Как работает электролитический конденсатор

Расчет срока службы электролитических конденсаторов

Возможно, вы слышали, что электролитические конденсаторы – это не самый лучший выбор? Но насколько это утверждение верно? Давайте дадим электролитическим конденсаторам еще один шанс.

Алюминиевые электролитические конденсаторы прославились коротким сроком службы и ненадежностью. Частично эта репутация связана с кражей формулы электролита пятнадцатилетней давности, но с другой стороны, они действительно служат не так долго, как другие типы конденсаторов. Но неужели они настолько плохи?

Скандальная репутация

В начале 2000-х годов алюминиевые электролитические конденсаторы терпели неудачи с гораздо более высокой скоростью, чем ожидалось, явление широко и драматично известное как конденсаторная чума. Причина была отслежена до интересной истории промышленного шпионажа, где формула электролита для конденсаторов была украдена, но затем использовалась неправильно. В результате миллионы плохих конденсаторов попали во всевозможные электронные устройства.

Эта история, несомненно, придала алюминиевым электролитам плохую репутацию ненадежных компонентов, и эта дурная слава еще больше усиливалась из-за того, что даже правильно изготовленные алюминиевые электролитические конденсаторы имеют относительно короткий срок службы по сравнению с пленочными конденсаторами (которые также могут иметь высокую ёмкость и высоковольтные характеристики, такие как у алюминиевых электролитов).

Например, семейство KXG алюминиевых электролитических конденсаторов от United Chemi-Con (которое включает в себя конденсаторы емкостью от 6,8 мкФ до 330 мкФ и напряжением от 160 В до 450 В) имеют заявленный срок службы от 8 000 до 10 000 часов, в то время как семейство EPCOS B32798 пленочных конденсаторов (которое включает в себя конденсаторы емкостью от 18 мкФ до 75 мкФ и напряжением от 250 В до 400 В) рассчитано на срок службы 60 000 часов.

Рисунок 1 – Вздутие электролитических конденсаторов, которые уже вышли из строя или близки к этому

Похоже, что репутация алюминиевых электролитов как ненадежных устройств на самом деле оправдана. Но действительно ли это так?

Оценка срока службы компонентов

Для правильной оценки продолжительности жизни компонента требуется больше, чем просто посмотреть на заявленный срок службы. Влияние воздействий (тепло, ток, напряжения), которые будет испытывать устройство во время работы, также должно быть включено в анализ. Оказывается, что номинальный срок службы обычно указывается для случаев при довольно сильном воздействии.

Если устройство будет использоваться при более низких температурах, напряжении или токе, срок службы может быть пересчитан. Этот перерасчет учитывает реальные рабочие температуру, напряжение и ток, и часто, если эти параметры ниже номинальных, пересчитанный срок службы будет во много раз длиннее номинального срока службы.

Производители конденсаторов, как правило, предоставляют расчеты и графики на основе своих исследований и полевых испытаний. Часто эти вычисления не включаются в техническое описание компонента, а вместо этого находятся в отдельном документе характеристик конденсатора (причина этого, вероятно, в том, что тогда в техническое описание пришлось бы включить слишком много дополнительной информации).

Определение понятия «выход из строя» для конденсатора

Первое, что нужно определить, как производитель определяет, что конденсатор вышел из строя. Выход из строя обычно не определяется как «больше не работает» – он обычно определяется как определенное процентное изменение характеристик конденсатора. Это определение важно знать, чтобы можно было провести между конденсаторами надлежащее сравнение.

Например, Vishay для своих алюминиевых электролитов использует стандарт CECC 30301, который определяет конец срока службы, как момент, когда емкость снизилась на 30%, коэффициент рассеяния превышает более, чем в 3 раза, верхний предел, или импеданс более, чем в 3 раза, выше установленного предела. Между тем, TDK определяет конец срока службы своих пленочных конденсаторов серии B32798, как момент, когда емкость уменьшилась на 10%, коэффициент рассеяния превысил более, чем в 4 раза, верхний предел, или сопротивление изоляции упало ниже 1500 МОм.

Рисунок 2 – Неисправный конденсатор не всегда выглядит так

Определение метода «пересчета» для конденсатора

Во-вторых, необходимо определить, как производитель пересчитывает срок службы компонента. В общем случае конденсаторы (и многие другие устройства) могут быть пересчитаны следующим образом:

\[срок_{реальный}=срок_{заявленный} \times K_{температуры} \times K_{напряжения} \times K_{тока}\]

где

• срокреальный – это ожидаемый срок службы при рабочих температуре, напряжении и токе;
• срокзаявленный – это ожидаемый срок службы при номинальных температуре, напряжении и токе;
• Kтемпературы: для обоих типов конденсаторов (и для алюминиевых электролитических, и для пленочных) снижение температуры на 10°C приводит к удвоению ожидаемого срока службы. Таким образом, температурный коэффициент составляет \(2{0.1(T_m-T_c)}\). Где Tm – это номинальная температура, а Tc – это рабочая температура;
• Kнапряжения увеличивает срок службы, поскольку рабочее напряжение ниже максимального номинального напряжения. По данным United Chemi-Con напряжение гораздо меньше влияет на срок службы алюминиевых электролитов (если оно не превышает номинальный максимум);
• Kтока увеличивает срок службы, поскольку рабочий ток ниже максимального номинального тока. На алюминиевые электролиты ток оказывает более существенное влияние, чем на пленочные конденсаторы, из-за их высокого эквивалентного последовательного сопротивления (ESR). Потери мощности, вызванные ESR, будут равны \(I{_{cap}{2}}R_{ESR}\), и все эти потери мощности приводят к самонагреванию, что повлияет на срок службы.

Выполнение расчета срока службы: пример выбора конденсатора

Вооружившись этими формулой и коэффициентами, можно провести надлежащее сравнение сроков службы у разных конденсаторов. Чтобы проиллюстрировать это сравнение, давайте посмотрим конкретный пример.

Предположим, что мы проектируем выпрямитель для системы зарядки аккумулятора. Эта аккумуляторная система работает при постоянном напряжении 400 В, и мы определили, что нам для фильтрации нужен конденсатор емкостью 300 мкФ. После некоторых исследований по подбору компонентов, которые отвечают этим требованиям к напряжению и емкости, а также имеют наилучшую комбинацию размера и стоимости, мы находим два возможных решения.

Мы можем использовать три алюминиевых электролитических конденсатора по 100 мкФ от United Chemi-Con (номер детали EKXG451ELL101MM40S) или четыре пленочных конденсатора по 75 мкФ (номер детали B32798G2756K). Компромисс между двумя этими вариантами заключается в том, что алюминиевые электролиты будут стоить около $10, но будут иметь номинальный срок службы 10 000 часов, в то время как пленочные конденсаторы будут стоить около $120, но будут иметь номинальный срок службы 60 000 часов.

Если нам понадобится, чтобы это зарядное устройство проработало не менее четырех лет, похоже, что придется выбрать более дорогой вариант.

Надеемся на перерасчет срока службы

Но постойте! Мы не должны опираться на этот номинальный срок службы, потому что система будет работать при температуре и напряжении ниже номиналов, указанных для конденсаторов. Это означает, что мы можем пересчитать ожидаемый срок службы, и он на самом деле будет больше.

Еще раз, формула пересчета срока службы конденсатора:

\[срок_{реальный}=срок_{заявленный} \times K_{температуры} \times K_{напряжения} \times K_{тока}\]

Для простоты предположим, что коэффициент напряжения и коэффициент тока равны 1 (вероятно, они больше 1), и перерасчет зависит только от температуры. Если пересчитанный срок службы еще не достаточно большой, мы можем подставить коэффициенты напряжения и тока, чтобы выполнить еще более точный расчет.

Номинальная температура обоих конденсаторов составляет 105°C, поэтому, если рабочая температура оценивается в 75°C (что очень много для подобной системы), разница между номинальной и рабочей температурами составит 30°C.

Эта разница в 30°C приводит к тому, что срок службы трижды увеличится в два раза. Другими словами, реальный срок службы будет в 23 = 8 раз больше номинального срока службы. Для алюминиевых электролитических конденсаторов это означает, что ожидаемый срок службы составит 80 000 часов, что составляет 9 лет непрерывной работы.

Заключение

Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют репутацию ненадежных компонентов с небольшим сроком службы. Эта репутация оправдана, если вы смотрите только на номинальный срок службы, но реальные условия работы часто намного более благоприятны по сравнению с номинальными.

Эти лучшие условия означают, что оценка срока службы может быть увеличена (пересчитана). При правильном выборе (с учетом номинальной температуры, напряжения и тока) можно подобрать компоненты, у которых фактические сроки службы намного превышают сроки, указанные в технических описаниях. Этот перерасчет срока службы может позволить нам найти алюминиевые электролитические конденсаторы, которые могут действительно соответствовать требованиям к ожидаемому сроку службы для большинства систем.

Оригинал статьи:

Теги

Алюминиевый электролитический конденсаторКонденсаторНадежность компонентовСрок службы компонентовЭлектролитический конденсатор

Источник: https://radioprog.ru/post/227

Для чего и зачем нужны электролитические конденсаторы (электролиты) и как их менять

Электролитические конденсаторы обладают большой емкостью. Они используются в основном в цепях питания, где требуется фильтрация напряжения от помех.

Их чего состоят

Больших емкостей можно добиться только с помощью химических источников.

Электролитические конденсаторы являются химическими источниками тока. У них, как и у аккумуляторов, есть катод, анод и электролит. А также те же самые недостатки, что и у аккумуляторов.

Поэтому, такие конденсаторы и называются электролитическими. Среди радиолюбителей и электронщиков они сокращенно называются электролитами.

По составу электролита они бывают: жидкого и сухого типа. Еще есть оксидно-полупроводниковые, а также оксидно-металлические.
Обозначаются на принципиальных схемах также, как и обычный, но только с указанием полярности в виде знака +.

Характеристики электролитического конденсатора

К характеристикам можно отнести емкость и рабочее напряжение. Они указаны на корпусе.

Маркировки у электролитов по сути нет, основана информация указывается на корпусе. Микрофарады обозначаются µF, а рабочее напряжение в V.

А вообще, есть еще понятие ESR.

Рабочее напряжение ни в коем случае нельзя превышать.

Преимущества и недостатки

Преимущества электролитических конденсаторов:

• Большая емкость;
• Компактность.

Недостатки:

• Со временем электролит высыхает, теряется емкость;
• Работает только на низких частотах;
• Ограничения по эксплуатационным условиям и риск вздутия/взрыва.

Разберём подробнее преимущества и недостатки электролитов.

Большая емкость

Электролитические конденсаторы обладают большой емкостью, и это их отличительная и самая главная особенность среди остальных конденсаторов.

Емкость обозначается в микрофарадах (мкФ), поскольку электролиты с меньшими значениями не выпускают.

Они обычно выпускаются от нескольких мкФ, до нескольких Ф (1 000 000 мкФ).

Компактность

Благодаря химическим источникам, конденсаторы большой емкости намного компактнее, чем если бы их делали керамическими или пленочными.

Емкость конденсатора можно увеличить только за счет его обкладок, диэлектрика и геометрии. Поэтому электролиты лидируют по соотношению емкость/габариты.

Ионисторы

Разновидность электролитических конденсаторов — это ионисторы. Они обладают большей емкостью (например, 3000 Ф), и работают в основном как резервный или автономный низковольтный источник питания схемы. А также поддерживает схему в спящем режиме без другого источника.

Высыхание электролита

Основная проблема таких конденсаторов – это высыхание электролита. Обычно такая проблема проявляется из-за того, что техникой долго не пользуются или нарушаются условия эксплуатации (перегрев корпуса). Из-за этого электролит начинает высыхать, поэтому происходит потеря емкости.

Можно восстановить емкость конденсатора путем разбавления засохшего электролита дистиллированной водой (как аккумулятор), но это не выгодно. Лучше и надежнее всего заменить старый на новый, аналогичный по параметрам.

Работа на низких частотах

Это скорее особенность, чем недостаток. Большие емкости — это высокое реактивное сопротивление для высоких частот.

Поэтому, такие конденсаторы используются в низкочастотных цепях. Например, в блоках питания в качестве фильтров и сглаживания пульсаций.

Когда конденсатор вздувается и взрывается

Так как конденсаторы такого типа являются химическими источниками, то необходимо соблюдать полярность подключения.

Конденсаторы как и аккумуляторы могут вздуваться и взрываться. Иногда это происходит из-за неправильного включения или перегрева.

Если вы подключите минус источника к плюсу конденсатора и плюс источника к минусу конденсатора, то сразу же начнется вскипание электролита. Такой эффект возникает из-за обратной химической реакции. Конденсатор может взорваться.

В старых конденсаторах типа К-50 корпус монолитный, и он взрывался громко и достаточно разрушительно.

В современных электролитах на корпусе есть небольшой надрез, который в случае вскипания электролита позволяет горячему пару выйти наружу.

Иногда они просто вдуваются без нарушения герметизации, а бывают и такие случаи, когда конденсатор полностью теряет герметичность.

Тем не менее, надрез на корпусе значительно уменьшил взрывы, поэтому конденсаторы теперь чаще вздуваются, а не взрываются.

На корпусах современных конденсаторов вертикальной чертой указывается минусовой контакт.

Внимательно устанавливайте и записывайте прежнее положение, ибо многие производители ставят свои обозначения.

Например, среди радиолюбителей обычно минусовые контакты рисуют в виде квадрата.

А производители печатных плат наоборот, рисуют квадратные контактные площадки под плюс конденсатора. И то, так делают не все.

Так как есть такая путаница среди и радиолюбителей и производителей, всегда обращайте на то. где указан плюсовой контакт. И записывайте прежнее положение детали, иначе это чревато взрывом.

Характерные признаки неисправности электролитов

К таким признакам можно отнести:

• Устройство не включается. Блок питания уходит в защиту или не запускается;
• Устройство включается, но сразу же выключается. Емкость конденсаторов высохла или потеряла свое прежнее значение, поэтому блок питания уходит в защиту;
• Перед неисправностью был писк в блоке питания. Обычно это означает, что конденсатор потерял герметичность и электролит начинает вытекать;
• Нет регулировки яркости в мониторе. Отсутствие нужной емкости приводит к нарушению работы всего устройства. Емкость в данном случае делает функцию настройки;
• Перед неисправностью был взрыв и неприятный запах. Неприятный запах – это электролит;
• Устройство включается через раз. Это значит, что есть большая вероятность протечки фильтра питания.

Внешние признаки неисправности электролитических конденсаторов:

• Вздутие корпуса;
• Повреждение корпуса:
• Наличие электролита под корпусом;
• Вздутие со стороны контактов (внизу корпуса, обычно еле заметно).

Также высокочастотные пульсации вредят электролитам. Поэтому чаще всего они выходят из строя в блоках питания, поскольку именно там много пульсаций.

Правила работы с электролитами

Внимание! Перед тем, как прикоснуться к плате неисправного источника, убедитесь, что емкости разряжены. Даже если неисправен преобразователь, а не электролит, то конденсаторы могут быть заряжены. Им попросту некуда девать свой заряд. Поэтому первым делом аккуратно и не касаясь щупом мультиметра, измерьте емкости с высоким напряжением. Если они заряжены, разрядите их с помощью лампочки.

Как менять старый на новый

Среди электронщиков есть два мнения. Первое это то, что менять нужно неисправный старый конденсатор менять на такой же старый. Это объясняется тем, что вся работы схемы «привыкла» к старому конденсатору.

Но технически правильно и обоснованное мнение – это то, что нужно ставить только новый и только подходящий по параметрам конденсатор. Нет никакого привыкания схемы. Да, многие компоненты устарели и не могут работать как прежде, но у конденсатора по сути нет ничего того, что кардинально влияло бы на ухудшение работоспособности всех схемы. Устройство наоборот, будет работать лучше.

Меняйте старые конденсаторы на новые, максимально близкие по параметрам. Например, емкость можно взять чуть больше, если речь идет о блоке питания. А если это цепь настройки, то увеличив или уменьшив емкость, так можно повлиять на весь режим работы схемы. Нужно действовать по ситуации.

Ставить конденсатор с меньшими рабочим напряжением, чем в схеме, категорически нельзя. Он начнет нагреваться и взорвется. Да, многие разработчики считают с запасом, но лучше не рисковать.

Также не стоит забывать о таком параметре, как ESR (эквивалентное последовательное сопротивление).

Источник: https://tyt-sxemi.ru/ehlektroliticheskie-kondensatory/

Свойства электролитического конденсатора

Радиоэлектроника для начинающих

особенность электролитических конденсаторов, наверняка, состоит в том, что они по сравнению с остальными обладают большой ёмкостью и довольно небольшими габаритами.

Широко распространённые алюминиевые конденсаторы по сравнению с другими имеют некоторые специфические свойства, которые следует учитывать при их использовании.

За счёт того, что алюминиевые обкладки электролитических конденсаторов скручивают для помещения в цилиндрический корпус, образуется индуктивность. Эта индуктивность во многих случаях нежелательна.

Также алюминиевые электролитические конденсаторы обладают так называемым эквивалентным последовательным сопротивлением (ЭПС или на зарубежный манер, ESR). Чем ниже ESR конденсатора, тем он качественнее и более пригоден для работы в цепях, где требуется фильтрация высокочастотных пульсаций.

Примером может служить рядовой импульсный блок питания компьютера или адаптер питания ноутбука.

В основном электролитические конденсаторы служат для сглаживания пульсаций тока в цепях выпрямителей переменного тока. Кроме этого они активно используются в звуковоспроизводящей технике для разделения пульсирующего тока (ток звуковой частоты + постоянная составляющая) на постоянную и переменную составляющую тока звуковой частоты, которая подаётся на следующий каскад усиления. Такие конденсаторы называют разделительными.

В практике ремонта можно встретить неисправность, когда разделительный конденсатор «высыхает», а, следовательно, теряет изначальную ёмкость. При этом он плохо разделяет ток звуковой частоты от пульсирующего и не пропускает звуковой сигнал на последующий каскад усиления.

Амплитуда звукового сигнала в соответствующем каскаде усиления резко снижается либо вносятся существенные искажения. Поэтому при ремонте усилителей и прочей звуковоспроизводящей аппаратуры стоит внимательно проверять исправность разделительных электролитических конденсаторов.

В связи с тем, что электролитические конденсаторы имеют полярность, то при работе на их обкладках должно поддерживаться постоянное напряжение. Это является их недостатком. В результате их можно применять в цепях с пульсирующим или постоянным током.

Кроме алюминиевых электролитических конденсаторов в современной электронике легко обнаружить и танталовые. У них нет жидкого электролита, он у них твёрдотельный. Также танталовые конденсаторы имеют достаточно низкое ESR, благодаря чему активно применяются в высокочастотной электронике. Из минусов можно отметить высокую стоимость и низкое номинальное напряжение, обычно не превышающее 75V. Более подробно о танталовых конденсаторах я рассказывал здесь.

Устройство алюминиевого электролитического конденсатора

Чтобы узнать, как устроены алюминиевые электролитические конденсаторы, давайте распотрошим одного из них. На фото показан разобранный экземпляр ёмкостью 470 мкФ и на номинальное напряжение 400V.

Взял я его из промышленного частотника. Надо сказать, весьма неплохой конденсатор с низким ESR.

Конденсатор состоит из двух тонких алюминиевых пластин, к которым крепятся выводы. Между алюминиевыми пластинами помещается бумага. Она служит диэлектриком. Но это ещё не всё. В данном случае получается обычный бумажный конденсатор с малой ёмкостью.

Для того чтобы получить большую ёмкость и уменьшить размеры готового прибора, бумагу пропитывают электролитом. На фотках можно разглядеть желтоватый электролит на дне алюминиевого стакана.

Далее, пропитанную электролитом бумагу помещают между алюминиевыми обкладками. В результате электрохимических процессов алюминиевая фольга окисляется под действием электролита. На поверхности фольги образуется тонкий слой окисла – оксида алюминия (Al2O3). На вид можно легко определить сторону обкладки с тонким слоем окисла — она темнее.

Оксид алюминия является отличным диэлектриком и обладает свойством односторонней проводимости. Поэтому электролитические конденсаторы полярны и способны работать лишь в цепях с пульсирующим, либо постоянным током.

А что будет, если на электролитический конденсатор подать напряжение обратной полярности?

Если так произойдёт, то начнётся бурная электрохимическая реакция, которая сопровождается сильным нагревом. Электролит моментально вскипает и конденсатор «бабахает». Именно поэтому при установке такого конденсатора в схему нужно строго соблюдать полярность его включения.

Кроме оксида алюминия (Al2O3), благодаря которому удаётся изготавливать конденсаторы с большой электрической ёмкостью, применяются и другие уловки, чтобы увеличить ёмкость и уменьшить размеры готового изделия. Известно, что ёмкость зависит не только от толщины слоя диэлектрика, но и от площади обкладок.

Чтобы её увеличить применяют метод травления, аналогичный тому, что используют в своей практике радиолюбители для изготовления печатных плат. На поверхности алюминиевой обкладки вытравливают канавки. Размеры этих канавок малы и их очень много.

За счёт этого активная площадь обкладки увеличивается, а, следовательно, и ёмкость.

Если присмотреться, то на алюминиевой обкладке можно заметить еле заметные полоски, наподобие дорожек на грампластинке. Это и есть те самые канавки.

В неполярных электролитических конденсаторах окисляются обе алюминиевые обкладки. В результате он становиться неполярным.

Особенности применения электролитических конденсаторов

Нетрудно заметить, что на верхней части цилиндрического корпуса у большинства радиальных электролитических конденсаторов нанесена защитная насечка — клапан.

Дело в том, что если на электролит воздействует переменное напряжение, то конденсатор сильно разогревается и жидкий электролит начинает испаряться, давить на стенки корпуса. Из-за этого он может «хлопнуть». Поэтому на корпусе и наноситься защитный клапан, чтобы под действием избыточного давления он открылся и предотвратил «взрыв» конденсатора, выпустив закипающий электролит наружу.

«Взорвавшийся» электролитический конденсатор

Отсюда исходит правило, которое необходимо учитывать при самостоятельном конструировании электроники и ремонте радиоаппаратуры. При диагностике неисправности, а также при первом включении конструируемого или ремонтируемого аппарата, необходимо держаться на расстоянии от электролитических конденсаторов.

В случае если при сборке в схеме была допущена ошибка, приводящая к завышению предельного рабочего напряжения конденсатора, либо воздействию на него переменного тока, конденсатор нагреется и «хлопнет». При этом сработает защитный клапан, и электролит под давлением рванёт наружу.

Нельзя допускать, чтобы электролит попадал на кожу и тем более в глаза!

Выход из строя электролитического конденсатора не редкость. По внешнему виду можно сразу определить его неисправность. Вот лишь несколько примеров. Все эти конденсаторы пострадали из-за превышения допустимого напряжения.

Автомобильный усилитель. Как видим, «хлопнула» целая грядка электролитов во входном фильтре. Видимо на усилитель подали 24V вместо положенных 12.

Далее — жертва «сетевой атаки». В электросети 220V резко подскочило напряжение из-за обледенения вводов. Как результат, полная неработоспособность блока питания ноутбука. Кондик просто испустил пар. Насечка на корпусе вскрылась.

Маленькое отступление.

Помнится, в студенческую пору была распространена известная забава. Брался электролитический конденсатор, к его выводам подпаивались проводки и в таком виде конденсатор кратковременно подключался к розетке электроосветительной сети 220 Вольт.

Он заряжался, накапливая заряд. Далее, ради «прикола» выводами кондёра касались руки ни в чем не подозревающего человека. Тот, естественно, ничего не подозревает и его дёргает небольшой электрический удар.

Так вот, делать это крайне опасно!

Как сейчас помню, когда перед началом практики старший мастер строго запретил данную забаву, аргументировав это тем, что был случай, когда парнишке сильно повредило кисть руки, когда тот решил «зарядить» электролитический конденсатор от розетки 220 В. Конденсатор, не выдержав поданного переменного напряжения, взорвался в его руке!

Электролитический конденсатор может выдержать несколько «экспериментальных» попыток заряда от электросети, но может и хлопнуть в любой момент. Всё зависит как от конструкции конденсатора, так и от приложенного напряжения. Данная информация приведена лишь с целью предупредить о крайней опасности таких экспериментов, которые могут закончиться печально.

При ремонте радиоаппаратуры не стоит забывать о том, что после выключения прибора электролитические конденсаторы некоторое время сохраняют электрический заряд. Перед проведением работ их необходимо разряжать. Особенно это стоит учитывать при ремонте всевозможных импульсных блоков питания и выпрямителей, электролитические конденсаторы в которых имеют значительную ёмкость и рабочее напряжение, достигающее 100 – 400 вольт.

Если нечаянно коснуться его выводов, то можно получить неприятный электрический удар. Иногда после таких случаев можно заметить лёгкий ожог кожного покрова в месте касания электродов. О том, как разрядить конденсатор перед проведением работ или измерений уже упоминалось в статье как проверить конденсатор.

Мощные электролитические конденсаторы ёмкостью 10000 мкФ. в блоке питания усилителя Marantz

При использовании электролитических конденсаторов стоит помнить, что рабочее напряжение на них должно соответствовать 80% от номинального рабочего напряжения. Это правило стоит учитывать, если вы хотите обеспечить долгую и стабильную работу конденсатора. Так, если в схеме на конденсатор будет действовать напряжение в 50 вольт, то его стоит выбирать на рабочее напряжение 63 вольта или более. Если установить конденсатор с меньшим рабочим напряжением, то он скоро выйдет из строя.

Как и у любой другой радиодетали, у электролитического конденсатора есть допустимый диапазон рабочей температуры. На его корпусе обычно указывается верхний порог, например +85 или +105.

Для разных моделей конденсаторов диапазон рабочей температуры может простираться от -60 до +850C. Или же от -25 до +1050С. Более конкретно узнать допустимый диапазон температур для конкретного изделия можно из документации на него.

Поскольку в электролитических конденсаторах присутствует жидкий электролит, то он со временем высыхает. При этом теряется его ёмкость. Именно поэтому их не рекомендуется размещать рядом с сильно нагревающимися элементами, например, радиаторами охлаждения или же в плохо вентилируемом корпусе.

Стоит отметить тот факт, что электролиты — это ахиллесова пята любой электроники. По своему опыту скажу, что это одна из самых ненадёжных, некачественных и, при этом, дорогих деталей. Качество во многом зависит от производителя. Но это уже другой разговор.

Кроме электролитических конденсаторов в аппаратуре можно встретить и другой элемент, который обладает куда большей ёмкостью и меньшими габаритами, чем классический электролит. Это — ионистор.

» Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Источник: https://go-radio.ru/properties-electrolytic-capacitors.html

Что такое конденсатор и как он используется

Приветствую, друзья!

Мы уже рассматривали, как устроены «кирпичики», из которых собран компьютер.

Вы уже знаете, как устроены и как работают полупроводниковые диоды, полевые и биполярные транзисторы.

Вы уже знакомы с таким понятием, как SMD компоненты.

Давайте познакомимся с еще одной интереснейшей штуковиной — конденсатором.

Из всего многообразия конденсаторов мы рассмотрим лишь те, которые используются в компьютерах и периферийных устройствах.

Что такое конденсатор?

Конденсатор — это деталь с двумя выводами (двухполюсник), позволяющая накапливать энергию.

Конденсатор характеризуется такой величиной, как ёмкость.

Чем больше ёмкость конденсатора, тем больше энергии он может накопить и тем (грубо говоря) больше его габариты.

Конденсатор может не только накапливать энергию, но и отдавать ее.

Именно в таком режиме он чаще всего и работает.

Конденсатор, в отличие от транзистора, является пассивным компонентом, т.е. есть он не может генерировать или усиливать сигнал.

Как устроен конденсатор?

В простейшем случае конденсатор состоит из двух металлических пластин (обкладок) и диэлектрика (изолятора) между ними. Чем больше размер пластин и чем меньше зазор между ними, тем больше емкость конденсатора.

Вообще говоря, конденсатор накапливает на обкладках заряд (множество элементарных частиц, каждая из которых обладает элементарным зарядом). Чем больший заряд накоплен, тем большая запасена энергия. Ёмкость конденсатора зависит также и от вида диэлектрика.

Две пластины, разделенные тонким воздушным слоем (воздух — тоже диэлектрик), обладают очень небольшой емкостью, и в таком виде конденсаторы не используются.

С помощью специальных материалов и технологических ухищрений научились достаточно большую ёмкость втискивать в очень небольшой объём.

Самый характерный пример — электролитические конденсаторы.

В них две металлические обкладки в виде длинных полос (чаще всего из алюминиевой фольги) разделены слоем бумаги, пропитанной электролитом.

Электролит вызывает образование тонкой пленки оксида (окисла), которая является хорошим диэлектриком.

Поэтому электролитические конденсаторы называют ещё оксидными. Полосы сворачивают и помещают в цилиндрический алюминиевый корпус.

Раньше выводы конденсаторов делали из меди – как из материала с высокой электропроводностью. Теперь же их нередко делают из более дешевых сплавов на основе железа. В этом можно убедиться, если поднести к ним магнит. Фирмачи научились экономить!

В керамических конденсаторах диэлектриком служит пластинка из керамики, а обкладками – напыленные на керамику пленки металлических сплавов.

В каких единицах измеряется емкость конденсатора?

Основная единица для измерения ёмкости – Фарад (Ф, старое название – Фарада).

Но это очень большая величина, поэтому на практике используются её производные — пикофарад (пФ, пикофарада), нанофарад (нФ, нанофарада), микрофарад (мкФ, микрофарада).

Один микрофарад = 1 000 нанофарад = 1 000 000 пикофарад.

В компьютерных блоках питания и в материнских платах используются электролитические конденсаторы ёмкостью несколько сотен или тысяч микрофарад.

Там же применяется малогабаритные керамические конденсаторы ёмкостью несколько сотен или тысяч пикофарад.

Керамические конденсаторы используются чаще всего в виде SMD компонентов.

Как обозначаются конденсаторы в электрических схемах?

Конденсаторы в электрических схемах обозначается в виде двух вертикальных черточек, разделенных небольшим пространством. Графическое изображение напоминает те самые две пластины, разделенные воздушным диэлектриком.

У электролитических конденсаторов возле одной из черточек (обкладок) помещается знак «+».

Это потому, что электролитические конденсаторы обычно имеют полярность, которую надо соблюдать при монтаже.

Отметим, что в некоторых случаях применяются электролитические неполярные конденсаторы.

Рядом наносится значение ёмкости конденсатора.

А если конденсатор электролитический — то и величина его рабочего напряжения.

Записи вида 1000 p (1000 pF) и 3,9 n (3,9 nF) означают соответственно 1000 пикофарад и 3,9 нанофарад (или 3900 пикофарад).

Запись вида 1000uFx16V  означает емкость 1000 микрофарад и рабочее напряжение 16 Вольт.

Напротив отрицательного электрода на корпусе конденсатора наносится соответствующая маркировка (знак «-»).

Где и как используются конденсаторы?

Перед тем как начать рассказывать об области применения конденсаторов, вспомним, что конденсатор это — две пластины, разделенные диэлектриком. Поэтому ток через конденсатор (в первом приближении) идти не может. Однако в цепи с конденсатором могут происходить процессы заряд и разряда. И во время этих процессов в цепи будут протекать токи заряда или разряда.

Таким образом, если переменное напряжение будет приложено  к цепи с конденсатором, в ней будет протекать переменный ток. Поэтому конденсатор можно охарактеризовать такой величиной как емкостное сопротивление (обозначается в технической литературе как Хс).

Емкостное сопротивление зависит от ёмкости конденсатора и частоты приложенного напряжения. Чем ёмкость и частота больше, тем меньше емкостное сопротивление. На этих эффектах основано применение конденсаторов в схемах фильтрации источников питания.

В компьютерных блоках питания для получения постоянных напряжений +3,3, +5, и +12 В используется двухполупериодная схема выпрямление с двумя диодами и фильтрующим конденсатором. Без конденсатора на нагрузке будет пульсирующее напряжение одной полярности.

Источник: https://vsbot.ru/lektronika/chto-takoe-kondensator.html

Постоянный ток через конденсатор протекает. Конденсаторы: назначение, устройство, принцип действия. Как устроен конденсатор

Конденсатор (capacitor, cap) — это маленький «аккумулятор», который быстро заряжается при наличиинапряжения вокруг него и быстро разряжается обратно, когда напряжения недостаточно для удержания заряда.

Основной характеристикой конденсатора является ёмкость. Она обозначается символом C,единица её измерения — Фарад. Чем большеёмкость, тем больший заряд может удерживать конденсатор при заданном напряжении. Также чембольше ёмкость, тем меньше скорость зарядки и разрядки.

Типичные значения, применяемые в микроэлектронике: от десятков пикофарад (pF, пФ = 0.000000000001 Ф)до десятков микрофарад (μF, мкФ = 0.000001).Самые распростронённые типы конденсаторов: керамический и электролитический.

Керамические меньше поразмеру и обычно имеют ёмкость до 1 мкФ; им всё равно какой из контактов будет подключен к плюсу,а какой — к минусу. Электролитические конденсаторы имеют ёмкости от 100 пФ и они полярны: к плюсудолжен быть подключен конкретный контакт.

Ножка, соответствующая плюсу, делается длинее.

Конденсатор представляет собой две пластины, разделённые слоем диэлектрика. Пластины скапливаютзаряд: одна положительный, другая отрицательный; тем самым внутри создаётся напряжение . Изолирующийдиэлектрик не даёт внутреннему напряжению превратиться во внутренний ток , который бы уравнял пластины.

Зарядка и разрядка

Рассмотрим такую схему:

Пока переключатель находится в положении 1, на конденсаторе создаётся напряжение — он заряжается.Заряд Q на пластине в определённый момент времени расчитывается по формуле:

C — ёмкость, e — экспонента (константа ≈ 2.71828), t — время с момента начала зарядки.Заряд на второй пластине по значению всегда точно такой же, но с противоположным знаком. Если резисторR убрать, останется лишь небольшое сопротивление проводов (оно и станет значением R)и зарядка будет происходить очень быстро.

Изобразив функцию на графике, получим такую картину:

Как видно, заряд растёт не равномерно, а обратно-экспоненциально. Это связанно с тем, что помере того, как заряд копится, он создаёт всё большее и большее обратное напряжение V c,которое «сопротивляется» V in.

Заканчивается всё тем, что V c становится равным по значению V in иток перестаёт течь вовсе. В этот момент говорят, что конденсатор достиг точки насыщения (equilibrium).Заряд при этом достигает максимума.

Вспомнив Закон Ома , мы можем изобразить зависимость силы тока в нашейцепи при зарядке конденсатора.

Теперь, когда система находится в равновесии, поставим переключатель в положение 2.

На пластинах конденсатора заряды противоположных знаков, они создают напряжение — появляется токчерез нагрузку (Load). Ток пойдёт в противоположном направлении, если сравнивать с направлениемисточника питания. Разрядка тоже будет происходить наоборот: сначала заряд будет теряться быстро,затем, с падением напряжения создаваемого им же, всё медленее и медленее. Если за Q 0обозначить заряд, который был на конденсаторе изначально, то:

Эти величины на графике выглядят следующим образом:

Опять же, через некоторое время система придёт в состояние покоя: весь заряд потеряется, напряжениеисчезнет, течение тока прекратится.

Если снова воспользоваться переключателем, всё начнётся по кругу. Таким образом конденсаторничего не делает кроме как размыкает цепь когда напряжение постоянно; и «работает», когда напряжениерезко меняется. Это его свойство и определяет когда и как он применяется на практике.

Применение на практике

Среди наиболее распространённых в микроэлектронике можно выделить такие шаблоны:

Источник: https://karpsy.ru/programmy/postoyannyi-tok-cherez-kondensator-protekaet-kondensatory.html

Принцип работы конденсатора и его технические характеристики

С тех пор, как фон Клейст – не военачальник, священник – решил ухватить рукой банку (бутылку), заполненную водой, с опущенным туда электродом, прошло немало времени. Конструкций конденсаторов сегодня великое множество. Бессильны обещать рассмотреть 100%, дадим понятие о принципах работы конденсатора, технических характеристиках. Надеемся, обзор выйдет удачным.

Осторожно, работает конденсатор: история лейденской банки

Проще начать статическим зарядом. Отмечено учеными, проводник способен накапливать поверхностью электричество. Плотность распределения одинакова по площади. Ключевое отличие металлов от диэлектриков, накапливающих заряд. Обживая кусок железа, носители тока стремятся занять крайнее положение, отталкиваясь взаимно. В результате скапливаются равномерно по поверхности.

На принципе созданы генераторы, способные копить заряд потенциалом единицы миллионов вольт. При прикосновении к токонесущей части человек попросту испепелится. Аналогично действуют конденсаторы. Сформированы проводниками, площадь которых сильно увеличена. Достигается различными методами. В электролитических конденсаторах алюминиевая фольга скатывается рулоном. Небольшой цилиндр содержит метры металлической ленты.

Разновидности конденсаторов

Поясним работу. Когда на металлической (проводящей поверхности) появляется заряд, начинается поверхностное распределение. В 1745 году священник-юрист Эвальд Юрген фон Клейст обнаружил: удерживая в руках банку с водой, запасает внутри электричество.

Ладонь служит проводящей обкладкой, объем жидкости (по внешней поверхности) – другой. Стекло выступает диэлектрическим барьером. При опускании в воду электрода носители стремятся занять крайнее положение, бороздя поверхность.

Через стекло поле действует на ладонь, ответно начинаются схожие процессы (заряд притягивает носители противоположного знака).

Позже емкость догадались обернуть фольгой, получилась лейденская банка – первый дееспособный конденсатор на Земле, изобретенный человеком. Произошло, когда Питер ван Мушенбрук впечатлился силой полученного в процессе опыта ударом электричества.

Стало понятно: опыты небезопасны, руку следует заменить. Ученые писал: второй раз избегает испытывать судьбу ради королевства Франции. Датчанин Даниэль Гралат стал первым догадавшимся соединить лейденские банки параллельно, обеспечивая более высокую емкость системе.

Напоминает современный свинцовый аккумулятор задумкой.

Смешно, подобные устройства использовались вплоть до 1900 года, входящая в обиход радиосвязь вынудила искать новые пути решения проблемы, использовались сравнительно высокие частоты электрических сигналов. В результате появились первые бумажные конденсаторы, маслянистое полотно отделяло друг от друга две обкладки свернутой цилиндром фольги. Постепенно с развитием производства в качестве изоляторов стали применяться иные материалы:

Истинный прорыв в конструировании конденсаторов произошел, когда люди догадались диэлектрик заменить слоем оксида окисленной поверхности металла. Сказанное касается электролитических конденсаторов. Один цилиндр фольги покрыт оксидом.

Чаще сегодня используется травление (намеренное окисление материала действием агрессивных сред), если требования технических характеристик велики, применяется анодирование.

Позволяя получить гладкую поверхность, плотно прилегающую к электроду противоположного знака.

Обкладками выступают оксидированная фольга и бумага, пропитанная электролитом. Разделены тончайшим слоем оксида, позволяя получить потрясающие емкости, единицы-десятки микрофарад сравнительно малого объема. Технические характеристики конденсаторов просто потрясающие.

Второй рулон алюминиевой фольги послужит простым проводником электричества, считается одним контактом. Оксид характеризуется удивительным свойством – проводит ток в одном направлении.

При подключении электролитического конденсатора неправильной стороной происходит взрыв (разрушение диэлектрика, закипание электролита, образование пара, разрыв корпуса).

Отказываясь служить диэлектриком, разделяющий слой становится проводником. Из-за резкого повышения температуры области начинается лавинообразная реакция меж металлом и электролитом, конденсатор взбухает. Видели многие радиолюбители, избегаем рассказывать, процессе мало веселого предоставит внимательному зрителю.

Зачем конденсатору диэлектрик

Было замечено: если поместить меж пластинами конденсатора изолирующий материал, емкость возрастает. Долго ломали головы ученые мужи, было раскрыто понятие диэлектрической проницаемости.

Оказывается, согласно теореме Гаусса можно связать с емкостью конденсатора напряженность поля обкладок. Получается, изолятор обеспечивает накопление зарядов металлами, собирая поверхностью носители противоположного знака.

Полагаем, читатели догадались: те создают поле, направленное навстречу исходному, вызывая ослабление, повышающее вместимость конструкции.

Диэлектрик конденсатора

Таблицы показывают: бумага, керамика выглядят не лучшими материалами. Значения серной кислоты достигают 150 единиц, почти на два порядка выше. Причем в чистом виде вещество признано изолятором. Вероятно, настанет день, когда принцип действия конденсатора будет реализован не раствором, а серной кислотой. Известные свинцовые аккумуляторы по-другому запасают энергию (реакция). Рассмотренные варианты не единственные, распространены шире.

Глобально конденсаторы поделим двумя семействами:

1. Электролитические (полярные).
2. Неполярные.

Рассказывали обустройство первых. Разница ограничивается материалом обкладок. Оксид титана снабжен диэлектрической проницаемостью близкой сотне. Понятно, материал предпочтительней для создания высококлассных изделий. Стоимость кусается. Титанат бария демонстрирует диэлектрическую проницаемость повыше. Практически любой конденсатор сформирован обкладками. Диэлектрик добавляет емкости изделию. Чаще лучшие модели конденсаторов содержат ценные металлы: палладий, платину.

Маркировка, технические характеристики конденсаторов

Маркировка конденсаторов содержит параметр максимально допустимого рабочего напряжения. Обозначение приводится согласно ГОСТ 25486, затем уточнения достигают отраслевых стандартов. Например, номинал проставляется согласно ГОСТ 28364. Отдельного стандарта по электролитическим конденсаторам найти практически невозможно. Однако авторы сделали, читателям предлагаем проштудировать ГОСТ 27550. На корпусе любые виды конденсаторов содержат маркировку:

Маркировка корпуса

• Логотип изготовителя.
• Тип конденсатора.

Сложно сказать определенно, большинство электролитических конденсаторов снабжены маркировкой-литерой К, несколькими цифрами, часто разделенными дефисом. Следуя логике, найдем в интернете соответствующий стандарт либо другие материалы.

• По правилам ГОСТ 28364, номинал состоит из 3-5 символов, присутствует буква.

П означает приставку пико, н – нано, мк – микро. Если номинал дополнен дробной частью, занимает последнее место, вослед литере. Емкостной ряд (неполный) значений приводится ГОСТ 28364 на примерах. Выполняются нормы этого стандарта практически? Не для электролитических конденсаторов. Вызвано, по-видимому, большими номиналами. Запросто на К50-6 встретите надпись наподобие 2000 мкФ. Согласно ГОСТ 28364, должно выглядеть наподобие 2м0.

Для электролитических конденсаторов применяется ГОСТ 11076. Наряду с кодированными обозначениями (ГОСТ 28364) допускается традиционная запись (2000 мкФ). Видите, назначение конденсаторов часто определяет способ маркировки. Электролитические часто выступают составной частью фильтров цепи питания. Здесь нужен больший номинал, функциональность сильно отличается принципа действия конденсаторов разделительных ветвей цепей переменного тока.

• Если по былым нормам рабочее напряжение маркировкой конденсатора ставилось на первое место, в современных моделях наоборот. Обозначение выражено вольтами.

Обозначения электролитического конденсатора

Подразумевается рабочее напряжение, не пробивное. Конденсаторные установки легко сгорают, сожженные повышенными значениями. Тоньше слой диэлектрика, проще происходит пробой. Существует противоречие между дистанцией, разделяющей обкладки (меньше – выше номинал) и желанием повысить рабочее напряжение.

• Допустимое отклонение емкости чаще замалчиваются.

Процесс старения выводит номинал за рабочие пределы. Можно сказать, что то, для чего нужен конденсатор, не изготовишь при помощи просроченных изделий. Однако радиолюбители делают по-своему. Прозванивают конденсатор, определяют новый номинал, заручившись помощью тестера, пользуются.

• Литера В стоит для конденсаторов всеклиматического исполнения.
• Перед зарядкой конденсатора попробуйте понять, полярный ли (электролитический).

Изделие способно взорваться. Разумеется, полярный конденсатор нельзя включать в цепь переменного тока. Единого типа маркировки не предусмотрено, оговаривается бумаги: требования могут быть указаны отраслевыми техническими условиями. Например, знаки плюса/минуса. На импортных изделиях отрицательный полюс помечается светлой полосой темного корпуса.

• Обозначение довершается датой выпуска (месяц, год), ценой.

Понятно, последнее при современных экономических условиях неактуально.

Обратите внимание, конденсатор способен долго хранить заряд. Чревато опасностью получить удар током. Любой ремонтник, работающий с радиоаппаратурой, знает: началу ремонта импульсного блока питания предшествует процесс разрядки конденсатора.

Чаще делается при помощи запрещенной стандартами лампочки, вкрученной в патрон. Два оголенных провода замыкают на токонесущие части цепи, импульс на короткое время зажигает спираль.

Кстати, конструкцию часто вставляют взамен предохранителей, чтобы понять, по-прежнему ли ток велик в цепи (означает наличие неисправности, вызывает необходимость дальнейшей диагностики).

Выявление неисправности конденсатора требует сноровки, при наличии специфических знаний осуществимо. Нужно иметь на руках простейший мультиметр. Уже рассказывали, как проверить конденсатор при помощи тестера, направляем читателей на соответствующий обзор, сами с позволения почтенной публики спешим откланяться.

Источник: https://vashtehnik.ru/elektrika/princip-raboty-kondensatora-i-ego-texnicheskie-xarakteristiki.html

Конденсаторы для «чайников»

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 εr использованного диэлектрика, что в результате привело к появлению в продаже различных конденсаторов, использующих разные диэлектрические материалы для достижения больших ёмкостей или улучшения характеристик напряжения.

Паразитные индуктивность и сопротивление реального конденсатора С использованием диэлектриков в конденсаторах есть одна проблемка, наряду с тем, что диэлектрик с нужными характеристиками обладает неприятными побочными эффектами. У всех конденсаторов есть небольшие паразитные сопротивление и индуктивность, которые иногда могут влиять на его работу. Электрические постоянные меняются от температуры и напряжения, пьезоэлектричества или шума. Некоторые конденсаторы стоят слишком дорого, у некоторых существуют состояния отказа. И вот мы подошли к основной части статьи, в которой расскажем о разных типах конденсаторов, и об их свойствах, полезных и вредных. Мы не будем освещать все возможные технологии, хотя большинство обычных мы опишем.

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 личные сообщения сайта. Спасибо.

Источник: https://habr.com/ru/post/369421/

Электролитический конденсатор: основные параметры прибора, как работает и от чего зависит большая ёмкость

В конструкциях подавляющего количества электроприборов присутствует электролитический конденсатор. Телевизоры, радио, аудиотехника, стиральные машины, кондиционеры, компьютеры, принтеры — вот далеко не полный перечень приборов, оснащённых таким конденсатором. Достаточно широкое применение прибор нашёл не только в бытовых устройствах, используемых в повседневной жизни, но также в промышленной, военной и строительной сфере.

Широкий спектр применения электролитических конденсаторов обусловлен их высокими функциональными свойствами и простотой конструкции. При относительно небольших размерах они обладают достаточно большой ёмкостью. Система стандартного конденсатора из алюминия состоит из:

1. Двух бумажных лент. Для их изготовления используется особая конденсаторная бумага, пропитанная составом, проводящим электрический ток.
2. Двух алюминиевых полосок. Фольга для их производства обрабатывается специальным образом.

Все полоски скручены в единый рулон. Роль активного элемента выполняют выводы, соединённые с электродами и оснащённые уплотнителем. Вся конструкция заключена в имеющий форму цилиндра алюминиевый корпус. На основе этой системы производится несколько видов моделей:

• с выводами, расположенными в одном направлении;
• с повышенной механической прочностью крепления;
• для поверхностного монтажа.

Стадии производства

Все электролитические конденсаторы большой ёмкости изготавливаются в соответствии с выверенной технологией. Производственный процесс состоит из нескольких важных этапов:

1. Травление фольги. Таким термином принято обозначать процедуру увеличения эффективной площади поверхности. Увеличение площади становится возможным за счёт электрохимической коррозии либо химической эрозии. Пульсирующий ток в совокупности с определённой температурой и составом электролита меняет форму, размер фольги и число микроскопических каналов на её поверхности.
2. Образование оксидного слоя. Анодная фольга, прошедшая процедуру травления, подвергается окислению, т. е. на неё воздействуют раствором солей аммония, фосфорной или борной кислотой (в случае с высоковольтными конденсаторами). В некоторых случаях на катодной фольге тоже наращивают слой оксида алюминия Al2O3.
3. Нарезка. Из бумаги и прошедшей необходимую обработку фольги вырезают полоски заданной длины и ширины.
4. Присоединение выводов. С электродами их соединяют с помощью холодной или точечной сварки.
5. Пропитывание. Производится с целью заполнения электролитом пор конденсаторной бумаги. Перед этим электролитический конденсатор под давлением освобождается от влаги. В порах должен находиться определённый объём электролита. Его избыток удаляют, поместив элементы в центрифугу. Во избежание потери электролита внутрь устройства устанавливают резиновые уплотнители.

Заключительная стадия производства представляет собой сборку всех деталей в единый прибор, покрытый защитным корпусом из алюминия и изолирующей оболочкой. Ещё одним обязательным этапом является проверка на наличие повреждений оксидного слоя и его восстановление.

Основные характеристики

Устройство конденсатора легче всего представить в виде упрощённого описания. На нём можно увидеть основные параметры электролитических конденсаторов:

1. Ёмкость. Этот показатель находится в прямой зависимости от температуры. Падение температуры (до нулевого значения и ниже) приводит к тому, что вязкость электролитного состава (как и сопротивление в микроскопических порах фольги) увеличивается, приводя к уменьшению объёма. Увеличение температуры выше 20 градусов, наоборот, ведёт к расширению деталей и общей ёмкости прибора. Также величина этого показателя зависит от частоты. Частота и амплитуда переменного напряжения, поданного на прибор, помогают определить его ёмкость.
2. Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Его размер и взаимосвязь с другими величинами определяется по формуле ESR=(tan δ)/(2*π*f* ESС). Угол δ образуется между вектором напряжения конкретного конденсатора и вектором напряжения на идеальной ёмкости. Tan δ представляет собой частное от деления активной мощности на реактивную мощность (при синусоидальной форме напряжения).
3. Полное сопротивление (импеданс) получается в результате суммарного действия ёмкости оксидного слоя, активного сопротивления бумажного сепаратора и электролита, ёмкости пропитанного электролитом сепаратора, индуктивности обмоток и выводов конденсатора.

Еще одна важная характеристика — это показатель тока, пропущенного через диэлектрический слой оксида на положительном электроде. Если конденсатор долгое время не получал напряжения, величина тока утечки будет высокой. Это свидетельствует о разрушении слоя оксида алюминия.

Разновидности конденсаторов

Неотъемлемой составляющей прибора и залогом его эффективной работы является наличие электролита между пластинами. В зависимости от того, какой состав выполняет эту функцию, конденсаторы бывают:

• сухие;
• жидкостные;
• оксидно-металлические;
• оксидно-полупроводниковые.

Отличительная особенность оксидно-полупроводниковых устройств заключается в том, что роль катода в них выполняет полупроводник, нанесённый непосредственно на оксид алюминия. Анод может быть изготовлен как из алюминия, так и из тантала, ниобия или спечённого порошка.

Наличие катода и анода свидетельствует о том, что электролитический конденсатор относится к разряду полярных приборов. Его работа возможна при прохождении тока только в одну сторону. Для работы в электрических цепях с синусоидным током были разработаны неполярные электролиты. В ходе их производства используются дополнительные элементы, значительно увеличивающие размеры и цену готовых устройств.

Отдельной разновидностью устройства, обеспечивающего протекание электрохимических процессов, считается ионистор. Его принцип действия основывается на соприкосновении электролита с обкладкой, в результате чего образуется двойной электрический слой. Подобная конструкция позволяет использовать ионистор не только по его прямому назначению, но и как химический источник электроэнергии.

Набранная за короткое время ёмкость ионистора может сохраняться долго. При напряжении около десяти вольт ёмкость может доходить до нескольких фарад. При оптимально подобранном сочетании напряжения и температурного режима его рабочий ресурс может достичь 40 тысяч часов. Однако колебание заданных изначально характеристик спровоцирует снижение срока службы в несколько десятков раз (до 500 часов).

Область использования ионисторов широка. Их задействуют для резервирования разных источников питания. Они успешно применяются в солнечных батареях, радиоаппаратуре для автомобилей и «умных домах».

Источник: https://220v.guru/elementy-elektriki/kondensatory/ustroystvo-elektroliticheskogo-kondensatora-bolshoy-emkosti.html

Назначение конденсатора и принцип его работы

Июль 19, 2014

34080 просмотров

Конденсатор (от латинского слова «condensare» — «уплотнять», «сгущать») — это двухполюсное устройство с определённой величиной или переменным значением ёмкости и малой проводимостью, которое способно сосредотачивать, накапливать и отдавать другим элементам электрической цепи заряд электрического тока.

Конденсатор или как его еще называют сокращенно просто «кондер» — это элемент электрической цепи, состоящий в самом простом варианте из двух электродов в форме пластин (или обкладок), которые накапливают противоположные разряды и поэтому они разделены между собой диэлектриком малой толщины по сравнению с размерами самих электропроводящих обкладок.На практике же, все выпускаемые конденсаторы представляют собой многослойные рулоны лент электродов в форме цилиндра или параллелепипеда, разделенных между собой слоями диэлектрика.

Принцип работы конденсатора

По принципу работы он схож с батарейкой только на первый взгляд, но все же он сильно отличается от него по принципу и скорости заряда-разряда, максимальной емкости.

Заряд конденсатора. В момент подключения к источнику питания оказывается больше всего места на электродах, поэтому и ток будет зарядки максимальным, но по мере накопления заряда, ток будет уменьшаться и пропадет полностью после полного заряда.

При зарядке на одной пластине будут собираться отрицательно заряженные частицы- электроны, а на другой – ионы, положительно заряженные частицы. Диэлектрик выступает препятствием для их перескакивания на противоположную сторону конденсатора.

При зарядке растет и напряжение с нуля перед началом зарядки и достигает в самом конце максимума, равного напряжению источника питания.

Разрядка конденсатора. Если после окончания зарядки отключить источник питания и подключить нагрузку R, то он сам превратится в источник тока. При подключении нагрузки образовывается цепь между пластинами.

Отрицательно заряженные электроны двинуться через нагрузку к положительно заряженных ионам на другой пластине по закону притяжения между разноименными зарядами.

В момент подключения нагрузки, начальный ток по закону Ома будет равняться величине напряжения на электродах (равного в конце зарядке конденсатора напряжению источника питания), разделенному на сопротивление нагрузки.
После того как пошел ток, конденсатор начинает постепенно  терять заряд или разряжаться.

Одновременно с этим начнет снижаться величина напряжения, соответственно по закону Ома и ток. В то же время чем выше уровень разряда обкладок, тем ниже будет скорость падения напряжения и силы тока. Процесс завершится после того, как напряжение на электродах конденсатора станет равно нулю.

Время зарядки конденсатора на прямую зависит от величины его емкости. Чем большей она величины, тем дольше будет проходить по цепи большее количество заряда.

Время разрядки зависит от величины подключенной нагрузки. Чем больше подключено сопротивление R, тем меньше будет ток разрядки.

Для чего нужен конденсатор

Конденсаторы широко используются во всех электронных и радиотехнических схемах. Они вместе с транзисторами и резисторами являются основой радиотехники.

Применение конденсаторов в электротехнических устройствах и бытовой технике:

• Важным свойством конденсатора в цепи переменного тока является его способность выступать в роли емкостного сопротивления (индуктивное у катушки). Если подключить последовательно конденсатор и лампочку к батарейке, то она не будет светиться. Но если подключить к источнику переменного тока, то она загорится. И светиться будет тем ярче, чем выше емкость конденсатора. Благодаря этому свойству они широко применяются в качестве фильтра, который способен довольно успешно подавлять  ВЧ и НЧ помехи, пульсации напряжения и скачки переменного тока.
• Благодаря способности конденсаторов долгое время накапливать заряд и затем быстро разряжаться в цепи с малым сопротивлением для создания импульса, делает их незаменимыми при производстве фотовспышек, ускорителей электромагнитного типа, лазеров и т. п.
• Способность конденсатора накапливать и сохранять электрический заряд на продолжительное время, сделало возможным использование его в элементах для сохранения информации. А так же в качестве источника питания для маломощных устройств. Например, пробника электрика, который достаточно вставить в розетку на пару секунд пока не зарядится в нем встроенный конденсатор и затем можно целый день прозванивать цепи с его помощью. Но к сожалению, конденсатор значительно уступает в способности накапливать электроэнергию аккумуляторной батареи из-за токов утечки (саморазряда) и неспособности накопить электроэнергию большой величины.
• Конденсаторы используются при подключении электродвигателя 380 на 220 Вольт. Он подключается к третьему выводу, и благодаря тому что он сдвигает фазу на 90 градусов на третьем выводе- становится возможным использования трехфазного мотора в однофазной сети 220 Вольт.
• В промышленности конденсаторные установки применяются для компенсации реактивной энергии.

В следующей статье мы рассмотрим подробно основные характеристики и типы конденсаторов.

Источник: http://jelektro.ru/elektricheskie-terminy/primenenie-naznachenie-kondensatora.html