AT praktinė veikla kiekvienas elektrikas susiduria su adapterių, maitinimo šaltinių, įtampos keitiklių darbu. Visuose šiuose įrenginiuose plačiai naudojami elektriniai kondensatoriai, slenge dažnai vadinami „elektrolitais“.
Pagrindinis jų privalumas yra santykinai didelė talpa su santykinai mažais matmenimis. Be to, jų gamyba jau seniai nusistovėjusi, o kaina yra palyginti maža.
Prietaiso principai
Bet kuris kondensatorius susideda iš dviejų plokščių, tarp kurių esantis tarpas užpildytas dielektriku.
Paveikslėlyje parodyta formulė primena, kad talpa C priklauso nuo kiekvienos plokštės S ploto, atstumo tarp plokščių d ir jose esančios terpės skvarbumo ε. ε0 reikšmė yra elektrinė konstanta, kuri lemia intensyvumą elektrinis laukas vakuumo viduje.
Elektrolitinis kondensatorius nuo visų kitų skiriasi tuo, kad jame naudojamas elektrolito sluoksnis, kuris užpildo erdvę tarp dviejų plokščių, dažniausiai pagamintų iš folijos plokščių. Be to, vienas iš jų yra padengtas nedideliu dielektriniu oksido plėvelės sluoksniu.
Folijos juostelės sulankstytos kartu, atskirtos labai plonu popieriniu padu, impregnuotu elektrolitu. Jo vertė apie 1 μm gali žymiai padidinti kondensatoriaus talpą. Aukščiau pateiktoje C nustatymo formulėje dielektriko sluoksnio storis d yra vardiklyje.
Viršutinis folijos sluoksnis padengiamas atpalaiduojančiu popieriumi, o visa konstrukcija susukama į cilindrinį korpusą.
Folijos galuose šalto suvirinimo būdu suvirinamos metalinės plokštės, suteikiančios kontaktus prijungimui prie elektros schema kaip katodas ir anodas. Be to, ant plokštės su oksido sluoksniu suformuojamas teigiamas gnybtas.
Katodo vaidmenį atlieka elektrolitas, kuris liečiasi su visu antrosios plokštės paviršiumi.
Kadangi kondensatoriaus talpa priklauso nuo plokščių ploto, vienas iš būdų ją padidinti yra įtrauktas į gamybos technologiją - tai paviršiaus gofravimas elektrolito pusėje cheminio ėsdinimo metodais. Tai gali būti atliekama dėl cheminės erozijos arba elektrocheminės korozijos.
Skysti elektrolitai gali patikimai tekėti į sukurtas mikroskopines anodo įdubas.
Oksido sluoksnis ant folijos susidaro vykstant elektrinei oksidacijai. Šis procesas vyksta, kai srovė praeina per elektrolitą. Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta srovės įtampos charakteristika, rodanti srovių pokyčius įrenginio viduje didėjant įtampai.
Kondensatorius normaliai veikia esant vardinei įtampai ir temperatūrai. Jei atsiranda viršįtampis, vėl pradeda formuotis oksido sluoksnis ir pradeda išsiskirti didelis šilumos kiekis, dėl kurio susidaro dujos ir padidėja slėgis sandariame korpuse.
Todėl elektrolitiniai kondensatoriai gali sprogti, o tai dažnai nutikdavo su senais SSRS laikų dizainais, kurie buvo pagaminti vienu korpusu nesukuriant apsaugos nuo sprogimo. Dėl šios savybės dažnai buvo pažeisti kiti, gretimi techninės įrangos elementai.
Šiuolaikiniuose modeliuose sukuriama apsauginė membrana, kuri dujų susidarymo pradžioje sunaikinama ir taip apsaugoma nuo sprogimo. Jis pagamintas iš raidžių „T“, „Y“ arba „+“ ženklo įpjovų.
Elektrolitinių kondensatorių tipai
Pagal konstrukciją „elektrolitai“ reiškia polinius įtaisus, tai yra, jie turi veikti srovei tekant tik viena kryptimi. Todėl jie naudojami pastovios arba pulsuojančios įtampos grandinėse, atsižvelgiant į elektros krūvių judėjimo kryptį.
Norint dirbti sinusinės srovės grandinėse, buvo sukurti „nepoliniai elektrolitai“. Dėl papildomų dizaino elementų jie, esant vienodai talpai, padidino matmenis ir atitinkamai kainuoja.
Elektrolitui tarp plokštelių gali būti naudojami koncentruoti įvairių šarmų ar rūgščių tirpalai. Pagal užpildymo būdą kondensatoriai skirstomi į:
oksidas-metalas;
oksidinis puslaidininkis.
skystis;
Kaip anodo medžiagą galima pasirinkti aliuminį, tantalą, niobio foliją arba sukepintus miltelius. Oksido puslaidininkiniuose kondensatoriuose katodas yra puslaidininkio sluoksnis, nusodintas tiesiai ant oksido sluoksnio.
Veikimo ypatybės
Elektrolitų gebėjimas išleisti dujas kaitinant lemia poreikį sukurti saugos ribą kondensatoriaus veikimo metu, kad būtų užtikrintas patikimumas. vardinė įtampa iki 0,5÷0,6 jo vertės. Tai ypač pasakytina apie naudojimą įrenginiuose, kurių temperatūra yra aukštesnė.
Kondensatoriams, skirtiems naudoti grandinėse kintamoji įtampa, nurodytas veikimo dažnis. Paprastai tai yra 50 hercų. Norint dirbti su aukštesnio dažnio signalais, būtina sumažinti darbinę įtampą. Priešingu atveju dielektrikas perkais ir sulaužys, plyš korpusas.
Didelės talpos ir mažos nuotėkio srovės elektrolitai gali ilgą laiką išlaikyti sukauptą krūvį. Saugumo sumetimais, norint pagreitinti jų iškrovimą, lygiagrečiai su gnybtais prijungiamas 1 MΩ varžos ir 0,5 W galios rezistorius.
Naudoti aukštos įtampos įrenginiuose naudojami kondensatoriai, surenkami nuosekliai. Norint išlyginti įtampą tarp jų, lygiagrečiai prie kiekvieno gnybtų prijungiami 0,2–1 MΩ rezistoriai.
Jei kintamosios įtampos grandinėse reikia naudoti polinius elektrolitinius kondensatorius, surenkama grandinė, kurioje srovė teka per kiekvieną elementą tik viena kryptimi. Norėdami tai padaryti, naudokite srovę ribojantį rezistorių.
Tokios grandinės anksčiau buvo surinktos, kad paleidžiant galingą trifazę srovės fazė būtų pasukta įtampos atžvilgiu asinchroniniai elektros varikliai iš vienfazis tinklas. Dabar šis klausimas jau praranda savo buvusį aktualumą.
Srovę ribojančio rezistoriaus nebuvimas tokioje grandinėje sukelia dielektrinio sluoksnio perkaitimą ir elektrolitinio kondensatoriaus gedimą.
Skystas elektrolitas karts nuo karto išdžiūsta dėl korpuso defektų. Dėl to talpa palaipsniui mažėja. Laikui bėgant jis pasiekia kritinę vertę. Neveikiantis elektrolitinis kondensatorius dažniausiai sukelia elektros prietaiso gedimą.
Kondensatoriaus gedimai dėl lygiavertės varžos ESR pažeidimo
Elektrolitiniai kondensatoriai turi kitą techninė savybė, o tai turi įtakos jo veikimui veikimo metu. Laikui bėgant, dėl nuolat vykstančių vidinių elektros procesų kondensatorius palaipsniui mažina elektros laidumą tarp plokščių ir gnybtų. Jo vertė apskaičiuojama pagal ekvivalentinį aktyvųjį pasipriešinimą, kuris žymimas ESR indeksu. Rusiškai jie vadina EPS: lygiavertis serijos pasipriešinimas.
Kondensatorius su padidintu ERS išvaizda nesiskiria nuo gero. Tik jis aktyvus pasipriešinimas padidina daugiau nei vienu omu ir gali siekti iki 10 omų.
Nustatymo metodai
Pramonė gamina prietaisus, leidžiančius išmatuoti šią vertę pagal septintajame dešimtmetyje Rusijoje išrastą prototipą. Jie leidžia atlikti matavimus nelituojant kondensatorių iš grandinės, jie veikia tilto varžos matuoklių principu. kintamoji srovė.
Meistrai sukuria savo supaprastintus dizainus, kurie leidžia įvertinti kondensatoriaus būklę pagal šį parametrą, remiantis aktyviosios varžos, viršijančios 1 omą, nustatymu. Kaip tokį indikatorių galite surinkti paprastą įrenginį, parodytą diagramoje.
Jį maitina įprasta piršto tipo baterija. Šviesos diodas užsidega, nurodydamas tinkamumą. elektrinis kondensatorius pagal ERS parametrą, lyginant aukšto dažnio signalus ant toroidinio transformatoriaus, ateinančius iš kondensatoriaus ir suformuotos virpesių grandinės.
Tos pačios grandinės vaizdas šiek tiek supaprastinta forma parodytas žemiau.
Išbandytas kondensatorius yra prijungtas prie apvijos, padarytos vienu apsisukimu ant transformatoriaus, pagaminto iš feromagnetinės šerdies, kurios magnetinis laidumas yra 800÷1000. Šioje apvijoje įtampa neviršija 200 milivoltų, todėl galite įvertinti elektrolito charakteristikas be litavimo nuo plokštės.
Šis indikatorius nereikalauja jokių specialių nustatymų. Pakanka patikrinti vieno omo valdymo rezistoriaus šviesos diodo švytėjimą ir naudoti jį tolesniuose matavimuose. Tranzistorių gali naudoti visi, turintys kolektoriaus srovė 100 mA, o stiprinimas didesnis nei 50.
Toks zondas neveiks tiksliai su kondensatoriais, mažesniais nei 100uF.
Jonistorius - superkondensatorius
Tam tikras kondensatorius su elektrolitu, užtikrinančiu elektrocheminių procesų srautą. Jame naudojamas dvigubo elektrinio sluoksnio efektas, atsirandantis, kai pamušalo medžiaga liečiasi su elektrolitu, ir sujungia kondensatoriaus funkcijas su cheminės srovės šaltiniu.
Jo dizainas parodytas paveikslėlyje.
Čia susidariusio dvigubo sluoksnio storis labai mažas. Tai leidžia žymiai padidinti jonistoriaus talpą. Šiems kondensatoriams taip pat lengviau padidinti plokščių kontaktinio paviršiaus plotą. Jie pagaminti iš akytų medžiagų, pvz. aktyvuota anglis, putoti metalai.
Jonistoriaus talpa gali siekti keletą faradų, kai įtampa ant plokštelių yra iki 10 voltų. Jis įgyja jį per trumpą laiką ir saugiai jį saugo. Todėl šie modeliai naudojami įvairių maitinimo šaltinių atsarginėms kopijoms kurti.
Darbo sąlygos labai įtakoja jonistoriaus darbo būsenos trukmę. Jei darbinė temperatūra neviršija 40 laipsnių, o įtampa yra 60% vardinės, tada ištekliai gali būti daugiau nei 40 000 valandų.
Tereikia padidinti jo šildymą iki 70 laipsnių, o įtampą iki 80%, nes veikimo laikas sutrumpėja iki 500 valandų. Jonizatoriai randa daugybę pritaikymų kasdieniame gyvenime. Jie dirba saulės baterijose, automobilių radijo imtuvuose, .
Pietų Korėjos automobilių gamintoja „Hyundai Motor Company“ gamina elektrinius autobusus, varomus jonistoriais. Jų įkrovimą planuojama atlikti trumpų sustojimų metu judėjimo maršrute.
Ši transporto rūšis savo esme visiškai pakeičia troleibusą, kuriame neveikia visas kontaktinių laidų tinklas.
Šiuolaikiniai elektrolitiniai kondensatoriai, tiksliau vadinami aliuminio elektrolitiniais kondensatoriais, šiuolaikinėje elektronikoje naudojami didžiuliais kiekiais. Jie yra ekonomiški ir gali suteikti daugiau talpos tūrio vienetui nei kitų tipų kondensatoriai. Tai leidžia juos naudoti grandinėse, kuriose yra didelės srovės arba žemi dažniai. Aliuminio elektrolitiniai kondensatoriai paprastai naudojami tokiose srityse kaip visų tipų garso stiprintuvai (nuo Hi-Fi iki Mobilieji telefonai) ir maitinimo grandinėse.Kaip ir bet kokio tipo kondensatorių, turite suprasti jų pranašumus ir apribojimus, kad galėtumėte juos naudoti efektyviausiai.
Elektrolitinių kondensatorių kūrimas
Elektrolitinis kondensatorius buvo naudojamas daugelį metų. Jo istoriją galima atsekti iki tų dienų, kai buvo pradėtos pirmosios balso transliacijos. Tuo metu belaidės lempos buvo labai brangios ir turėjo būti maitinamos baterijomis. Tačiau toliau plėtojant vakuuminius vamzdžius, atsirado galimybė naudoti kintamos srovės tinklą. Tai buvo puikus laikas maitinti vamzdžius iš kintamosios srovės tinklo, todėl reikėjo ištaisyti ir filtruoti anodo maitinimo įtampą, kad tinklo triukšmas iš maitinimo šaltinio nepatektų į garso signalą. Tam, kad radijo imtuve būtų galima naudoti kondensatorių, jis neturi būti per didelis, o Julius Lilenfildas, aktyviai dalyvavęs kuriant belaidžius įrenginius buityje, sugebėjo pagaminti elektrolitinį kondensatorių, leidžiantį turėti pakankamai didelę talpą, protingo dydžio, kuri ateityje bus naudojama radijo imtuvuose.
Elektrolitinių kondensatorių simboliai
Elektrolitinis kondensatorius yra poliarizuoto kondensatoriaus forma. Elektrolitinio kanalo simbolis turi poliškumą, o tai svarbu norint užtikrinti, kad kondensatorius būtų tinkamai sumontuotas ir kad nebūtų prijungtas atvirkštinis poliškumas.
Simboliai, naudojami poliniams elektrolitiniams kondensatoriams
Elektrolitiniams kondensatoriams naudojama daug scheminių simbolių. Pirmasis „1“ yra versija, paprastai naudojama Europos grandinėse, o „2“ naudojama daugelyje Amerikos grandinių, o „3“ galima pamatyti kai kuriose senesnėse grandinėse. Kai kurios grandinės nespausdina „+“ ženklo šalia plokštelės simbolio, kur jau akivaizdu, kuri plokštė turi kokį poliškumą.
Elektrolitinio kondensatoriaus gamybos technologija
Kaip rodo pavadinimas, elektrolitinis kondensatorius naudoja elektrolitą (joninį laidus skystį) kaip vieną iš savo plokščių, kad būtų pasiekta didesnė talpa tūrio vienetui nei kitų tipų kondensatoriai. Yra keletas būdų, kaip padidinti kondensatorių talpą: didinant dielektrinę konstantą; elektrodo paviršiaus ploto padidėjimas; ir mažinant atstumą tarp elektrodų. Elektrolitiniuose kondensatoriuose naudojama didelė kondensatoriaus plokštės aliuminio oksido sluoksnio dielektrinė konstanta, kuri vidutiniškai yra nuo 7 iki 8. Tai daugiau nei kitų dielektrikų, tokių kaip mylar, kurio dielektrinė konstanta yra 3, o žėručio - apie 6 - 8. Be to, efektyvus kondensatoriaus elektrodo paviršiaus plotas padidėja iki 120 vienetų šiurkštumo koeficientui esant didelio grynumo aliuminio folijai. Tai yra vienas iš raktų gaminant labai didelės talpos kondensatorius.
Elektrolitinių kondensatorių konstrukcija
Elektrolitinio kondensatoriaus plokštės pagamintos iš laidžios aliuminio folijos sluoksnio. Ši plokštė pagaminta labai plona ir lanksti, o gamybos proceso pabaigoje šiuos elektrodus galima lengvai supakuoti į mažą tūrį.
Abu folijos elektrodai šiek tiek skiriasi. Jie padengiami izoliaciniu oksido sluoksniu, o tarp jų klojamas izoliacinio popieriaus sluoksnis, suvilgytas elektrolitu. Folija, izoliuota storesniu oksido sluoksniu ir yra skysto elektrolito anodas. Anodo plono oksido plėvelės storis parenkamas atsižvelgiant į darbinei įtampai keliamus reikalavimus. Folija, kuri eina kaip katodas, nors ir turi natūralų oksido sluoksnį, yra daug plonesnė.
Elektrolitinio kondensatoriaus sandara
Kad abu folijos trinkelės būtų supakuotos su elektrolitu impregnuotu popieriumi, jie susukami kartu, kad susidarytų cilindras ir įdedami į aliuminio puodelį. Taigi, elektrolitinis kondensatorius yra kompaktiškas ir patikimas, tuo pačiu apsaugotas aliuminio puodeliu. Yra du geometrines figūras, kurie naudojami kaiščiams sujungti. Vienas iš jų yra naudoti ašinius kaiščius, po vieną su kiekvienu plokščiu cilindro paviršiumi. Kita alternatyva yra naudoti du laidus, kurie abu yra toje pačioje cilindro pusėje. Ašinių ir radialinių kaiščių aprašymas bus pateiktas komponentų nuorodose.
Elektrolitinio kondensatoriaus gamybai būtina naudoti didelio grynumo anodo foliją. Paprastai 50 ir 100 µm storio. Katodas taip pat pagamintas iš gryno aliuminio, tačiau jam keliami ne tokie griežti reikalavimai kaip anodui. Naudojamos folijos storis nuo 20 iki 50 mikronų. Siekiant padidinti anodo ir katodo paviršiaus plotą ir atitinkamai padidinti talpą, paviršiaus šiurkštumas padidinamas ėsdinant. Yra du pagrindiniai būdai ir abu yra susiję su druskos rūgšties naudojimu.
Elektrolitinių kondensatorių savybės
Elektrolitiniai kondensatoriai turi daugybę parametrų, kurie yra ne mažiau svarbūs nei talpa ir talpa. Projektuojant grandines naudojant elektrolitinius kondensatorius, būtina atkreipti dėmesį į šiuos parametrus, kai kurie dizainai jiems gali būti labai svarbūs.
Poliškumas
Skirtingai nuo daugelio kitų tipų kondensatorių, elektrolitiniai kondensatoriai yra poliarizuoti ir turi būti atitinkamai sujungti. Patys kondensatoriai yra pažymėti taip, kad būtų galima lengvai atskirti poliškumą. Be to, pažymėta išvestis yra bendra.
Taip užtikrinama, kad visi elektrolitiniai kondensatoriai grandinėje būtų prijungti tinkamu poliškumu. Atvirkštinis poslinkis sukelia elektrocheminį dielektriko oksido sluoksnio redukavimą ir jis virsta laidininku. Jei taip atsitiks, tai neišvengiamai veda prie trumpas sujungimas, o per didelė srovė dažniausiai sukelia kondensatoriaus perkaitimą. Tokiu atveju gali nutekėti elektrolitas, o kai kuriais atvejais net sprogti kondensatorius. Tokie atvejai nėra neįprasti, todėl reikia imtis atsargumo priemonių teisingas montavimas, ypač grandinėse, kurios valdo dideles sroves.
Elektrolitinių kondensatorių talpos ir numatomas jų eksploatavimo laikas
Visų pirma reikia pasirūpinti, kad nebūtų viršyta vardinė elektrolitinio kondensatoriaus darbinė įtampa. Jei šios taisyklės nebus laikomasi, kondensatoriaus tarnavimo laikas bus žymiai trumpesnis nei deklaravo gamintojas. Be to, maitinimo grandinėse galimos didelės srovės perkrovos. Atitinkamai, elektrolitiniams kondensatoriams, skirtiems veikti tokiose grandinėse, būtina atsižvelgti į maksimali srovė kondensatorius, kurio taip pat negalima viršyti. Jei į tai neatsižvelgiama, elektroninis komponentas gali perkaisti ir sugesti. Taip pat verta paminėti, kad šių radijo elementų tarnavimo laikas yra ribotas. Be to, visumos veikimo laikas gali siekti net 1000 valandų esant maksimaliai įtampos vertei, tačiau eksploatavimo laikas gali gerokai pailgėti, jei komponentas bus eksploatuojamas esant gerokai žemesnei nei maksimali leistina įtampa.
SMD elektrolitiniai kondensatoriai
Elektrolitiniai kondensatoriai, kurie dabar vis dažniau naudojami SMD konstrukcijose. Dėl didelio pajėgumo ir mažos kainos jie yra ypač populiarūs daugelyje sričių. Iš pradžių jie nebuvo labai populiarūs dėl to, kad blogai toleravo litavimą. Šiuolaikinis patobulintas kondensatorių dizainas kartu su naujais litavimo metodais, banginio litavimo atmetimu leidžia rasti elektrolitinius kondensatorius platus pritaikymas paviršinio montavimo metu.
Dažnai elektrolitiniai SMD kondensatoriai žymimi verčių pora: talpa ir darbine įtampa. Yra du pagrindiniai žymėjimo būdai. Pirmasis yra talpos vertės žymėjimas mikrofaradais, o kitas - specialaus kodo naudojimas. Naudojant pirmąjį žymėjimo metodą „33 6V“, bus parodyta, kad kondensatorius turi 33 uF, o darbinė įtampa yra 6 voltai. Antrasis žymėjimo būdas yra abėcėlinis kodas, po kurio rašomi trys skaitmenys. Raidė nurodo darbinę įtampą, kurią galima nustatyti iš žemiau esančios lentelės, ir tris skaičius, kurie nurodo talpą pikofaradais. Kaip ir daugelyje kitų žymėjimo sistemų, pirmieji du skaitmenys nustato reikšmę, o trečiasis daugiklis. Šiuo atveju žymėjimas „G106“ nurodys 4 voltų darbinę įtampą ir 10 * 106 pF arba tik 10 mikrofaradų talpą.
SMD ELEKTROLITINIAI KONDENSATORIAI
|
|
|---|---|
| LAIŠKAS | ĮTAMPA |
Elektrolitinių kondensatorių ženklinimas
Elektrolitiniams kondensatoriams žymėti naudojama daug skirtingų ženklų, įskaitant talpą, darbinę įtampą ir kitus parametrus. Pagrindinės reikšmės rašomos tiesiai ant paviršiaus, jei yra vietos, tačiau taip pat galima užkoduoti tokius dalykus kaip tikslumas ir kartais darbinė įtampa. Kodavimo arba žymėjimo sistema priklauso nuo kondensatoriaus tipo, gamintojo, talpos, komponento dydžio ir kt. Bet tai bus kitame straipsnyje. Aliuminio elektrolitinių kondensatorių atnaujinimas po ilgo laikymo Gali prireikti atnaujinti elektrolitinius kondensatorius, kurie nebuvo naudojami šešis mėnesius ar ilgiau. Elektrolitinis veikimas linkęs ištirpdyti ant anodo esantį oksido sluoksnį, todėl prieš naudojant šį sluoksnį geriau iš anksto suremontuoti. Retinant oksido sluoksnį, tikslinga nenaudoti viso įtempimo, nes iš pradžių pastebimos padidėjusios nuotėkio srovės, dėl kurių gali išsiskirti didelis šilumos kiekis, o tai kai kuriais atvejais gali sukelti jos sprogimą. Kondensatorių galite atkurti laikinai prijungę kondensatorių prie darbinės įtampos per maždaug 1,5 kΩ rezistorių, o žemesnės įtampos kondensatoriams - šiek tiek mažiau. (Turite įsitikinti, kad rezistorius turi pakankamai galios, kad galėtų valdyti kondensatoriaus įkrovimo srovę.) Atsigavimas trunka valandą ar ilgiau, kol nuotėkio srovė nukrenta iki priimtinos vertės, o įtampa kondensatoriuje pasiekia taikomą reikšmę, t.y. per rezistorių neteka srovė. Tokia įtampa palaikoma apie valandą. Tada kondensatorius lėtai iškraunamas per apkrovos rezistorių, kad sukaupta energija nepažeistų grandinės, kurioje jis bus sumontuotas.
Elektrolitinis kondensatorius yra kondensatorius, kurio dielektrikas yra metalo oksido sluoksnis ant anodo, o katodas yra elektrolitas. Rezultatas yra labai didelė talpa esant santykinai aukštai darbinei įtampai. Tai yra didelio tokio tipo produktų populiarumo priežastis.
Elektrolitinių kondensatorių atsiradimo istorija
Kai kurių metalų elektrocheminės oksidacijos poveikį 1875 m. tantalo, niobio, cinko, mangano, titano, kadmio, stibio, bismuto, aliuminio ir kai kurių kitų medžiagų pavyzdžiu atrado prancūzų mokslininkas Eugène'as Adrienas Ducretet. Esmė ta, kad įjungus kaip anodą (teigiamas maitinimo šaltinio polius), ant paviršiaus išaugo oksido sluoksnis su vožtuvo savybėmis. Tiesą sakant, susidaro savotiškas Šotkio diodas, o kai kuriuose darbuose aliuminio oksidas priskiriamas n tipo laidumui.
Tai reiškia, kad kontaktinis taškas turi ištaisymo savybių. Dabar galime nesunkiai numanyti, kas nutiks toliau, jei prisiminsime Šotkio barjero savybes. Tai visų pirma žemos įtampos kritimas, kai įjungiama į priekį. Bet ką reiškia žemas? Kalbant apie kondensatorius, tai bus reikšminga vertė. Kalbant apie atvirkštinį elektrolitinių kondensatorių prijungimą, daugelis girdėjo apie tokių eksperimentų pavojų. Faktas yra tas, kad Schottky barjeras turi dideles nuotėkio sroves, dėl kurių oksido sluoksnis iškart pradeda irti. Tačiau šiuo atveju svarbus vaidmuo skiriamas ir tunelio gedimui. nutekėjimas cheminė reakcija kartu su dujų išsiskyrimu, dėl kurio atsiranda neigiamas poveikis. Teoretikai teigia, kad šis reiškinys taip pat lemia šilumos išsiskyrimą.
Elektrolitinio kondensatoriaus išradimo metai vadinami 1896-aisiais, kai sausio 14 dieną Karolis Pollakas pateikė paraišką Frankfurto patentų biurui. Taigi, ant elektrolitinio kondensatoriaus anodo, veikiant teigiamam potencialui, susidaro oksido sluoksnis. Šis procesas vadinamas formavimu ir sąlygomis šiuolaikinė plėtra technologija trunka valandas ir net dienas. Dėl tos pačios priežasties eksploatacijos metu oksido sluoksnio augimas ar irimas nepastebimas. Naudojami elektrolitiniai kondensatoriai elektros grandinės kurių dažnis yra iki 30 kHz, o tai reiškia srovės krypties keitimo laiką dešimtimis mikrosekundžių. Per šį laikotarpį oksido plėvelei nieko neatsitiks.
Kurį laiką vidaus praktikoje elektrolitinių kondensatorių pramoninė gamyba nebuvo ekonomiškai pagrįsta. Iki to momento, kad į mokslo žurnalai buvo svarstoma, kaip tiksliai būtų galima koreguoti gamybos procesą. Prie tokių užrašų priklauso Mitkevičiaus straipsnis (Rusijos fizikos ir chemijos draugijos žurnalas, Fizika Nr. 34, 1902). Nagrinėjamas elektrolitinis kondensatorius susideda iš plokščio aliuminio anodo ir dviejų geležies katodų, esančių šonuose. Dizainas buvo dedamas į 6-8% kepimo sodos tirpalą. Formavimas buvo atliktas esant pastoviai įtampai (žr. žemiau) 100 V iki 100 mA liekamosios srovės.
Pirmieji rimti buitinės kilmės kondensatorių su skystu elektrolitu patobulinimai datuojami 1931 m. ir buvo sukurti P. A. Ostroumovo laboratorijoje.
Vožtuvų metalų su oksido plėvele gebėjimas ištaisyti srovę nėra vienodas. Šios savybės labiausiai išryškėja tantalyje. Matyt, dėl to, kad tantalo pentoksidas turi p tipo laidumą. Dėl to pasikeitus poliškumui susidaro Schottky diodas, sujungtas į priekį. Specifinio elektrolito parinkimo dėka galima atkurti ardantį dielektriko darbinį sluoksnį. Tiesiai darbe. Ant šito istorinis nukrypimas galima užbaigti.
Elektrolitinių kondensatorių gamyba
Metalai, kurių oksidai turi lyginamąsias savybes, pagal analogiją su puslaidininkiniais diodais buvo vadinami vartų metalais. Nesunku atspėti, kad oksiduojantis turėtų susidaryti n tipo laidumo medžiaga. Tai yra pagrindinė vožtuvo metalo egzistavimo sąlyga. Iš visų aukščiau išvardytų tik dvi turi ryškių teigiamų savybių:
- Aliuminis.
- Tantalas.
Pirmasis naudojamas daug kartų dažniau, dėl santykinio pigumo ir paplitimo žemės plutoje. Tantalas naudojamas tik kraštutiniais atvejais. Oksido plėvelės augimas gali vykti keliais būdais:
- Vienas iš būdų yra išlaikyti nuolatinė srovė. Didėjant oksido storiui, didėja jo atsparumas. Todėl formavimo metu į grandinę su kondensatoriumi nuosekliai turėtų būti įtrauktas reostatas. Procesas valdomas įtampos kritimu per Šotkio sandūrą ir, jei reikia, sureguliuojamas šuntas, kad parametrai išliktų pastovūs. Liejimo greitis yra Pradinis etapas yra pastovus, tada su parametro sumažėjimu seka vingio taškas, o po tam tikro intervalo tolesnis oksido plėvelės augimas vyksta taip lėtai, kad šiuo metu technologinį ciklą galima laikyti baigtu. Pirmajame posūkyje anodas dažnai pradeda kibirkščiuoti. Atitinkamai, įtampa, kurioje tai vyksta, vadinama taip pat. Antrame taške kibirkščiavimas smarkiai padidėja, o tolesnis liejimo procesas yra nepraktiškas. O antrasis linksnis vadinamas maksimaliu įtempimu.
- Antrasis oksido sluoksnio formavimo būdas yra palaikymas ant anodo nuolatinė įtampa. Šiuo atveju srovė su laiku eksponentiškai mažės. Įtampa dažniausiai parenkama žemesnė už kibirkšties įtampą. Procesas pakyla iki tam tikros liekamosios srovės, žemiau kurios lygis nebekrenta. Tai užbaigia formavimo procesą.
Tinkamas elektrolito pasirinkimas vaidina svarbų vaidmenį formavimo procese. Pramonėje tai susiję su agresyvių terpių sąveikos su aliuminiu tyrimu:
Visi tantalo ir niobio elektrolitai priskiriami pirmajai grupei. Kondensatoriaus talpos vertę daugiausia lemia įtampa, kuria baigiamas formavimas. Panašiai naudojami ir polihidroksiliai alkoholiai, įskaitant glicerolį ir etilenglikolią bei daug druskų. Ne visi procesai vyksta griežtai pagal aukščiau aprašytą schemą. Pavyzdžiui, formuojant aliuminį sieros rūgšties tirpale naudojant nuolatinės srovės metodą, grafike išskiriami šie skyriai:
- Kelias sekundes stebimas gana greitas įtampos padidėjimas.
- Tada tuo pačiu greičiu mažėja iki maždaug 70 % pasiekto piko lygio.
- Trečiojo etapo metu išauga storas akytas oksido sluoksnis, tačiau įtampa auga labai lėtai.
- Ketvirtajame skyriuje įtampa smarkiai pakyla, kol įvyksta kibirkšties gedimas. Tai užbaigia formavimo procesą.
Daug kas priklauso nuo technologijos. Sluoksnio storį, taigi ir kondensatoriaus darbinę įtampą bei ilgaamžiškumą įtakoja elektrolito koncentracija, temperatūra ir kai kurie kiti parametrai.
Elektrolitinio kondensatoriaus konstrukcija
Tai kondensatoriai su sausu elektrolitu. Pagrindinis jų pranašumas yra geras tūrio panaudojimas. Elektrolito pertekliaus praktiškai nėra, todėl sumažėja svoris ir matmenys elektros talpa. Nepaisant būdingo pavadinimo, elektrolitas čia nėra sausas, o klampus. Jie yra impregnuoti medžiaginiais arba popieriniais trinkelėmis, esančiomis tarp plokščių. Dėl elektrolito klampumo korpusas gali būti plastikinis ar net popierinis, sandarinimui naudojamas dervos sandariklis. Dėl to supaprastėja technologinis gaminių gamybos ciklas. Istoriškai sausų elektrolitų atmainos atsirado vėliau. Buitinėje praktikoje pirmieji paminėjimai patenka į 1934 m.
Svetimų elektrolitinių kondensatorių gale dažniausiai uždedamos įpjovos su kryželiu, per kurią išspaudžiamas vidinis tūris. Taip yra nelaimingo atsitikimo atveju. Tokį pažeistą kondensatorių galima nesunkiai pamatyti plika akimi ir laiku jį pakeisti, o tai žymiai pagreitina remonto procesą. Dėklo žymėjimas padeda išvengti nelaimingų atsitikimų ir neteisingo poliškumo. Iš katodo pusės importiniuose dažniausiai per visą aukštį brėžiama balta juostelė su minusais, o buitiniuose yra kryžiai (pliusai) priešingoje pusėje.
Norint padidinti spinduliavimą, korpuso spalva yra tamsi. Yra šios taisyklės išimčių, tačiau jos yra retos. Tokia priemonė padidina šilumos perdavimą aplinkai. Viršijus darbinio (formavimo) įtampą, dėl jonizacijos smarkiai padidėja srovė, anodas pastebimas stipriai kibirkščiuojant, o dielektrinis sluoksnis iš dalies prasiskverbia. Tokių reiškinių pasekmės lengvai pašalinamos projektuojant ir naudojant korpusą kaip katodą: kondensatoriai su skystu elektrolitu užima gana daug vietos, tačiau gerai pašalina šilumą. Tačiau dirbdami jie puikiai parodo save žemi dažniai. Kas lemia jų, kaip maitinimo šaltinių filtrų (50 Hz) naudojimo specifiką.
Šie cilindriniai elektrolitiniai kondensatoriai nėra išdėstyti taip, kaip parodyta aukščiau, ir neturi popierinių skirtukų. Kai kuriuose modeliuose korpusas atlieka katodo vaidmenį, o anodas yra viduje ir gali būti bet kokios formos, kad būtų užtikrinta didžiausia vardinė talpa. Dėl mechaninio apdorojimo ir cheminio ėsdinimo, skirto padidinti elektrodo paviršiaus plotą, parametrai gali būti padidinti eilės tvarka. Ši konstrukcija būdinga modeliams su skystu elektrolitu. Nagrinėjamos konstrukcijos talpa svyruoja nuo 5 iki 20 mikrofaradų pramoninei gamybai, kai darbinė įtampa nuo 200 iki 550 V. Dėl didėjančio elektrolito atsparumo mažėjant temperatūrai, daugiausia naudojami kondensatoriai su skystu elektrolitu ir korpusas kaip katodas šiltame mikroklimate.
Kondensatoriai- talpa nesikeičia (tik pasibaigus tarnavimo laikui). Žėrutis gaminamas su folijos pamušalu.
Keramika- keraminės plokštės, diskai ar vamzdeliai, ant kurių nusodinti metaliniai elektrodai. Apsaugai jie dengiami emaliais arba uždėti specialiais atvejais, naudojami kaip kontūras, atskyrimas, blokavimas ir kt.
stiklo- monolitiniai sukepinti blokai iš kintamų stiklo plėvelės ir Al folijos sluoksnių. Korpusas pagamintas iš to paties stiklo.
Stiklo keramika- tas pats stiklas, bet dielektrikas yra stiklas su priedais iš to paties stiklo.
Stiklo emalis- stiklakūnio emalis tarnauja kaip dielektrikas, o sidabro sluoksniai - kaip plokštelės.
Metalas-popierius- dielektrikas (lakuotas kondensatorių popierius), plokštės - ploni metalo sluoksniai (mažiau nei mikrometras), nusodinti ant popieriaus vienoje pusėje. Korpusas cilindrinis Al, galai sandarinti epoksidine derva (HF plėvele).
Plėvelė ir metalinė plėvelė- dielektrikas (plėvelė iš plastiko, polistireno, fluoroplastiko ir kt.) ir pamušalas (ant plėvelės nusodinta metalinė folija arba plonas metalo sluoksnis).
Elektrinis ir oksidinis puslaidininkis: dielektrikas – oksido sluoksnis ant metalo, kuris yra viena iš plokščių (anodas). Antrasis pamušalas (katodas) yra elektrolito arba puslaidininkio sluoksnis, nusodintas tiesiai ant oksido sluoksnio. Anodai gaminami iš Al, tantalo arba niobio folijos. Šie kondensatoriai naudojami tik nuolatinės arba pulsuojančios srovės tikslams, kaip laidumas priklauso nuo taikomos įtampos poliškumo.
Jie daugiausia naudojami lygintuvų įtaisų filtruose, garso dažnių grandinėse, garso dažnių stiprintuvuose.
Hermetiškai uždarytas žėručio kondensatorius stiklas į metalą korpuse<<СГМ>> paviršiniam montavimui.
Pagal dielektriko tipą jie išskiria:
*vakuuminiai kondensatoriai (plokštės be dielektriko yra vakuume);
*kondensatoriai su dujinis dielektrinis;
*kondensatoriai su skystis dielektrinis;
*kondensatoriai su kietu neorganiniu dielektriku: stiklo(stiklo emalis, stiklo keramika, stiklo plėvelė) žėručio, keraminė, plonasluoksnė, iš neorganinių plėvelių;
*Kietieji organiniai dielektriniai kondensatoriai: popierius, metalas-popierius, plėvelė, kombinuotas - popierinė plėvelė, plonasluoksnė iš organinės sintetinės plėvelės;
*elektrolitiniai ir oksidiniai puslaidininkiniai kondensatoriai. Tokie kondensatoriai nuo visų kitų tipų pirmiausia skiriasi didele specifine talpa. Naudojamas kaip dielektrikas oksidas sluoksnis ant metalo anodas. Antras viršelis ( katodas) tai arba elektrolitas(elektrolitiniuose kondensatoriuose) arba sluoksniu puslaidininkis(oksidiniame puslaidininkyje), nusodinamas tiesiai ant oksido sluoksnio. Anodas pagamintas, priklausomai nuo kondensatoriaus tipo, iš aliuminio, tantalo folija arba sukepinti milteliai.
*kietieji kondensatoriai– vietoj tradicinio skysto elektrolito naudojamas specialus laidus organinis polimeras arba polimerizuotas organinis puslaidininkis. MTBF – 50 000 valandų esant 85°C, silpnai priklausoma nuo temperatūros. Jie nesprogsta.
Šiuolaikiniai kondensatoriai sunaikinami be sprogimo dėl specialios viršutinio dangčio sprogimo konstrukcijos. Sunaikinimas galimas dėl piktnaudžiavimo ar senėjimo.
Kondensatoriai su suplyšusiu dangteliu praktiškai neveikia ir juos reikia pakeisti, o jei jis tiesiog išsipūtęs, bet dar nesuplyšęs, greičiausiai greitai suges arba pasikeis parametrai, dėl ko jo naudojimas taps neįmanomas.
Daugelis kondensatorių su oksidiniu dielektriku ( elektrolitinis) veikia tik esant teisingam įtampos poliškumui dėl elektrolito sąveikos su dielektriku cheminių savybių. Esant atvirkštiniam įtampos poliškumui, elektrolitiniai kondensatoriai dažniausiai sugenda dėl cheminio dielektriko sunaikinimo, o po to padidėja srovė, virimo e. elektrolitas viduje ir dėl to su tikimybe sprogimas korpusas.
Elektrolitinių kondensatorių sprogimai yra gana dažnas reiškinys. Pagrindinė sprogimų priežastis yra kondensatoriaus perkaitimas, kurį dažniausiai sukelia nuotėkis arba lygiavertės serijos pasipriešinimo padidėjimas dėl senėjimo (aktualu impulsiniams įrenginiams). Šiuolaikiniuose kompiuteriuose kondensatorių perkaitimas taip pat yra labai dažna jų gedimo priežastis, kai jie pastatomi šalia padidintos šilumos gamybos šaltinių (aušinimo radiatorių).
Siekiant sumažinti žalą aplinkiniams ir personalo sužalojimus šiuolaikiniuose didelės talpos kondensatoriuose, ant korpuso įrengiamas vožtuvas arba padaryta įpjova (dažnai ją galite pamatyti X, K arba E raidės gale, kartais jis yra padengtas plastiku ant didelių kondensatorių).
Padidėjus vidiniam slėgiui, vožtuvas atsidaro arba korpusas griūva išilgai įpjovos, išgaravęs elektrolitas išeina korozinių dujų, o kartais net skysčio pavidalu, o slėgis krenta be sprogimo ir skeveldrų.
Seni elektrolitiniai kondensatoriai buvo gaminami sandariame korpuse ir neturėjo jokios apsaugos nuo sprogimo. Kūno dalių sprogstamoji jėga gali būti pakankamai didelė, kad sužalotų žmogų.
Skirtingai nuo elektrolitinių, puslaidininkinių oksidų (tantalo) kondensatorių sprogimo pavojus kyla dėl to, kad toks kondensatorius iš tikrųjų yra sprogus mišinys: tantalas tarnauja kaip kuras, o mangano dioksidas – kaip oksidatorius, ir abu šie komponentai yra sumaišyti. kondensatoriaus konstrukcijoje smulkių miltelių pavidalu. Sugedus kondensatoriui arba netyčia apsisukus, srovės tekėjimo metu išsiskirianti šiluma tarp šių komponentų sukelia reakciją, kuri vyksta stipraus blyksnio su medvilne pavidalu, kurį lydi kibirkščių ir skeveldrų sklaida. bylos. Tokio sprogimo jėga yra gana didelė, ypač dideliems kondensatoriams, ir gali sugadinti ne tik gretimus radijo elementus, bet ir plokštę. Glaudžiai išdėstius kelis kondensatorius, galima perdegti gretimų kondensatorių korpusus, o tai vienu metu sukelia visos grupės sprogimą.
Be to, kondensatoriai skiriasi galimybe keisti savo pajėgumą:
*fiksuoti kondensatoriai- pagrindinė kondensatorių klasė, kuri nekeičia savo talpos (išskyrus visą eksploatavimo laiką);
* kintamieji kondensatoriai - kondensatoriai, leidžiantys pakeisti talpą įrangos veikimo metu. Talpykla gali būti valdoma mechaniškai, elektros įtampa ir temperatūra. Jie naudojami, pavyzdžiui, radijo imtuvai sureguliuoti rezonansinio kontakto dažnį;
*trimerio kondensatoriai- kondensatoriai, kurių talpa kinta vieno periodinio reguliavimo metu ir nekinta įrenginio veikimo metu. Jie naudojami reguliuoti ir išlyginti pradines sujungimo grandinių talpas, periodiškai reguliuoti ir reguliuoti grandinės grandines, kai reikia šiek tiek pakeisti talpą.
Priklausomai nuo paskirties, kondensatorius galima sąlygiškai suskirstyti į bendrosios paskirties ir specialios paskirties kondensatorius. Kondensatoriai Pagrindinis tikslas naudojamas beveik daugumoje įrangos tipų ir klasių. Tradiciškai jie apima dažniausiai naudojamus žemos įtampos kondensatorius, kuriems netaikomi specialūs reikalavimai. Visi kiti kondensatoriai yra ypatingas. Tai apima aukštos įtampos, impulsų, triukšmo slopinimą, dozimetrinis, paleidimo ir kiti kondensatoriai.
Kondensatoriai taip pat išsiskiria plokščių forma: plokščia, cilindrine, sferine ir kt.
Keraminiai kondensatoriai yra natūralus beveik bet kurio elementas elektroninė grandinė. Jie naudojami ten, kur galima dirbti su besikeičiančio poliškumo signalais, gera dažnio charakteristika, maži nuostoliai, mažos nuotėkio srovės, mažos matmenys ir maža kaina. Ten, kur šie reikalavimai susikerta, jie beveik būtini. Tačiau problemos, susijusios su jų gamybos technologija, šio tipo kondensatoriams priskyrė nišą mažos talpos įrenginiams.
Tantalo kondensatoriai padengtas mangano dioksidu (MnO 2). Tantalo kondensatoriai veikia geriau nei aliuminio kondensatoriai dėl brangesnių technologijų naudojimo. Jie naudoja sausą elektrolitą, todėl nėra linkę „išsausinti“ aliuminio kondensatorių. Jie taip pat turi mažesnį aktyvų pasipriešinimą aukšti dažniai(100 kHz), o tai svarbu naudojant impulsų šaltiniai mityba. terminis stabilumas: temperatūrų diapazone nuo -55°C iki +125°C talpa kinta apie + 15% iki -15%. Jų nuotėkio srovės yra maždaug tokios pačios kaip ir tų pačių nominalų aliuminio. Tantalo trūkumas kondensatoriai yra santykinai didelis talpos sumažėjimas didėjant dažniui ir padidėjusiam jautrumui atvirkštinio poliškumo ir įtampos perkrovoms, dėl kurių rekomenduojama naudoti su dviguba darbinės įtampos atsarga, taip pat užtikrinti stabilų veikimą aukštesnėje nei 85 ° C temperatūroje. Įjungus, esant labai didelėms įkrovimo srovėms, gali įvykti trumpasis jungimas, kartu su ryškiai balta blykste ir dūmais.
Tantalo kondensatoriai Polimeru dengti paviršinio montavimo kondensatoriai sujungia didelę tantalo kondensatorių talpą su dideliu šiuolaikinių polimerinių medžiagų laidumu.
Aliuminio polimeras kondensatoriai turi geras charakteristikas galios keitiklio dažniuose. Jie turi geras viršįtampio charakteristikas ir gali būti naudojami su dokumentuota įtampa.
Kaip atsirado tantalo technologijos patobulinimai niobio kondensatoriai. Panašiomis sąlygomis jie turi šiek tiek daugiau išteklių. Pavyzdžiui, esant 85 ° C temperatūrai, aliuminio kondensatoriai turi nuo 8 iki 25 tūkstančių darbo valandų, tantalo - 100 tūkstančių valandų, o niobio - nuo 200 iki 500 tūkstančių valandų (nepertraukiamo veikimo metai yra maždaug 8200 valandų). ) Senose (80486, Pentium I ) plokštėse yra daug niobio kondensatorių, kai kurie yra nepoliniai. Niobis kartais būna oranžinis, kartais mėlynas „lašelis“, bet su išvadomis.