры, по которым различаются конденсаторы.

Электрическая емкость — это способность обкладок конденсатора накапливать электрический заряд. Измеряется в Фарадах (Ф) или долях (мкФ, нФ, пФ). Величина обычно указывается на корпусе.

Номинальное напряжение — величина, при которой рабочие параметры конденсатора сохраняются на протяжении всего срока службы.

Максимально допустимая рабочая температура также обычно указывается на корпусе.

Повышение температуры конденсатора на каждые 10°С (свыше 40°С) уменьшает срок его службы вдвое, а то и в трое, в зависимости от типа:

ESR (Equivalen Series Resistance, в переводе «эквивалентное последовательное сопротивление») состоит из суммы активных сопротивлений обкладок, выводов, электролита и контактных соединений обкладок с выводами. Оно является паразитным, то есть — вредным. Наибольшее влияние на величину ESR оказывает электролит. Реальный конденсатор схематически можно представить как последовательное соединение паразитного сопротивления R и идеального конденсатора C:

Это сопротивление приводит к потерям как при заряде, так и разряде конденсатора. Таким образом, ухудшается качество сглаживания напряжений, формируемых БП. Помимо этого, при прохождении тока выделяется тепло, то есть происходит нагрев конденсатора. Делаем вывод: чем меньше ESR, тем лучше конденсатор.

ESI или ESL (Equivalen Series Inductance, в переводе «эквивалентная последовательная индуктивность») тоже является также паразитной. Она возникает из-за неидеальной конструкции конденсаторов и состоит из суммы индуктивностей обкладок и выводов.

Большое значение ESI (ESL) имеют конденсаторы со спиральной намоткой обкладок. При рассмотрении этого параметра реальный конденсатор представим как последовательное соединение паразитной индуктивности L и идеального конденсатора C:

При небольшой частоте импульсного тока, проходящего через конденсатор, индуктивное сопротивление будет очень мало и на работу не повлияет. Но при увеличении частоты, будет увеличиваться и индуктивное сопротивление. На частотах свыше нескольких сотен килогерц электролитический конденсатор и вовсе перестанет выполнять свои функции.

Таким образом, эквивалентная схема конденсатора с учетом всех физических несовершенств конструкции выглядит следующим образом:

Помимо вышеуказанных параметров, добавилось паразитное сопротивление R leakage. Оно характеризует ток утечки между обкладками конденсатора из-за несовершенства диэлектрического материала.

Описав эквивалентную схему суммой сопротивлений всех ее активных и реактивных элементов, получаем комплексное сопротивление Z, также называемое импедансом. Чем ниже импеданс конденсатора, тем он лучше.

Из графика видно, что импеданс в области низких частот определяется емкостным сопротивлением идеального конденсатора, в области средних частот ограничивается паразитным ESR, а по мере дальнейшего увеличения частоты, на импеданс все больше влияния начинает оказывать влияние индуктивное сопротивление паразитной ESL.

ТКЕ (температурный коэффициент емкости) характеризует относительное изменение емкости при изменении температуры. Это вредное явление, к нему особенно критичны частотозадающие цепи. При изменении температуры работающего устройства или окружающей среды, меняется и температура конденсатора, а частота начинает «плыть».

DC-bias (эффект смещения при постоянном напряжении) характеризует зависимость емкости от приложенного напряжения. Например, при увеличении напряжения на конденсаторе MLCC (см. график ниже) до максимального значения, емкость может снизиться на 65% от номинальной величины.

Каждый уважающий себя конденсатор должен поддерживать емкость неизменной. Как видим, полимерные справляются с этой задачей на отлично.

Преимущества полимерных конденсаторов

С устройством мы разобрались, теперь давайте выясним, что все это значит на практике.

Полимерные конденсаторы по сравнению с обычными электролитическими обладают более низким ESR, соответственно, и более низким импедансом. При использовании первых в сглаживающем фильтре БП заряд, накапливаемый от источника и отдаваемый в нагрузку, будет больше, сглаживание пульсаций выходного напряжения — лучше, а нагрев — гораздо меньше.

Надежность полимерных конденсаторов на порядок выше, чем алюминиевых электролитических. У последних частенько высыхает жидкий электролит, особенно, если они неправильно размещены в устройстве. Например, в непосредственной близости от горячих радиаторов охлаждения. Повышенная температура не только способствует ускоренному высыханию, но и уменьшает срок службы электролитов. Также она приводит к вздутию — нарушению герметичности корпуса путем разрыва предохранительных насечек.

Эффект высыхания приводит к уменьшению емкости конденсатора и увеличению ESR. Блок питания за это точно не скажет спасибо, зато отправить комплектующие на небеса — может запросто.

В полимерных конденсаторах высыхания быть не может — в них используется твердый токопроводящий слой. Но эксплуатация при повышенном напряжении также может привести к вздутию и разрыву корпуса.

«Полимеры» способны к самовосстановлению при локальном пробое оксидного слоя. При воздействии большого тока короткого замыкания, в локальной точке происходит сильный нагрев токопроводящего полимера. Молекулярная цепочка в зоне дефекта разрушается. В результате формируется диэлектрический слой, изолирующий место пробоя.

В алюминиевых электролитических конденсаторах подобный пробой будет лавинообразно разрастаться. Это приведет к разрыву корпуса и выходу из строя всего блока питания.

Подытоживая, давайте сравним эксплуатационные параметры рассматриваемых типов конденсаторов.

Выводы

Выбирайте блок питания так же тщательно, как и другие важные компоненты компьютера: процессор, видеокарту или материнскую плату. 

Перед покупкой изучите обзоры, по ним можно определить, какой тип конденсаторов применяется в конкретном блоке. Применение полимеров, пусть и частично, положительно сказывается на надежности и долговечности БП.

Повторяем в очередной раз — экономить на блоке питания не стоит. Как говорил барон Ротшильд: «Мы не настолько богаты, чтобы покупать дешевые вещи».

Свойства и виды конденсаторов

Конденсаторный час

Что делает конденсаторы особенными, так это их способность накапливать энергию, этим радиодетали при продаже и ценятся; они как полностью заряженный электрический аккумулятор. Заглавные буквы, как мы обычно называем их, имеют все виды критических применений в цепях. Общие области применения включают локальное накопление энергии, подавление скачков напряжения и сложную фильтрацию сигналов.

Наиболее часто используемым и производимым конденсатором является керамический конденсатор, который скупается в Москве оптом и много, да и цена на него отличная. Название происходит от материала, из которого сделан их диэлектрик.

Керамические конденсаторы

Две крышки в сквозном, радиальном корпусе; крышка 22 пФ слева и 0,1 мкФ справа. Посередине крошечная крышка для поверхностного монтажа 0,1 мкФ 0603.

По сравнению со столь же популярными электролитическими крышками керамика представляет собой более близкий к идеальному конденсатор (гораздо более низкие значения ESR и токи утечки), но их небольшая емкость может быть ограничивающей. Они, как правило, самый дешевый вариант среди радиодеталей в Москве. Эти заглушки хорошо подходят для высокочастотных соединений и развязки.

Алюминий и тантал электролитический

Электролитики хороши тем, что могут вместить большую емкость в относительно небольшой объем. Если вам нужен конденсатор в диапазоне 1 мкФ-1 мФ, вы, скорее всего, найдете его в электролитической форме. Они особенно хорошо подходят для высоковольтных применений из-за их относительно высоких значений максимального напряжения.

Танталовые электролитические конденсаторы и танталовые шарики доступны как в мокром (фольговом), так и в сухом (твердом) электролитическом типах, причем наиболее распространенным является сухой или твердый тантал, которые можно купить по доступной цене в Москве.  Твердые танталовые конденсаторы используют диоксид марганца в качестве своей второй клеммы и физически меньше, чем эквивалентные алюминиевые конденсаторы.

Кроме того, танталовые конденсаторы, хотя и поляризованные, могут гораздо легче переносить подключение к обратному напряжению, чем алюминиевые типы, но рассчитаны на гораздо более низкие рабочие напряжения. Интересно отметить, что твердотельные танталовые конденсаторы обычно используются в цепях, где напряжение переменного тока мало по сравнению с напряжением постоянного тока.

Следует подчеркнуть, что некоторые типы танталовых конденсаторов содержат два конденсатора в одном, соединенные отрицательно-отрицательно, чтобы сформировать «неполяризованный» конденсатор для использования в цепях переменного тока низкого напряжения в качестве неполяризованного устройства. Обычно положительный вывод обозначается на корпусе конденсатора знаком полярности, а корпус конденсатора с танталовым шариком имеет овальную геометрическую форму.  Типичные значения емкости варьируются от 47 нФ до 470 мкФ, а сдать танталовые конденсаторы можно в Москве по приятной цене. Сотрудники нашей компании оперативно проконсультируют всех клиентов по любым вопросам, связанным со сдачей радиодеталей.

Алюминиевые электролитические конденсаторы, наиболее популярные в семействе электролитов, обычно выглядят как маленькие жестяные банки, причем оба провода идут снизу.

Электролитические колпачки

Ассортимент сквозных и поверхностных электролитических конденсаторов. Обратите внимание, что у каждого есть некоторый метод для маркировки катода.

К сожалению, электролитические колпачки обычно поляризованы. У них есть положительный вывод — анод — и отрицательный вывод, называемый катодом. Когда на электролитическую крышку подается напряжение, анод должен иметь более высокое напряжение, чем катод.

Катод электролитического конденсатора обычно обозначается знаком «-» и цветной полоской на корпусе. Ножка анода также может быть немного длиннее в качестве другого признака. Если напряжение подается на электролитический колпачок в обратном направлении, они будут эффектно проваливаться (с треском и разрывом) и навсегда. После появления электролита электролит будет вести себя как короткое замыкание.

Эти колпачки также известны своей утечкой — позволяя небольшим величинам тока (порядка нА) проходить через диэлектрик от одного контакта к другому. Это делает электролитические колпачки менее идеальными для хранения энергии, что, к сожалению, учитывая их высокую емкость и номинальное напряжение и снижает их стоимость при продаже.

            Не существует проблемы сдать конденсаторы в РФ, это востребованный товар, промышленность нуждается в редкоземельных драгоценных металлах.

Типы конденсаторов. Алюминиевые электролитические конденсаторы

В чем отличие между полярными и неполярными конденсаторами

В чем отличие между полярными и неполярными конденсаторами

Основное отличие между этими двумя типами заключается в структуре диэлектрика, точнее,
в его границе с обкладкой.

Всевозможные типы конденсаторов, используемые сегодня практически всюду в электронике и электротехнике, в качестве диэлектрика содержат различные вещества. Однако, что касается конкретно электролитических конденсаторов, в частности также танталовых и полимерных, то для них при включении в схему важно строгое соблюдение полярности. Если такой конденсатор включить в цепь неправильно, то он не сможет нормально работать. Данные конденсаторы называются поэтому полярными.

В чем же заключается принципиальное отличие полярного конденсатора от неполярного, почему одним конденсаторам все равно как быть включенными в схему, а другим принципиально важно соблюдение полярности? В этом и попробуем сейчас разобраться.

Дело здесь в том, что процесс изготовления электролитических конденсаторов сильно отличается от, скажем, керамических или полипропиленовых. Если у последних двух как обкладки, так и диэлектрик однородны по отношению друг к другу, то есть нет различия в структуре на границе обкладка-диэлектрик с обеих сторон диэлектрика, то электролитические конденсаторы (цилиндрические алюминиевые, танталовые, полимерные) имеют различие в структуре перехода диэлектрик-обкладка с двух сторон диэлектрика: анод и катод отличаются по химическому составу и физическим свойствам.

Когда изготавливают электролитический алюминиевый конденсатор, то не просто скручивают в рулон две одинаковые обкладки из фольги, проложенные пропитанной электролитом бумагой.

Со стороны анодной обкладки (на которую подается +) присутствует слой оксида алюминия, нанесенный на травленую поверхность фольги особым способом. Анод призван отдавать электроны через внешнюю цепь катоду в процессе заряда конденсатора.

Отрицательная обкладка (катод) — просто алюминиевая фольга, на нее в процессе заряда приходят электроны по внешней цепи. Электролит здесь служит проводником ионов.

Так же обстоит дело и с танталовыми конденсаторами, где в качестве анода служит порошок тантала, на котором формируется пленка пентаоксида тантала (анод связан с оксидом!), несущего функцию диэлектрика, затем идет слой полупроводника — диоксида марганца в качестве электролита, затем серебряный катод, с которого будут уходить электроны в процессе разряда.

Полимерные электролитические конденсаторы в качестве катода используют легкий проводящий полимер, а в остальном все процессы аналогичны. Суть — окислительная и восстановительная реакции, как в аккумуляторной батарее. Анод окисляется во время электрохимической реакции разрядки, а катод восстанавливается.

Когда электролитический конденсатор заряжен, то имеет место избыток электронов на его катоде, на минусовой обкладке, сообщающий как раз отрицательный заряд этой клемме, а на аноде — недостаток электронов, дающий положительный заряд, таким образом получаем разность потенциалов.

Если заряженный электролитический конденсатор замкнуть на внешнюю цепь, то избыточные электроны побегут от отрицательно заряженного катода к положительно заряженному аноду, и заряд будет нейтрализован. В электролите положительные ионы движутся в этот момент от катода к аноду.

Если включить такой полярный конденсатор в цепь неправильно, то описанные реакции не смогут нормально протекать, и конденсатор не будет нормально работать. Неполярные же конденсаторы могут работать в любом включении, поскольку в них нет ни анода, ни катода, ни электролита, и их обкладки взаимодействуют с диэлектриком одинаково, ровно как и с источником.

А что если под рукой есть только полярные электролитические конденсаторы, а нужно осуществить включение конденсатора в цепь тока с меняющейся полярностью? Для этого существует одна хитрость. Нужно взять два одинаковых полярных электролитических конденсатора, и соединить их между собой последовательно одноименными клеммами. Получится один неполярный конденсатор из двух полярных, емкость которого будет в 2 раза меньше каждого из двух его составляющих.

На этой основе, кстати, изготавливают неполярные электролитические конденсаторы, в которых слой оксида присутствует на обеих обкладках. По этой причине неполярные электролитические конденсаторы имеют значительно больший размер, чем полярные аналогичной емкости. Основываясь на данном принципе, изготавливают также электролитические пусковые неполярные конденсаторы, рассчитанные на работу в цепях переменного тока частотой 50-60 Гц.

Ранее ЭлектроВести писали, что производители электроэнергии в Украине не должны платить акцизный сбор за генерацию тока и сейчас это происходит не правильным образом, поскольку такой платеж должны осуществлять конечные потребители электроэнергии — население и предприятия.

По материалам: electrik.info.

Электролитический конденсатор | Типы | Руководство по конденсаторам

Что такое электролитические конденсаторы?

Электролитический конденсатор — это тип конденсатора, в котором используется электролит для достижения большей емкости, чем у других типов конденсаторов. Электролит представляет собой жидкость или гель, содержащий высокую концентрацию ионов. Почти все электролитические конденсаторы поляризованы, а это значит, что напряжение на положительном выводе всегда должно быть больше, чем напряжение на отрицательном.Преимущество большой емкости электролитических конденсаторов также имеет несколько недостатков. К числу этих недостатков относятся большие токи утечки, допустимые отклонения значений, эквивалентное последовательное сопротивление и ограниченный срок службы. Электролитические конденсаторы могут быть как с влажным электролитом, так и с твердым полимером. Обычно они изготавливаются из тантала или алюминия, хотя могут использоваться и другие материалы. Суперконденсаторы представляют собой особый подтип электролитических конденсаторов, также называемых двухслойными электролитическими конденсаторами, с емкостью в сотни и тысячи фарад.Эта статья будет основана на алюминиевых электролитических конденсаторах. Они имеют типичную емкость от 1 мкФ до 47 мФ и рабочее напряжение до нескольких сотен вольт постоянного тока. Алюминиевые электролитические конденсаторы используются во многих устройствах, таких как блоки питания, материнские платы компьютеров и многие бытовые приборы. Поскольку они поляризованы, их можно использовать только в цепях постоянного тока.

Определение электролитического конденсатора

Электролитический конденсатор представляет собой поляризованный конденсатор, в котором используется электролит для достижения большей емкости, чем у других типов конденсаторов.

Чтение значения емкости

В случае сквозных конденсаторов значение емкости, а также максимальное номинальное напряжение напечатаны на корпусе. Конденсатор с надписью «4,7 мкФ 25 В» имеет номинальную емкость 4,7 мкФ и максимальное номинальное напряжение 25 вольт, которое никогда не должно превышаться.

В случае электролитических конденсаторов SMD (поверхностного монтажа) существует два основных типа маркировки. В первом четко указано значение в микрофарадах и рабочее напряжение.Например, при таком подходе конденсатор емкостью 4,7 мкФ с рабочим напряжением 25 вольт будет иметь маркировку «4,7 25В. В другой системе маркировки за буквой следуют три цифры. Буква представляет номинальное напряжение в соответствии с таблицей ниже. Первые два числа представляют собой значение в пикофарадах, а третье число — это количество нулей, которое нужно добавить к первым двум. Например, конденсатор емкостью 4,7 мкФ с номинальным напряжением 25 вольт будет иметь маркировку E476. Это соответствует 47000000 пФ = 47000 нФ = 47 мкФ.

Характеристики 

Дрейф емкости

Емкость электролитических конденсаторов с течением времени дрейфует от номинального значения, и они имеют большие допуски, обычно 20%. Это означает, что алюминиевый электролитический конденсатор с номинальной емкостью 47 мкФ должен иметь измеренное значение где-то между 37,6 мкФ и 56,4 мкФ. Танталовые электролитические конденсаторы могут быть изготовлены с более жесткими допусками, но их максимальное рабочее напряжение ниже, поэтому их не всегда можно использовать в качестве прямой замены.

Полярность и безопасность

Из-за конструкции электролитических конденсаторов и характеристик используемого электролита электролитические конденсаторы должны быть смещены в прямом направлении.Это означает, что положительная клемма всегда должна находиться под более высоким напряжением, чем отрицательная клемма. Если конденсатор смещается в обратном направлении (если меняется полярность напряжения на клеммах), изолирующий оксид алюминия, который действует как диэлектрик, может быть поврежден и начать действовать как короткое замыкание между двумя клеммами конденсатора. Это может привести к перегреву конденсатора из-за протекающего через него большого тока. Когда конденсатор перегревается, электролит нагревается и вытекает или даже испаряется, что приводит к разрыву корпуса.Этот процесс происходит при обратном напряжении порядка 1 вольта и выше. Для обеспечения безопасности и предотвращения взрыва корпуса из-за высоких давлений, возникающих в условиях перегрева, в корпусе установлен предохранительный клапан. Обычно это делается путем создания надреза на верхней поверхности конденсатора, которая контролируемым образом открывается при перегреве конденсатора. Поскольку электролиты могут быть токсичными или вызывающими коррозию, могут потребоваться дополнительные меры безопасности при очистке и замене перегретого электролитического конденсатора.

Существует специальный тип электролитических конденсаторов для переменного тока, который спроектирован так, чтобы выдерживать обратную поляризацию. Этот тип называется неполяризованным или NP-типом.

Конструкция и свойства электролитических конденсаторов

Алюминиевые электролитические конденсаторы

изготовлены из двух алюминиевых фольг и бумажной прокладки, пропитанной электролитом. Одна из двух алюминиевых фольг покрыта оксидным слоем, и эта фольга действует как анод, а непокрытая — как катод.При нормальной работе анод должен находиться под положительным напряжением по отношению к катоду, поэтому катод чаще всего маркируется знаком минус вдоль корпуса конденсатора. Анод, пропитанная электролитом бумага и катод укладываются друг на друга. Стопку сворачивают, помещают в цилиндрический корпус и соединяют с цепью с помощью штифтов. Существуют две распространенные геометрии: осевая и радиальная. Осевые конденсаторы имеют по одному выводу на каждом конце цилиндра, в то время как в радиальной геометрии оба контакта расположены на одном конце цилиндра.

Электролитические конденсаторы имеют большую емкость, чем большинство других типов конденсаторов, обычно от 1 мкФ до 47 мФ. Существует особый тип электролитического конденсатора, называемый двухслойным конденсатором или суперконденсатором, емкость которого может достигать тысяч фарад. Емкость алюминиевого электролитического конденсатора определяется несколькими факторами, такими как площадь пластины и толщина электролита. Это означает, что конденсатор большой емкости громоздкий и большой по размеру.

Стоит отметить, что электролитические конденсаторы, изготовленные по старой технологии, имели не очень большой срок годности, обычно всего несколько месяцев. Если его не использовать, оксидный слой разрушается, и его необходимо восстанавливать в процессе, называемом риформингом конденсатора. Это можно сделать, подключив конденсатор к источнику напряжения через резистор и медленно увеличивая напряжение до тех пор, пока оксидный слой не будет полностью восстановлен. Срок годности современных электролитических конденсаторов составляет 2 года и более.Если конденсатор остается неполяризованным в течение длительного времени, его необходимо преобразовать перед использованием.

Заявки на электролитические конденсаторы

Во многих приложениях не требуются жесткие допуски и поляризация переменного тока, но требуются большие значения емкости. Они обычно используются в качестве фильтрующих устройств в различных источниках питания для уменьшения пульсаций напряжения. При использовании в импульсных источниках питания они часто являются критическим компонентом, ограничивающим срок службы источника питания, поэтому в этом приложении используются высококачественные конденсаторы.

Их также можно использовать для сглаживания входных и выходных сигналов в качестве фильтра нижних частот, если сигнал представляет собой сигнал постоянного тока со слабой составляющей переменного тока. Однако электролитические конденсаторы плохо работают с сигналами большой амплитуды и высокой частоты из-за мощности, рассеиваемой на паразитном внутреннем сопротивлении, называемом эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR). В таких приложениях необходимо использовать конденсаторы с низким ESR, чтобы уменьшить потери и избежать перегрева.

Практическим примером является использование электролитических конденсаторов в качестве фильтров в аудиоусилителях, основной целью которых является снижение сетевого шума.Сетевой шум — это электрический шум частотой 50 Гц или 60 Гц, вызванный источником питания, который был бы слышен при усилении.

Характеристики, типы и функции электролитических конденсаторов

Внутри электролитического конденсатора находится электролитический материал, сохраняющий электрический заряд. Он имеет положительную и отрицательную полярность, как у батареи, и его нельзя поменять местами. Положительный электрод представляет собой металлическую подложку с оксидной пленкой. Отрицательный электрод соединен с электролитом (твердым и нетвердым) через металлическую электродную пластину.

Неполярные (биполярные) электролитические конденсаторы имеют структуру двойной оксидной пленки, аналогичную двум полярным электролитическим конденсаторам, которые образуются путем соединения двух отрицательных электродов. Их два электрода представляют собой две металлические пластины (обе с оксидной пленкой). Это электролит в середине двух наборов оксидных пленок. Поляризованные электролитические конденсаторы обычно выполняют фильтрацию мощности, развязку, соединение сигналов и установку постоянной времени, а также блокировку постоянного тока в силовых цепях или промежуточных и низкочастотных цепях. Неполярные электролитические конденсаторы обычно используются в цепях делителя звуковой частоты, цепях коррекции TVS и пусковых цепях однофазных двигателей.

Каталог

I Характеристики

1.  Рабочее напряжение

Рис.1. электролитический конденсатор

Рабочее напряжение электролитических конденсаторов 4В, 6,3В, 10В, 16В, 25В, 35В, 50В, 63В, 80В, 100В, 160В, 200В, 300В, 400В, 450В, 500В, а рабочая температура — 55°~+155°С (4~500В).Он характеризуется большой емкостью, большим объемом и полярностью. Он обычно используется для фильтрации и выпрямления в цепях постоянного тока. В настоящее время наиболее часто используемыми электролитическими конденсаторами являются алюминиевые электролитические конденсаторы и танталовые электролитические конденсаторы.

2.  Номинальная емкость и допустимое отклонение

Номинальная емкость – это емкость, указанная на конденсаторе. Базовой единицей измерения конденсаторов является фарад (Ф), но эта единица измерения слишком велика и редко используется в полевой маркировке.

Соотношение между другими единицами заключается в следующем:

1F = 1000 МФ

1МФ = 1000 мкФ

1 мкФ = 1000НФ

1 мкФ = 1000PF

Отклонение между фактической емкостью конденсатора и номинальной емкости называется толерантностью , а точность находится в пределах допустимого диапазона отклонений.

Соответствие между уровнем точности и допустимым допуском: 00 (01)-± 1 %, 0 (02)-± 2 %, Ⅰ- ± 5 %, Ⅱ- ± 10 %, Ⅲ- ± 20 %, Ⅳ-(+ 20%-10%), Ⅴ-(+50%-20%), Ⅵ-(+50%-30%)

Общие конденсаторы обычно Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ марки , электролитические конденсаторы Ⅳ, Ⅴ , Ⅵ класс , выбирается в зависимости от использования.

3.  Номинальное напряжение

Максимальное эффективное значение максимального напряжения постоянного тока , которое может непрерывно прикладываться к конденсатору при минимальной температуре окружающей среды и номинальной температуре окружающей среды, как правило, непосредственно указано на корпусе конденсатора. Если рабочее напряжение превышает выдерживаемое напряжение конденсатора, конденсатор выйдет из строя, что приведет к необратимому повреждению, которое невозможно устранить.

4.  Сопротивление изоляции

Постоянное напряжение добавляется к конденсатору, и генерируется ток утечки.Соотношение между ними называется сопротивлением изоляции .

Когда емкость мала, она в основном зависит от состояния поверхности конденсатора. Когда емкость> 0,1 мкФ, это в основном зависит от характеристик диэлектрика. Чем больше сопротивление изоляции, тем лучше.

Постоянная времени конденсатора: Для правильной оценки изоляции конденсаторов большой емкости вводится постоянная времени, равная произведению сопротивления изоляции конденсатора на емкость.

5.  Потери

Под действием электрического поля энергия, потребляемая конденсатором вследствие нагрева в единицу времени, называется потерями . Для всех типов конденсаторов указаны допустимые потери в определенном диапазоне частот. Потери конденсаторов в основном вызваны диэлектрическими потерями, потерями проводимости и сопротивлением всех металлических частей конденсатора.

Под действием электрического поля постоянного тока потери конденсатора возникают в виде потерь на утечку, которые обычно невелики.Под действием переменного электрического поля потери конденсатора связаны не только с проводимостью рассеяния, но и с периодическим процессом установления поляризации.

II Алюминиевые электролитические конденсаторы

1. Структурные характеристики алюминиевых электролитических конденсаторов:

Алюминиевый корпус и пластиковая крышка герметичны, образуя электролитический конденсатор. По сравнению с другими типами конденсаторов, алюминиевые электролитические конденсаторы имеют следующие очевидные характеристики по структуре:

(1) Рабочая среда алюминиевых электролитических конденсаторов должна образовывать тонкий слой оксида алюминия (Al2O3) на поверхности алюминиевой фольги. по анодированию.Этот оксидный диэлектрический слой и анод конденсатора объединены в полную систему. Они взаимозависимы и не могут быть независимыми друг от друга; конденсаторы и диэлектрики того, что мы обычно называем конденсаторами, не зависят друг от друга.

(2) Анод алюминиевого электролитического конденсатора представляет собой алюминиевую фольгу , которая создает диэлектрический слой Al2O3 на поверхности. Катод — это не отрицательная фольга, о которой мы обычно привыкли думать, а электролитический раствор конденсатора.

(3) Отрицательная фольга играет роль электрического вывода в электролитическом конденсаторе, поскольку электролит, используемый в качестве катода электролитического конденсатора, не может быть напрямую подключен к внешней цепи, а электрический путь должен быть образован через другой металлический электрод и другие части цепи.

(4) Анодная алюминиевая фольга и катодная алюминиевая фольга алюминиевых электролитических конденсаторов обычно представляют собой корродированную алюминиевую фольгу , и фактическая площадь поверхности намного больше, чем их кажущаяся площадь поверхности. Это одна из причин, по которой алюминиевые электролитические конденсаторы обычно имеют большую емкость. Из-за использования алюминиевой фольги с многочисленными микротравлеными отверстиями обычно требуется жидкий электролит для более эффективного использования фактической площади электрода.

(5) Поскольку диэлектрическая оксидная пленка алюминиевого электролитического конденсатора получается путем анодирования, а ее толщина пропорциональна приложенному при анодировании напряжению, в принципе, толщина диэлектрического слоя алюминиевого электролитического конденсатора может быть искусственно и точно контролируется.

Рис.2. внутренняя структура алюминиевого электролитического конденсатора

Как показано на рисунке, положительный электрод и отрицательный электрод намотаны в соответствии с их центральными осями, образуя сердечник алюминиевого электролитического конденсатора. Сердечник помещен в алюминиевый корпус для упаковки алюминиевого электролитического конденсатора. Для предотвращения вытекания и высыхания раствора электролита горловина алюминиевого корпуса пакета электролитических конденсаторов уплотнена резиновой заглушкой.Чтобы получить большую емкость и малый объем, поверхность положительной алюминиевой фольги подвергают химическому травлению, чтобы сформировать неровную поверхность, что увеличивает площадь поверхности электрода, тем самым увеличивая емкость.

Причина, по которой алюминиевые электролитические конденсаторы имеют полярность , заключается в том, что пленка оксида алюминия на пластине положительного электрода имеет однонаправленную проводимость. Только когда положительный электрод конденсатора соединен с положительным электродом источника питания, а отрицательный электрод соединен с отрицательным электродом источника питания, пленка оксида алюминия может служить изолирующей средой.Если полярность алюминиевого электролитического конденсатора изменить на противоположную, пленка оксида алюминия становится проводником, и электролитический конденсатор не только не работает, но и вызывает протекание большого тока, что приводит к повреждению конденсатора. Для предотвращения случайного взрыва алюминиевых электролитических конденсаторов в процессе эксплуатации механические канавки канавочного типа, как правило, запрессовываются на торце пакета алюминиевых корпусов. Как только внутреннее давление электролитического конденсатора становится слишком высоким, канавки слабых звеньев трескаются и сбрасывают давление.Взрывобезопасный.

Хотя алюминиевые электролитические конденсаторы имеют полярность, при использовании нового метода в конструкции и технологии могут быть изготовлены и неполярные электролитические конденсаторы.

2. Преимущества алюминиевых электролитических конденсаторов

По сравнению с другими типами конденсаторов преимущества алюминиевых электролитических конденсаторов проявляются в следующих аспектах:

(1) Емкость на единицу объема особенно велика. Чем ниже рабочее напряжение, тем более заметна эта функция.Поэтому он особенно подходит для миниатюризации и большой емкости конденсаторов. Например, удельная емкость низковольтного алюминиевого электролитического конденсатора большой емкости CD26 составляет около 300 мкФ/см3, а удельная емкость других низковольтных чип-керамических конденсаторов, также отличающихся миниатюризацией, как правило, не более 2 мкФ/см3.

(2) Алюминиевые электролитические конденсаторы обладают свойствами «самовосстановления» в процессе работы. Так называемая характеристика «самовосстановления» означает, что дефекты или дефекты диэлектрической оксидной пленки могут быть устранены в любой момент в процессе работы конденсатора, восстанавливая изоляционную способность, которой он должен обладать, и избегая лавинного пробоя диэлектрика.

(3) Диэлектрическая оксидная пленка алюминиевых электролитических конденсаторов может выдерживать очень высокую напряженность электрического поля. При работе алюминиевых электролитических конденсаторов напряженность электрического поля диэлектрической оксидной пленки составляет около 600 кВ/мм, что более чем в 30 раз больше, чем у бумажных диэлектрических конденсаторов.

(4) Может быть получена высокая номинальная электростатическая емкость. Низковольтные алюминиевые электролитические конденсаторы легко могут получить электростатические емкости в тысячи и даже десятки тысяч микрофарад.Как правило, электролитические конденсаторы можно использовать только в качестве конденсаторов для фильтрации питания, обхода переменного тока и других целей.

3. Недостатки алюминиевых электролитических конденсаторов

(1) Плохая изоляция. Можно сказать, что алюминиевые электролитические конденсаторы имеют наихудшие характеристики изоляции среди всех типов конденсаторов. Для алюминиевых электролитических конденсаторов обычно используется ток утечки, чтобы охарактеризовать их характеристики изоляции. Ток утечки алюминиевых электролитических конденсаторов высокого напряжения и большой емкости может достигать менее 1 мА.

(2) Коэффициент потерь велик. DF низковольтного алюминиевого электролитического конденсатора обычно выше 10%.

(3) Температурные и частотные характеристики алюминиевых электролитических конденсаторов плохие.

(4) Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют полярность. При использовании в электронных схемах анод алюминиевого электролитического конденсатора должен быть подключен к точке с высоким потенциалом в цепи, а катод к точке с низким потенциалом для нормального выполнения своей электрической функции.При обратном подключении ток утечки конденсатора резко возрастет, а сердечник сильно нагреется, что приведет к выходу из строя конденсатора и может привести к взрыву и повреждению других компонентов на печатной плате.

(5) Существует определенный верхний предел рабочего напряжения. В соответствии со специальным методом производства диэлектрической оксидной пленки алюминиевого электролитического конденсатора ее максимальное рабочее напряжение обычно составляет 500 В, а потенциал ее развития очень ограничен.Для других нехимических конденсаторов, если толщина диэлектрика достаточно утолщена, теоретическое рабочее напряжение может достигать любого верхнего предела.

(6) Характеристики алюминиевых электролитических конденсаторов могут ухудшаться. При использовании алюминиевых электролитических конденсаторов, хранившихся в течение длительного времени, номинальное рабочее напряжение не следует прикладывать внезапно, а следует постепенно повышать до номинального напряжения.

(7) Поскольку в традиционном алюминиевом электролитическом конденсаторе электролитический раствор используется в качестве катода, образование стружки является большим препятствием.Его процесс формирования чипа отстает от керамических конденсаторов и металлизированных пленочных конденсаторов.

III Использование электролитических конденсаторов

1. Блокировка постоянного тока : Роль состоит в том, чтобы предотвратить прохождение постоянного тока и прохождение переменного тока.

2. Байпас (развязка) : Обеспечивает путь с низким импедансом для некоторых параллельно включенных компонентов в цепи переменного тока.

3. Муфта : В качестве соединения между двумя цепями, позволяющего пропускать сигналы переменного тока и передавать их на цепь следующего уровня

4. Фильтрация : Это очень важно для DIY. Эту функцию выполняют конденсаторы на видеокарте.

5. Температурная компенсация n: Чтобы компенсировать влияние недостаточной температурной адаптации других компонентов, выполняется компенсация для повышения стабильности схемы.

6. Синхронизация : Конденсатор и резистор используются вместе для определения постоянной времени цепи. Постоянная времени t = RC.

7. Настройка : Системная настройка частотных цепей, таких как мобильные телефоны, радиоприемники и телевизоры.

8. Исправление : Элемент переключения полузамкнутого проводника включается или выключается в заданное время.

9. Аккумулятор энергии : Хранит электроэнергию для высвобождения при необходимости, например, для вспышки камеры, нагревательного оборудования и т. д.

IV Типы электролитических конденсаторов

Согласно анализу и статистике, типы корпусов электролитических конденсаторов в основном делятся на следующие 10 категорий:

1. Разделяются на три категории в соответствии со структурой : постоянные конденсаторы, переменные конденсаторы и подстроечные конденсаторы.

2. Классифицируется по электролиту : конденсаторы с органическим диэлектриком, конденсаторы с неорганическим диэлектриком, электролитические конденсаторы, электрические нагревательные конденсаторы и воздушные диэлектрические конденсаторы.

3. Согласно назначением являются высокочастотный обход, низкочастотный обход, фильтрация, настройка, высокочастотная связь, низкочастотная связь, малогабаритные конденсаторы.

4. В соответствии с производственными материалами их можно разделить на керамические конденсаторы, полиэфирные конденсаторы, электролитические конденсаторы, танталовые конденсаторы и передовые полипропиленовые конденсаторы.

5. Высокочастотный байпас : керамические конденсаторы, конденсаторы из слюды, конденсаторы из стеклопленки, конденсаторы из полиэстера, конденсаторы из глазури из стекла.

6. Низкочастотный байпас : конденсаторы с бумажным диэлектриком, керамические конденсаторы, алюминиевые электролитические конденсаторы, полиэфирные конденсаторы.

7.  фильтрация : алюминиевые электролитические конденсаторы, бумажные конденсаторы, составные бумажные конденсаторы, жидкие танталовые конденсаторы.

8. Настройка : керамические конденсаторы, слюдяные конденсаторы, конденсаторы из стеклопленки, полистирольные конденсаторы.

9. Низкая связь : конденсаторы с бумажным диэлектриком, керамические конденсаторы, алюминиевые электролитические конденсаторы, полиэфирные конденсаторы, твердотельные танталовые конденсаторы.

10. Конденсаторы малые : конденсаторы из металлизированной бумаги, керамические конденсаторы, алюминиевые электролитические конденсаторы, полистирольные конденсаторы, твердые танталовые конденсаторы, конденсаторы из глазури из стекла, металлизированные полиэфирные конденсаторы, полипропиленовые конденсаторы, слюдяные конденсаторы.

В Развязка по полярности электролитических конденсаторов

Рис.3.мультиметр

Если вы не знаете полярность электролитических конденсаторов, для измерения полярности электролитических конденсаторов можно использовать электрический барьер мультиметра . Лучше всего при измерении использовать шестерню R*100 или R*1K.

Мы знаем, что только когда положительный конец электролитического конденсатора подключен к положительному источнику питания (черный измерительный провод при электрическом блокировании), а отрицательный конец подключен к отрицательному источнику питания (красный измерительный провод при электрическом блокировании), ток утечки электролитического конденсатора мал (большое сопротивление утечки).Наоборот, увеличивается ток утечки электролитического конденсатора (уменьшается сопротивление утечки).

При измерении сначала предположим, что определенный полюс «+» подключен к черному щупу мультиметра, а другой электрод подключен к красному щупу мультиметра. Обратите внимание на шкалу остановки нижней стрелки (значение левой стрелки большое), а затем Конденсатор был разряжен (оба двух вывода соприкоснулись), два щупа поменялись местами, и измерение было повторено.В двух измерениях, в последний раз, когда стрелка измерителя оставалась слева (большое значение сопротивления), черный щуп был подключен к положительному электроду электролитического конденсатора.

Рекомендуемая статья:

Обзор суперконденсаторов

Основное введение в типы конденсаторов

10900 Электролитические конденсаторы

Конденсатор
обзор

Электролитические конденсаторы в основном используются, когда
требуется хранение большого заряда в небольшом объеме.В
электролитические конденсаторы, жидкий электролит выступает в качестве одного из
электроды (в основном действуют как катод). Чтобы лучше понять
концепция электролитического конденсатора сначала нам нужно знать
работа обычного конденсатора.

Конденсатор представляет собой электронное устройство,
запасает электрический заряд. Он состоит из двух токопроводящих пластин.
разделены изоляционным материалом, называемым диэлектриком.Разные
виды теплоизоляционных материалов используются для строительства
диэлектрик в зависимости от использования.

Токопроводящие пластины конденсатора
хорошие проводники электричества. Поэтому они легко позволяют
электрический ток через них. С другой стороны, диэлектрик
среда или материал является плохим проводником электричества. Следовательно,
он не пропускает через себя электрический ток.

При подаче напряжения на конденсатор в
таким образом, чтобы отрицательная клемма аккумулятора была
подключен к правой боковой пластине и положительной клемме
батарея подключена к левой боковой пластине, конденсатор
начинает заряжаться.

Из-за этого напряжения питания
электроны начинают течь от отрицательного вывода
батареи и дотянитесь до правой боковой пластины.После достижения права
боковой пластины, электроны испытывают сильное сопротивление со стороны
диэлектрический материал, потому что диэлектрический материал плохой
проводник электричества.

В результате большое количество электронов
зажатый в правой боковой обкладке конденсатор. Однако эти крупные
количество электронов прикладывает силу или электрическое поле к
левая боковая пластина.Следовательно, электроны на левой боковой пластине
испытывают силу отталкивания от избыточных электронов с правой стороны
тарелка. В результате электроны удаляются от левой боковой пластины и
притягивается к положительному полюсу аккумулятора.

Таким образом, правая боковая пластина становится больше
отрицательно заряжен (отрицательный заряд строится) из-за
приобретение избыточных электронов. С другой стороны, левая сторона
пластина становится более положительно заряженной (положительный заряд накапливается)
из-за потери электронов.В результате напряжение равно
устанавливается между плитами. Вот как обычный конденсатор
работает.

Электролитический конденсатор также заряжается
в основном аналогичным образом. Однако материал, использованный в
конструкция электролитического конденсатора отличается.

Электролитический
определение конденсатора

Электролитический конденсатор представляет собой тип
конденсатор, в котором используется электролит (жидкость с ионной проводимостью) в качестве
одну из его проводящих пластин для достижения большей емкости или
хранение высокого заряда.

Что
электролит?

Электролит – это жидкий электрический проводник.
в котором электрический ток переносится движущимися ионами. За
Например, в нашей крови электролиты или минералы несут электрические
обвинение. Наиболее распространенными электролитами являются натрий, калий,
хлорид, кальций и фосфор.

В электролитах ионы бывают двух типов, а именно
анионы (-) и катионы (+).Анион – это ион с большим числом
электронов, чем протонов. Мы знаем, что электроны отрицательно
заряжены, а протоны заряжены положительно. Из-за
превышение количества электронов над протонами, общий заряд
атом или анион становится отрицательным. Поэтому анионы называют
отрицательно заряженные ионы. Эти отрицательно заряженные анионы переносят
отрицательный заряд.

С другой стороны, катион имеет меньший номер
электронов, чем протонов.Из-за меньшего количества
электроны, чем протоны, общий заряд атома или катиона
становится положительным. Поэтому катионы называют положительно
заряженные ионы. Эти положительно заряженные катионы несут положительные
обвинение.

Типы
электролитических конденсаторов

Электролитические конденсаторы классифицируются по
три типа в зависимости от материала, используемого для изготовления
диэлектрик:

• Алюминиевые электролитические конденсаторы
• Танталовые электролитические конденсаторы
• Конденсаторы электролитические ниобиевые

В этом руководстве алюминий электролитический
конденсатор объяснил.Алюминий, тантал и ниобий
электролитические конденсаторы работают аналогичным образом. Тем не менее
Материал, используемый для изготовления электродов, отличается.

Алюминий
электролитический конденсатор

Алюминиевый электролитический конденсатор изготовлен из
две алюминиевые фольги, слой оксида алюминия, электролитическая бумага
или бумажную прокладку, пропитанную электролитической жидкостью или растворами и
жидкий или твердый электролит. Электролитическая жидкость содержит атомы или молекулы
которые потеряли или приобрели электроны.

В алюминиевом электролитическом конденсаторе анод
(+) и катод (-) изготовлены из чистой алюминиевой фольги.
Алюминиевая фольга анода покрыта тонким слоем
изолирующий оксид алюминия (элемент алюминия с кислородом
элемент). Эта изолирующая алюминиевая фольга действует как диэлектрик
электролитический конденсатор, препятствующий прохождению электрического тока.Катод и анод с оксидным покрытием разделены
электролитическая бумага (которая пропитана электролитической жидкостью).

Катодная алюминиевая фольга также покрыта
очень тонкий изолирующий оксидный слой или диэлектрик естественного происхождения
самолетом. Однако этот оксидный слой очень тонкий по сравнению с
оксидный слой на аноде.

Поэтому конструкция из алюминия
электролитический конденсатор выглядит как два конденсатора, соединенных в
серия с анодной емкостью C _A и катодной
емкость С _К .

Суммарная емкость конденсатора
получается из формулы последовательного соединения двух
конденсаторы.

Где C _A = емкость анода

C _K = Емкость катода

C _ecap = Суммарная емкость электролитического конденсатора

Мы знаем, что емкость или заряд
емкость конденсатора прямо пропорциональна поверхности
площадь проводящих пластин или электродов и наоборот
пропорциональна толщине диэлектрика.Другими словами,
конденсаторы с большими электродами сохраняют большое количество заряда
тогда как конденсаторы с маленькими электродами хранят небольшое количество
заряда. Аналогичным образом, конденсаторы с очень толстыми
диэлектрик хранит небольшое количество заряда, тогда как конденсаторы
с очень тонким диэлектриком накапливает очень большое количество заряда.

В обычных конденсаторах диэлектрик очень
толстый, что приводит к низкой емкости на единицу объема.В
электролитические конденсаторы, электролит действует как реальный
катод, который имеет большую площадь поверхности и диэлектрик очень
тонкий. Поэтому из-за большой площади поверхности
электрод и тонкий диэлектрик, большой запас заряда
достигается в электролитических конденсаторах.

Электропроводность
электролитический конденсатор увеличивается с ростом температуры
и уменьшается с понижением температуры.В результате
емкость или накопление заряда алюминиевого электролитического
конденсатор также увеличивается с ростом температуры и
уменьшается по мере снижения температуры. Следовательно
емкость алюминиевого электролитического конденсатора в значительной степени
влияет изменение температуры.

Большинство электролитических конденсаторов
поляризованы, то есть напряжение, подаваемое на клеммы, должно быть
в правильной полярности (плюс подключен к плюсу и
минус подключен к минусовой клемме).Если он подключен в
обратное или неправильное направление, конденсатор может быть коротким
замыкание, то есть большой электрический ток течет через
конденсатор, и это может привести к необратимому повреждению конденсатора.

В поляризованных конденсаторах знак минус (-) или
знак плюс (+) четко обозначен на любом из двух отведений.
Эту полярность необходимо соблюдать.

Символ
электролитического конденсатора

Отображается символ электролитического конденсатора
на рисунке ниже. Электролитический конденсатор представлен
двумя параллельными прямыми или одной прямой и одной
изогнутая линия.

Рядом с любым написан знак плюс или минус
линий, чтобы представить, является ли он положительным или отрицательным
вывод (анод или катод). Напряжение должно быть подано на
правильный терминал. В противном случае конденсатор может быть поврежден.

Преимущества
электролитических конденсаторов

• Достигнут большой запас заряда
• Низкая стоимость

Недостатки
электролитических конденсаторов

• Большой ток утечки
• Короткий срок службы

Приложения
электролитических конденсаторов

Различные применения электролитических
конденсаторы включают:

• Фильтры
• Цепи постоянной времени

Электролитический конденсатор — обзор

Электролитические конденсаторы

Электролитический конденсатор — отдельная тема, и его следует рассматривать отдельно от всех остальных конденсаторов. Принцип заключается в том, что некоторые металлы, особенно алюминий и тантал, могут иметь очень тонкие пленки соответствующих оксидов, образующихся на поверхности, когда напряжение прикладывается с правильной полярностью (металл положительный) между металлом и слегка кислой жидкостью. Эти очень тонкие пленки затем изолируют металл от проводящей жидкости, электролита, образуя конденсатор; электролитический конденсатор. Название происходит от сходства с электролитической (металлической) ячейкой.

•

Этот же эффект вызывает проблему поляризации ячеек, см. главу 7.

В электролитическом конденсаторе наиболее распространенного типа используется алюминиевая фольга, которая может быть протравлена, иметь углубления или гофры для увеличения эффективной площади, заключенная в алюминиевую банку, заполненную слабокислым раствором пербората аммония в форме желе. . Конденсатор формируется путем подачи медленно растущего напряжения на конденсатор с положительной фольгой и отрицательным корпусом до тех пор, пока напряжение не достигнет номинального уровня, а постоянный ток не упадет до минимума, что указывает на то, что изоляция настолько хороша, насколько это возможно. быть.С этого момента, когда конденсатор используется, к нему должно подаваться постоянное (поляризующее) напряжение той же полярности, чтобы сохранить изолирующую пленку. Если конденсатор использовать с обратным напряжением, пленка растворится, удалив любую изоляцию и позволив большим токам проходить через жидкость, которая испарится, разрушив банку. Электролит обычно находится в форме желе, но разрушения, которые могут быть вызваны взрывом электролита (не говоря уже о шуме), гарантируют, что никто, кто добился этого, не захочет пытаться снова.

Использование тантала в качестве металла электролита позволяет создать совершенно другую форму конструкции, в которой оксидная пленка более стабильна и способна выдерживать изменение напряжения. Танталовые конденсаторы ( танталитики ) могут использоваться без постоянного поляризующего напряжения, могут работать с практически сухим электролитом и в целом имеют лучшие характеристики, чем традиционные алюминиевые электролитические. Опыт использования тантала привел к разработке «сухих» электролитов и для электролитов алюминиевого типа.

•

Танталитические конденсаторы не следует использовать в приложениях аудиосвязи, в которых напряжение смещения незначительно или отсутствует.

Из-за очень хрупкой природы изолирующей пленки, толщина которой может составлять всего несколько атомов, электролитические конденсаторы всегда подвержены значительной утечке, поэтому ток утечки при номинальном напряжении указывается, а не коэффициент мощности или коэффициенты рассеяния. Утечка часто связана со значением емкости и рабочим напряжением, и формула:

I _утечка = 4 + (0.006 × C × V )

часто используется, с I в мкα, C в F и V в вольтах. Например, использование этой формулы для конденсатора 200 мкФ при 12 В дает ток утечки 4 + (0,006 × 200 × 12) = 18,4 мкα. Некоторые производители используют эту формулу для расчета значений утечки. Ни один производитель не гарантирует электролита , что он имеет низкое значение утечки, но измеренные значения часто оказываются удивительно хорошими, если электролит работает в приемлемых условиях.Боб Пиз приводит примеры электролитов емкостью 500 мкФ с утечкой 2 нА при рабочем напряжении 10 В.

Рисунок 4.6. Типичные размеры алюминиевых электролитов (Фото: Nichicon Corp.).

Многие производители также указывают срок службы электролитов, превышающий 100 000 часов, при температуре 40°C и номинальном напряжении, поскольку до сих пор существует некоторое предубеждение против их использования для чего-либо, кроме бытовой электроники. Военные приложения обычно запрещают использование электролитов, но в настоящее время они широко используются в промышленном оборудовании.Часто указывается температурный диапазон от –40°C до +85°C, но при более высоких температурах необходимо значительное снижение номинальных характеристик, а при более низких температурах существует риск замерзания гелеобразного электролита. Это в некоторой степени уравновешивается увеличением потерь при замерзании электролита, что приводит к более высокой диссипации и последующему оттаиванию. Однако это не тот эффект, на который следует полагаться. Некоторые типы могут иметь вентиляционные отверстия для сброса давления газа внутри электролита.

Электролитические конденсаторы используются преимущественно в качестве накопительных и сглаживающих конденсаторов для источников питания сетевой частоты, поэтому их наиболее важные параметры, кроме емкости и номинального напряжения, относятся к величине пульсирующего тока, который они могут пропускать. Для каждого конденсатора производитель указывает максимальный ток пульсаций (обычно при 100 или 120 Гц), а также два параметра, которые касаются способности конденсатора пропускать ток, ESR и импеданс. ESR представляет собой эффективное последовательное сопротивление в миллиомах, обычно 50 мОм, для низкочастотных токов, и это значение может устанавливать предел для пульсирующего тока, который может проходить; также к эффективности конденсатора для сглаживания. Другим параметром является эффективный импеданс в мОм, измеренный при 10 кГц и 20°C, который используется для измерения того, насколько эффективно конденсатор будет шунтировать токи на более высоких частотах. Если электролитический конденсатор используется в цепи развязки, которая может работать в большом диапазоне частот, следует использовать другие типы конденсаторов для работы с частотами выше 10 кГц, например полиэфирный тип для диапазона до 10 МГц и слюдяной или керамика для более высоких частот. Полезное эмпирическое правило — иметь один электролит для пяти керамики или дисков.

В электролитах общего назначения используется алюминий, часто с отдельным алюминиевым корпусом, рассчитанным на значение изоляции 1000 В. Физическая форма представляет собой цилиндр с биркой, стержнем или винтовыми соединителями на одном конце. Диапазон емкости, как правило, очень велик для устройств с более низким напряжением, до 15 000 мкФ при рабочем напряжении 16 В, но при более высоком напряжении 400 В более обычными являются значения от 1 мкФ до 220 мкФ. Многие конструкторы избегают использования электролита при рабочем напряжении более 350 В. Допуск значения велик (от -10% до +50%), а допустимый пульсирующий ток находится в диапазоне от 1 А до 7 А в зависимости от размера конденсатора.

•

Полный набор рекомендаций по применению алюминиевых электролитов см. на веб-сайте:

http://www.nichicon-us.com/tech-info.html

Еще одно полезное правило Опыт показывает, что вам нужно 1000 мкФ сглаживания на ампер выходного постоянного тока, но это не обязательно удовлетворительно. Предположим, например, что конденсатор емкостью 5000 мкФ используется при напряжении питания 6 В при полном номинальном токе пульсаций 5 А и имеет ESR 50 мОм.Пульсации пилообразной формы составят 6 В от пика к пику, а дополнительные 5 × 0,05 В = 0,25 В из-за ESR практически незначительны. Рассеивание в конденсаторе также будет слишком велико, и в схеме такого типа лучше использовать несколько конденсаторов параллельно.

Электролиты меньшего размера изготавливаются для непосредственного монтажа на печатных платах для развязки или дополнительного сглаживания, они имеют цилиндрическую форму и заканчиваются проводами, осевыми (по одному проводу на каждом конце) или радиальными (оба провода на одном конце).Диапазон напряжения может быть от 10 В до 450 В, с диапазоном рабочих температур от –40°C до +85°C (рекомендуется снижение номинальных характеристик при более высоких температурах) и с коэффициентом мощности, который может быть от 0,08 до 0,08. как 0,2. Самый большой диапазон значений, обычно от 0,1 мкФ до 4700 мкФ, доступен для меньших рабочих напряжений. Субминиатюрные версии имеют рабочие напряжения в диапазоне от 6,3 В до 63 В и ток утечки, который составляет минимум 3 мкА, при этом емкостные единицы с большей емкостью имеют утечку, определяемую формулой: 0.01 С × В . Например, конденсатор 47 мкФ 40 В может иметь утечку: 0,01 × 47 × 40 = 18,8 мкα, но измеренные значения обычно намного меньше, всего 10 нА или даже меньше для современных конденсаторов.

Специализированный тип с влажным электролитом предназначен для резервирования памяти в цифровых схемах. Микросхемы памяти CMOS могут сохранять данные, если на одном выводе микросхемы поддерживается напряжение ниже нормального напряжения питания. Потребляемый ток на этом выводе очень низок, и поэтому может обеспечиваться конденсатором в течение значительных периодов времени.Это не тот метод, который используется для калькуляторов, использующих батарею, а для таких устройств, как контроллеры центрального отопления, которые должны сохранять свои настройки, если сетевое питание отключается на сравнительно короткий период. Типичными значениями для этих электролитов являются 1F0 и 3F3. Время разряда составляет от 1 до 5 часов при токе 1 мА и от 300 до 500 часов при более типичном токе 5 мкА, но необходимо учитывать высокий ток утечки.

Твердоэлектролитные типы теперь доступны в ассортименте алюминиевых электролитов.В отличие от традиционных алюминиевых электролитов, они не требуют вентиляции и не подвержены испарению электролита. Кроме того, в отличие от традиционных электролитических, они могут работать в течение периодов времени без поляризующего напряжения и могут принимать обратное напряжение, хотя только около 30% от номинального прямого напряжения при 85 ° C, что значительно меньше при более высоких температурах. Типичные размеры составляют от 2,2 мкФ до 100 мкФ, с номинальным напряжением от 10 В до 35 В при 85°C. Температурный диапазон от –55°C до +125°C, и даже при максимальной рабочей температуре 125°C ожидаемый срок службы превышает 20 000 часов.Токи утечки довольно высоки, в диапазоне от 9 мкА до 250 мкА, а номинальный пульсирующий ток находится в диапазоне от 20 мА до 300 мА. Важной особенностью является то, что технические характеристики не накладывают ограничений на величину тока заряда или разряда, протекающего в цепи постоянного тока, при условии, что рабочее напряжение не превышено.

ТАНТАЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТИКИ

В танталовых электролитах неизменно используются твердые электролиты наряду с металлическим танталом, и они имеют намного меньшую утечку, чем алюминиевые типы. Это делает их особенно подходящими для таких целей, как соединение сигналов, фильтры, схемы синхронизации и развязка. Обычные формы этих электролитов представляют собой миниатюрные шарики с эпоксидным покрытием или трубчатые осевые типы. Диапазон напряжения составляет от 6,3 В до 35 В со значениями от 0,1 мкФ до 100 мкФ. Диапазон температур от –55°C до +85°C. Танталовые электролиты могут использоваться без какого-либо смещения постоянного тока, а также могут принимать небольшое обратное напряжение, обычно менее 1,0 В. Следует ожидать минимальный ток утечки 1 мкα, а для более высоких значений емкости и рабочего напряжения ток утечки определяется из отношения емкости × коэффициента напряжения при минимальном гарантированном значении 1 пА.Можно ожидать коэффициент мощности в диапазоне от 0,02 до 0,2. Следует соблюдать осторожность, чтобы не превысить номинальное импульсное напряжение, обычно 1,3 × номинальное номинальное напряжение постоянного тока.

Алюминиевый электролитический конденсатор – обзор

4.

2.3 Конденсаторы

Очень распространенным и важным компонентом электрических приводов является конденсатор звена постоянного тока, используемый для фильтрации пульсаций напряжения, подаваемого на инвертор. Инвертор подает переменный ток на нагрузку с частотами, которые зависят от частоты коммутации, и, следовательно, ток, который он потребляет от источника, не является чистым постоянным током.Это вызывает изменение напряжения в звене постоянного тока, и конденсатор используется для его сглаживания. Для приложений в звене постоянного тока обычно доступны три типа конденсаторов: алюминиевые электролитические конденсаторы (Al-Caps), металлизированные полипропиленовые пленочные конденсаторы (MPPF-Caps) и многослойные керамические конденсаторы большой емкости (MLC-Caps).

Al-Caps могут обеспечить самую высокую плотность энергии и самую низкую стоимость в пересчете на джоуль, но имеют недостатки, связанные с относительно высоким эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR), низким номинальным пульсирующим током и проблемой износа из-за испарения электролита. MLC-Caps имеют меньший размер, более широкий диапазон частот и более высокие рабочие температуры до 200°C. Однако они страдают от более высокой стоимости и механической чувствительности. MPPF-Caps обеспечивают сбалансированную производительность для высоковольтных приложений (например, выше 500 В) с точки зрения стоимости и ESR, емкости, пульсирующего тока и надежности. Тем не менее, они имеют большой объем и умеренную верхнюю рабочую температуру.

Применения с промежуточным звеном постоянного тока могут иметь высокие или низкие пульсации тока. Допустимая пульсация тока трех типов конденсаторов приблизительно пропорциональна значениям их емкости.C1 определяется как минимальное значение емкости, необходимое для выполнения требований к пульсациям напряжения. Для приложений с малым током пульсаций конденсаторы с общей емкостью не менее C1 должны выбираться как по решению Al-Caps, так и по решению MPPF-Caps. Для применений с высокими пульсациями тока алюминиевые конденсаторы с емкостью C1 не могут выдержать высокое напряжение пульсаций тока из-за низкого значения емкости (А/мкФ). один из решений MPPF-Caps — C1.Что касается тока пульсации (т. е. $/A), стоимость MPPF-Caps составляет примерно одну треть от стоимости Al-Caps. Это подразумевает возможность достижения более низкой стоимости и более высокой удельной мощности конструкции звена постоянного тока с MPPF-Caps в приложениях с высокими пульсациями тока, например, в случае электромобилей.

Испарение электролита является основным механизмом износа алюминиевых крышек малого размера из-за их относительно высокого ESR и ограниченной поверхности рассеивания тепла. Для крупногабаритных алюминиевых колпачков срок службы до полного износа в первую очередь определяется увеличением тока утечки.Важной характеристикой надежности MPPF-Caps является их способность к самовосстановлению. Первоначальные пробои диэлектрика (например, из-за перенапряжения) в локальных слабых точках MPPF-Cap будут устранены, и конденсатор полностью восстановит свою работоспособность, за исключением незначительного уменьшения емкости. С увеличением количества этих изолированных слабых мест емкость конденсатора постепенно уменьшается до конца срока службы.

Металлизированные слои MPPF-Caps имеют толщину менее 100 нм и подвержены коррозии из-за поглощения влаги.На внешних слоях происходит сильная коррозия, что приводит к отделению металлической пленки и снижению емкости. Ожидается, что в отличие от диэлектрических материалов Al-Caps и MPPF-Caps диэлектрические материалы MLC-Caps прослужат тысячи лет в условиях уровня использования без существенной деградации. MLC-Cap может изнашиваться намного быстрее из-за «усиливающего» эффекта большого количества диэлектрических слоев. Современная крышка MLC может изнашиваться быстрее из-за увеличения количества слоев.Отказ MLC-Caps может привести к серьезным последствиям для силовых преобразователей из-за короткого замыкания.

Основными причинами отказа MLC-Caps являются разрушение изоляции и растрескивание при изгибе. Деградация изоляции приводит к увеличению токов утечки. В условиях высокого напряжения и высокой температуры. либо с резким всплеском тока, приводящим к немедленному пробою, либо с более постепенным увеличением тока утечки [12].

Виды отказов, механизмы отказа и критические факторы стресса.

Конденсаторы звена постоянного тока могут выйти из строя из-за внутренних и внешних факторов, таких как дефект конструкции, износ материала, рабочая температура, напряжение, сила тока, влажность, механическое воздействие и т. д. Как правило, отказ можно разделить на катастрофический отказ из-за единичного перенапряжения и отказ из-за износа из-за длительного износа конденсаторов. На основе этих результатов исследований предшествующего уровня техники в Таблице 4.1 дается систематическая сводка видов отказов, механизмов отказа и соответствующих критических факторов стресса для трех типов конденсаторов.

ТАБЛИЦА 4.1. Обзор режимов отказа, механизмов критического отказа и механизмов критического отказа конденсаторов (Wang and Blaabjerg [12]).

9002

9001

9002

9002

9002 9002

9001

9002 4

Крышка. Тип	Отказ мод	Критические механизмы отказа отказа
AL-CAP
Открыть диэлектрический пробой	VC, TA, IC
	2	2	Отключение Терминалов	Vibration
	диэлектрический пробою оксида	VC, TA, IC
	Износ: электрический параметр Drift (C, ESR, TANΔ, ILC, RP)	Испарение электролита	Ta, iC
		Электрохимическая реакция (например,г. Ухудшение оксида слой, анодная фольга.	Нестабильность соединения из-за теплового сжатия диэлектрической пленки	Ta, iC
		Уменьшение площади электрода, вызванное окислением испаряемого металла из-за поглощения влаги	Влажность
		Диэлектрическая пленка поломки	VC, DVC / DT
TA, IC
Влагопоглощение влаги на фильме	Влажность
2	Износ: электрический дрейф параметра (C, ESR, tanδ, ILC, Rp)	Диэлектрические потери	VC, Ta, iC, влажность
MLC-Caps	Короткое замыкание (типовое)	Пробой диэлектрика	VC, Ta, iC
		Трещины; повреждение корпуса конденсатора	Вибрация
	Износ: дрейф электрических параметров (C, ESR, tanδ, ILC, Rp)	Миграция оксидных вакансий; диэлектрический прокол; ухудшение изоляции; микротрещины в керамике	VC, Ta, iC, вибрация

VC-напряжение конденсатора, напряжение пульсаций тока iC-конденсатора, iLC-ток утечки, Ta-температура окружающей среды.

Что такое электролитический конденсатор? Функция и использование

Чтобы дать краткий ответ на вопрос «Что такое электролитический конденсатор?» можно сказать, что это относится к поляризованному конденсатору, который состоит из анода или положительной пластины из металла, образующего изолирующий оксидный слой путем анодирования. Оксидный слой служит диэлектриком конденсатора. Жидкий, твердый или гелеобразный электролит покрывает поверхность оксидного слоя в качестве катода или отрицательной пластины конденсатора. Электролитические конденсаторы имеют гораздо большее произведение емкости на напряжение (CV) на объем, чем керамические или пленочные конденсаторы, из-за их очень тонкого диэлектрического оксидного слоя и увеличенной поверхности анода.Эти конденсаторы можно разделить на три основные группы:

• алюминиевые электролитические конденсаторы.

Танталовые электролитические конденсаторы

• .

Конденсаторы электролитические ниобиевые

• .

В этих трех семействах конденсаторов используются как нетвердые, так и твердые электролиты на основе диоксида марганца или твердые полимеры, что означает, что существует широкий спектр анодных материалов и нетвердых или твердых электролитов, которые можно использовать.

Электролитические конденсаторы имеют большую емкость, что делает их идеальными для прохождения или обхода низкочастотных сигналов, а также для накопления большого количества энергии.Например, их можно использовать для развязки или фильтрации шума в источниках питания и цепях промежуточного контура для частотно-регулируемых приводов, связывания сигналов между каскадами усилителя или накопления энергии, как в лампах-вспышках.

Электролитические конденсаторы имеют поляризованную конструкцию из-за их асимметричной конструкции и всегда должны использоваться с более высоким напряжением (положительным) на аноде, чем на катоде. Чтобы различать эти два вывода, анодный вывод помечен знаком плюс, а катод отмечен знаком минус.

Изменение полярности конденсатора или подача напряжения, превышающего максимальное номинальное рабочее напряжение от 1 до 1,5 В, может привести к разрушению диэлектрика и повреждению конденсатора. Электролитические конденсаторы могут быть опасны, если они выходят из строя, что приводит к пожару или взрыву.

Также доступны биполярные электролитические конденсаторы, которые могут работать с любой полярностью и имеют два анода, соединенных последовательно. Формирование биполярного электролитического конденсатора возможно путем соединения двух стандартных электролитических конденсаторов, анод-анод или катод-катод.

Структура электролитического конденсатора (Ссылка: electronics-notes.com )

Электролит

Электролиты представляют собой жидкие электрические проводники, в которых движущиеся ионы переносят ток. Например, электролиты или минералы в нашей крови несут электрический заряд. Натрий, калий, хлорид, кальций и фосфор являются одними из наиболее распространенных электролитов.

В электролитах ионами являются либо анионы (-), либо катионы (+). Анион относится к иону, который содержит больше электронов, чем протонов.Электрон заряжен отрицательно, тогда как протон заряжен положительно. В результате того, что электронов больше, чем протонов, общий заряд аниона становится отрицательным. Таким образом, анионы представляют собой отрицательно заряженные ионы, которые перемещают отрицательный заряд.

Катионы, с другой стороны, имеют меньше электронов, чем протонов. Поскольку у катиона меньше электронов, чем протонов, его заряд положительный. Таким образом, катионы представляют собой положительно заряженные ионы. Эти катионы несут положительный заряд.

Применение электролитических конденсаторов

Когда требуются большие значения емкости, обычно используются электролитические конденсаторы.Вместо очень тонкой металлической пленки для одного из электродов (обычно катода) используется раствор электролита в виде желе или пасты.

Диэлектрики состоят из тонкого оксидного слоя, который нарастает электрохимически, достигая толщины менее десяти микрон. Изолирующий слой настолько тонкий, что можно изготавливать небольшие конденсаторы с очень большой емкостью, но с очень маленькими физическими размерами из-за небольшого расстояния между пластинами.

Конденсаторы с большой емкостью и малыми размерами используются для уменьшения пульсаций напряжения или для соединения и развязки в источниках питания постоянного тока.Поскольку электролитические конденсаторы имеют относительно низкое номинальное напряжение и тот факт, что они поляризованы, их нельзя использовать с источниками переменного тока.

Например, электролитические конденсаторы обычно используются в качестве фильтров в аудиоусилителях с целью уменьшения сетевого шума. Типичный сетевой шум состоит из 50 Гц или 60 Гц от сетевого электрического шума, который был бы слышен при усилении.

Типы электролитических конденсаторов

В зависимости от материала, из которого изготовлен диэлектрик, электролитические конденсаторы можно разделить на три типа:

• Алюминиевые электролитические конденсаторы
• Танталовые электролитические конденсаторы
• Конденсаторы электролитические ниобиевые

Электролитические конденсаторы всех типов работают одинаково. Электроды, однако, сделаны из другого типа материала.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

Алюминиевый конденсатор представляет собой электролитический конденсатор, имеющий анодный электрод (+) из чистой алюминиевой фольги с травленой поверхностью. Алюминий образует чрезвычайно тонкий изолирующий слой оксида алюминия путем анодирования, который действует как диэлектрик конденсатора. В принципе оксидный слой представляет собой второй электрод (катион) (-) конденсатора, который покрыт нетвердым электролитом.Отрицательная клемма конденсатора соединена с электролитом через вторую алюминиевую фольгу, называемую «катодной фольгой».

Внутренняя структура алюминиевого электролитического конденсатора (Ссылка: rubycon.co.jp )

Принцип анодирования алюминиевых электролитических конденсаторов делает их поляризованными конденсаторами. Для работы этих устройств требуется правильная полярность постоянного напряжения. Короткое замыкание может произойти, когда конденсатор работает от переменного напряжения или неправильной полярности. Единственным исключением является биполярный алюминиевый электролитический конденсатор со встречным расположением двух анодов в одном корпусе, который может применяться для целей переменного тока.

Поскольку алюминиевые электролитические конденсаторы имеют относительно высокие значения емкости, их значения импеданса низкие даже на более низких частотах, таких как частота сети. Применение алюминиевых электролитических конденсаторов включает:

• блоки питания
• импульсные источники питания
• Преобразователи постоянного тока для сглаживания и буферизации выпрямленного постоянного напряжения во многих электронных устройствах
• промышленные блоки питания
• используется в качестве конденсаторов звена постоянного тока для приводов, фотоэлектрических инверторов и преобразователей на ветряных электростанциях.
• Отдельные типы также используются в стробоскопах и фотовспышках или для передачи сигналов в аудиосигналах.

При повышении температуры проводимость электролитического конденсатора увеличивается, а его проводимость уменьшается при понижении температуры. Следовательно, емкость алюминиевого электролитического конденсатора резко меняется с температурой.

Танталовые электролитические конденсаторы

Танталовые электролитические конденсаторы являются пассивными компонентами электронных схем.Этот тип электролитического конденсатора имеет анод, состоящий из гранул пористого металлического тантала, который покрыт изолирующим оксидным слоем и окружен жидким или твердым электролитом в качестве катода. В отличие от обычных и электролитических конденсаторов, танталовый конденсатор имеет относительно тонкий диэлектрический слой с высокой диэлектрической проницаемостью, что позволяет ему иметь очень высокую объемную емкость (высокий объемный КПД) и быть относительно легким.

По сравнению с алюминиевыми электролитическими конденсаторами танталовые электролитические конденсаторы намного дороже.

Танталовые конденсаторы

по своей природе являются поляризованными компонентами. Конденсатор может быть разрушен обратным напряжением. Путем эффективного последовательного соединения двух поляризованных конденсаторов с анодами, обращенными в противоположные стороны, получаются неполярные танталовые конденсаторы.

Танталовый электролитический конденсатор (Артикул: sciencedirect.com )

Ниобиевые электролитические конденсаторы

В ниобиевом электролитическом конденсаторе, поляризованном конденсаторе, анодный электрод состоит из пассивированного металлического ниобия или монооксида ниобия, на котором изолирующий слой пятиокиси ниобия служит диэлектриком ниобиевого конденсатора.В качестве второго электрода (катода) на поверхности оксидного слоя находится твердый электролит.

Конденсаторы из ниобия по своей конструкции являются поляризованными компонентами, поэтому они могут получать постоянное напряжение только в правильном направлении. Как и у двух других типов электролитических конденсаторов, обратное напряжение или пульсации тока выше определенного значения могут повредить диэлектрик и, следовательно, конденсатор. Чтобы обеспечить безопасную работу ниобиевых конденсаторов, производители устанавливают определенные правила проектирования цепей.

Ниобиевый электролитический конденсатор (ссылка: apogeeweb.net )

Сравнение различных типов электролитических конденсаторов

Алюминиевые электролитические конденсаторы

, также называемые «мокрыми» конденсаторами, являются самыми дешевыми из всех обычных конденсаторов. Помимо обеспечения наиболее экономичных решений для приложений с высокой емкостью и напряжением для развязки и буферизации, они нечувствительны к низкоомному заряду и разряду, а также к переходным процессам с низким энергопотреблением.Почти во всех электронных устройствах используются нетвердые электролитические конденсаторы, за исключением военного применения.

Конденсаторы поверхностного монтажа из танталового электролита с твердым электролитом обычно используются в электронных устройствах с небольшим пространством или низким профилем. Приборы надежно работают в широком диапазоне температур без больших отклонений параметров. Танталовые электролитические конденсаторы — единственные, отвечающие военным и космическим требованиям.

Доступность ниобия делает эти конденсаторы прямым конкурентом танталовых электролитических конденсаторов.Они сопоставимы по своим характеристикам.

Благодаря использованию полимерных электролитов алюминиевые, танталовые и ниобиевые электролитические конденсаторы значительно улучшили электрические свойства.

Емкость электролитического конденсатора

Электролитический конденсатор работает по принципу «пластинчатого конденсатора», емкость которого увеличивается с увеличением площади электрода A, диэлектрической проницаемости ε и толщины диэлектрика (d).

C=\varepsilon \frac{A}{d}

В электролитических конденсаторах толщина диэлектрика очень мала, обычно в диапазоне нанометров.Между тем, этот оксидный слой обладает высокой прочностью при напряжении. В сочетании с достаточно высокой диэлектрической прочностью этот тонкий диэлектрический оксидный слой позволяет электролитическим конденсаторам достигать высокой объемной емкости. Вот почему электролитические конденсаторы имеют более высокое значение емкости, чем обычные конденсаторы.

По сравнению с гладкой поверхностью того же объема или площади протравленные или спеченные аноды имеют гораздо большую площадь поверхности. С нетвердыми алюминиевыми электролитическими конденсаторами, а также с твердыми танталовыми электролитическими конденсаторами это может увеличить емкость до 200 раз.Во-вторых, большая площадь поверхности по сравнению с гладкой является фактором высоких значений емкости электролитических конденсаторов.

Используя формулу последовательного соединения двух конденсаторов, найдем общую емкость конденсатора:

C_{tot}=\frac{C_aC_c}{C_a+C_c}

В приведенном выше уравнении C _a и C _c являются емкостями анода и катода соответственно.

Пульсирующий ток

При непрерывной работе в заданном диапазоне температур пульсирующий ток определяется как среднеквадратичное значение наложенного переменного тока любой частоты с любой формой сигнала. 2_н}

Пульсирующие токи выделяют тепло внутри корпуса конденсатора. Помимо температуры окружающей среды и других возможных внешних источников тепла, это внутреннее тепло повышает температуру корпуса конденсатора по сравнению с температурой окружающей среды. Это тепло распределяется в виде тепловых потерь P _th по поверхности конденсатора A и теплового сопротивления β окружающей среде.

P_ {th} = \ mathit {\ Delta} TA \ beta

Внутреннее тепло должно распространяться в окружающую среду посредством теплового излучения, конвекции и проводимости.Температура конденсатора, представляющая собой баланс между выделяемым и распределяемым теплом, не должна превышать его максимальную указанную температуру.

Символ электролитического конденсатора

Либо две параллельные прямые линии обозначают электролитический конденсатор, либо одна прямая линия сопровождается изогнутой линией. На рисунке ниже вы можете увидеть символ электролитического конденсатора.

Обозначения электролитического конденсатора (Ссылка: Физико-радиоэлектроника.com )

Рядом с любой из линий стоит знак плюс или минус, указывающий, является ли вывод положительным или отрицательным (анод или катод). Очень важно подавать напряжение на правильную клемму. В противном случае конденсатор может быть разрушен.

Преимущества и недостатки электролитических конденсаторов

С электролитическими конденсаторами достигается большой запас заряда. Еще одним преимуществом этих устройств является их низкая стоимость.

Однако к их недостаткам относятся большой ток утечки и короткий срок службы.

Условия, которые повреждают электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы могут работать неправильно при определенных условиях. Ниже приведены некоторые из наиболее важных из них.

Перенапряжение

Чрезмерное напряжение приведет к утечке тока через диэлектрик, что приведет к короткому замыканию.

Обратная полярность

Обратное напряжение повреждает и разрушает оксидный слой.

Перегрев

Чрезмерное тепло может высушить электролит и сократить срок его службы.

Конденсаторы, Часть 7 «Электролитические конденсаторы [2]»｜Азбука электроники｜Журнал TDK Techno

Характеристики алюминиевых электролитических конденсаторов

Широко используются алюминиевые электролитические конденсаторы мокрого типа

, поскольку они обладают высокой емкостью и недороги. Однако по сравнению с другими типами конденсаторов они обладают следующими характеристиками, которые необходимо тщательно учитывать при разработке приложений.

●Ограниченный срок службы

Высыхание (испарение) электролита вызывает падение емкости, также известное как потеря емкости. Срок службы обычно считается около 10 лет. Утечки электролита также могут вызвать падение изоляции цепи и другие проблемы.

Закон Аррениуса (удвоение на каждые 10ºC)

Степень потери электролита связана с температурой примерно в соответствии с так называемым законом Аррениуса или уравнением зависимости скорости химических реакций от температуры.Это гласит, что при каждом повышении температуры использования на 10 градусов по Цельсию срок службы сокращается вдвое, и, наоборот, удваивается на каждые 10 градусов.

● Электролитические конденсаторы имеют полярность

При подаче напряжения с противоположной полярностью внутренняя температура повысится и будет выделяться газ, который повысит внутреннее давление и может привести к разрушению конденсатора.

● Пульсации тока вызывают внутреннее повышение температуры

Алюминиевые электролитические конденсаторы

имеют большое ESR (эквивалентное последовательное сопротивление), что приводит к высоким тепловым потерям при воздействии пульсирующего тока. В результате повышение собственной температуры может сократить срок службы конденсатора.

● Функция самовосстановления оксидного слоя

Анод из оксидной пленки, используемый в качестве диэлектрика в алюминиевом электролитическом конденсаторе, может быть поврежден при приложении напряжения противоположной полярности или при напряжении, превышающем номинальное значение.Электролит имеет как кислотные, так и основные компоненты. Окислительный эффект кислотного компонента вызывает заживление оксидного слоя, явление, называемое самовосстановлением.

● Емкость и ESR сильно зависят от температуры

Как видно из приведенных ниже графиков, изменение емкости больше при низких температурах, и значение ESR также велико.

.