Конденсатор электролитический применение: Электролитические конденсаторы: особенности применения

Электролитический конденсатор | это… Что такое Электролитический конденсатор?

Основа конструкции конденсатора — две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик

Слева — конденсаторы для поверхностного монтажа; справа — конденсаторы для объёмного монтажа; сверху — керамические; снизу — электролитические.

Различные конденсаторы для объёмного монтажа

Конденса́тор — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

Содержание 1 История 2 Свойства конденсатора 3 Обозначение конденсаторов на схемах 4 Характеристики конденсаторов 4.1 Основные параметры 4. 1.1 Ёмкость 4.1.2 Удельная ёмкость 4.1.3 Номинальное напряжение 4.1.4 Полярность 4.2 Паразитные параметры 4.2.1 Электрическое сопротивление изоляции конденсатора — r 4.2.2 Эквивалентное последовательное сопротивление — R 4.2.3 Эквивалентная последовательная индуктивность — L 4.2.4 Тангенс угла потерь 4.2.5 Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ) 4.2.6 Диэлектрическое поглощение 5 Классификация конденсаторов 6 Применение конденсаторов 7 Внешние ссылки 8 Смотри также 9 Ссылки

История

В 1745 году в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и голландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — «лейденскую банку».

Свойства конденсатора

Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течет, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора.

В терминах метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом

,

где — мнимая единица, — частота^[1] протекающего синусоидального тока, — ёмкость конденсатора. Отсюда также следует, что реактивное сопротивление конденсатора равно: . Для постоянного тока частота равна нулю, следовательно, реактивное сопротивление конденсатора бесконечно (в идеальном случае).

При изменении частоты изменяются диэлектрическая проницаемость диэлектрика и степень влияния паразитных параметров — собственной индуктивности и сопротивления потерь. На высоких частотах любой конденсатор можно рассматривать как последовательный колебательный контур, образуемый ёмкостью , собственной индуктивностью и сопротивлением потерь .

Резонансная частота конденсатора равна

При конденсатор в цепи переменного тока ведёт себя как катушка индуктивности. Следовательно, конденсатор целесообразно использовать лишь на частотах , на которых его сопротивление носит ёмкостный характер. Обычно максимальная рабочая частота конденсатора примерно в 2—3 раза ниже резонансной.

Конденсатор может накапливать электрическую энергию. Энергия заряженного конденсатора:

где — напряжение (разность потенциалов), до которого заряжен конденсатор.

Обозначение конденсаторов на схемах

В России условные графические обозначения конденсаторов на схемах должны соответствовать ГОСТ 2.728-74^[2] либо международному стандарту IEEE 315-1975:

Обозначение по ГОСТ 2.728-74	Описание
	Конденсатор постоянной ёмкости
	Поляризованный конденсатор
	Подстроечный конденсатор переменной ёмкости

На электрических принципиальных схемах номинальная ёмкость конденсаторов обычно указывается в микрофарадах (1 мкФ = 10⁶ пФ) и пикофарадах, но нередко и в нанофарадах. При ёмкости не более 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом допустимо не указывать единицу измерения, т.е. постфикс «пФ» опускают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения (пикоФарад). Для электролитических конденсаторов, а также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала ёмкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах (В) или киловольтах (кВ). Например так: «10 мк x 10 В». Для переменных конденсаторов указывают диапазон изменения ёмкости, например так: «10 – 180». В настоящее время изготавливаются конденсаторы с номинальными ёмкостями из десятичнологарифмических рядов значений Е3, Е6, Е12, Е24, т.е. на одну декаду приходится 3, 6, 12, 24 значения, так, чтобы значения с соответствующим допуском (разбросом) перекрывали всю декаду.

Характеристики конденсаторов

Основные параметры

Ёмкость

Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q = CU). Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до сотен микрофарад. Однако существуют конденсаторы с ёмкостью до десятков фарад.

Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью каждая, расположенных на расстоянии друг от друга, в системе СИ выражается формулой: , где — относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между пластинами (эта формула справедлива, лишь когда много меньше линейных размеров пластин).

Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

или

Если у всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние между обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно представить как один большой конденсатор, разделённый на фрагменты меньшей площади.

При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна

или

Эта ёмкость всегда меньше минимальной ёмкости конденсатора, входящего в батарею. Однако при последовательном соединении уменьшается возможность пробоя конденсаторов, так как на каждый конденсатор приходится лишь часть разницы потенциалов источника напряжения.

Если площадь обкладок всех конденсаторов, соединённых последовательно, одинакова, то эти конденсаторы можно представить в виде одного большого конденсатора, между обкладками которого находится стопка из пластин диэлектрика всех составляющих его конденсаторов.

Удельная ёмкость

Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью — отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.

Номинальное напряжение

Другой, не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах.

Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается.

Полярность

Конденсаторы, разрушившиеся без взрыва из-за температуры и напряжения, не соответствующих рабочим.

Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.

Взрывы электролитических конденсаторов — довольно распространённое явление. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением эквивалентного последовательного сопротивления вследствие старения (актуально для импульсных устройств). Для уменьшения повреждений других деталей и травматизма персонала в современных конденсаторах большой ёмкости устанавливают клапан или выполняют насечку на корпусе (часто можно заметить её в форме буквы X, K или Т на торце). При повышении внутреннего давления открывается клапан или корпус разрушается по насечке, испарившийся электролит выходит в виде едкого газа, и давление спадает без взрыва и осколков.

Паразитные параметры

Реальные конденсаторы, помимо ёмкости, обладают также собственными сопротивлением и индуктивностью. С высокой степенью точности, эквивалентную схему реального конденсатора можно представить следующим образом:

— собственная ёмкость конденсатора; — сопротивление изоляции конденсатора; — эквивалентное последовательное сопротивление; — эквивалентная последовательная индуктивность.

Электрическое сопротивление изоляции конденсатора —

r

Сопротивление изоляции — это сопротивление конденсатора постоянному току, определяемое соотношением r = U / I_ут , где U — напряжение, приложенное к конденсатору, I_ут — ток утечки.

Эквивалентное последовательное сопротивление —

R

Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR) обусловлено главным образом электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контакта(-ов) между ними, а также потерями в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор.

В большинстве случаев этим параметром можно пренебречь, но иногда (напр., в случае использования электролитических конденсаторов в фильтрах импульсных блоков питания) достаточно малое его значение может быть жизненно важным для надёжности устройства (см., напр., Capacitor plague(англ.)).

Эквивалентная последовательная индуктивность —

L

Эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. На низких частотах (до единиц килогерц) обычно не учитывается в силу своей незначительности.

Тангенс угла потерь

Тангенс угла потерь — отношение мнимой и вещественной части комплексной диэлектрической проницаемости.

Потери энергии в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и обкладках. При протекании переменного тока через конденсатор векторы напряжения и тока сдвинуты на угол , где — угол диэлектрических потерь. При отсутствии потерь . Тангенс угла потерь определяется отношением активной мощности P_а к реактивной P_р при синусоидальном напряжении определённой частоты. Величина, обратная , называется добротностью конденсатора. Термины добротности и тангенса угла потерь применяются также для катушек индуктивности и трансформаторов.

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)

ТКЕ — относительное изменению емкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (Кельвина). Таким образом значение ёмкости от температуры представляется линейной формулой:

,

где ΔT — увеличение температуры в °C или °К относительно нормальных условий, при которых специфицировано значение ёмкости. TKE применяется для характеристики конденсаторов со значительной линейной зависимостью ёмкости от температуры. Однако ТКЕ определяется не для всех типов конденсаторов. Конденсаторы, имеющие нелинейную зависимость емкости от температуры, и конденсаторы с большими уходами емкости от воздействия температуры окружающей среды в обозначении имеют указание на относительное изменение емкости в рабочем диапазоне температур.

Диэлектрическое поглощение

Если заряженный конденсатор быстро разрядить до нулевого напряжения путём подключения низкоомной нагрузки, а затем снять нагрузку и наблюдать за напряжением на выводах конденсатора, то мы увидим, что напряжение медленно повышается. Это явление получило название диэлектрическое поглощение или адсорбция электрического заряда. Конденсатор ведёт себя так, словно параллельно ему подключено множество последовательных RC-цепочек с различной постоянной времени. Интенсивность проявления этого эффекта зависит в основном от свойств диэлектрика конденсатора. Подобный эффект можно наблюдать и на большинстве электролитических конденсаторов, но в них он является следствием химических реакций между электролитом и обкладками. Наименьшим диэлектрическим поглощением обладают конденсаторы с органическими диэлектриками: тефлон (фторопласт), полистирол, полиэтилентерефталат, поликарбонат.

Классификация конденсаторов

Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др.

По виду диэлектрика различают:

• Конденсаторы вакуумные (обкладки без диэлектрика находятся в вакууме).
• Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
• Конденсаторы с жидким диэлектриком.
• Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.
• Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.
• Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего своей огромной удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах) или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спеченного порошка.

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:

• Постоянные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы).
• Переменные конденсаторы — конденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термо­конденсаторы). Применяются, например, в радиоприемниках для перестройки частоты резонансного контура.
• Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных ёмкостей сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение ёмкости.

В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляюшие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

Применение конденсаторов

Конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники.

• Конденсаторы (совместно с катушками индуктивности и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п..

• При быстром разряде конденсатора можно получить импульс большой мощности, например, в фотовспышках, импульсных лазерах с оптической накачкой, генераторах Маркса, (ГИН; ГИТ), генераторах Кокрофта-Уолтона и т. п.

• Так как конденсатор способен длительное время сохранять заряд, то его можно использовать в качестве элемента памяти или устройства хранения электрической энергии.

• В промышленной электротехнике конденсаторы используются для компенсации реактивной мощности и в фильтрах высших гармоник.

• Измерительный преобразователь (ИП) малых перемещений: малое изменение расстояния между обкладками очень заметно сказывается на ёмкости конденсатора.
• ИП влажности воздуха (изменение состава диэлектрика приводит к изменению емкости)
• ИП влажности древесины

• В схемах РЗиА конденсаторы используются для реализации логики работы некоторых защит. В частности, в схеме работы АПВ использование конденсатора позволяет обеспечить требуемую кратность срабатывания защиты.

Внешние ссылки

• Описание работы конденсатора и емкости на аналогии с водопроводом.
• Статические конденсаторы для компенсации реактивной мощности
• Программа для расчёта реактивного сопротивления конденсатора

Смотри также

• Электрический импеданс
• Ионистор
• Переходный процесс
• Схемы на переключаемых конденсаторах

Ссылки

1. ↑ Частота в радианах в секунду.
2. ↑ ГОСТ 2.728-74 (2002)

Конденсаторы.Характеристики различных типов конденсаторов.

Электрические характеристики конденсаторов зависят от их конструкции и свойств применяемых материалов. Выбирая конденсаторы для разработки конкретного устройства необходимо учитывать следующие параметры: а) Требуемое значение емкости конденсатора (мкФ, нФ, пФ). б) Рабочее напряжение конденсатора (то максимальное значение напряжения, при котором конденсатор может работать длительно без изменения своих параметров). в) Требуемую точность (возможный разброс значений емкости конденсатора). г) температурный коэффициент емкости (зависимость емкости конденсатора от температуры окружающей среды), д) стабильность конденсатора, е) ток утечки диэлектрика конденсатора при номинальном напряжении и данной температуре. (Может быть указано сопротивление диэлектрика конденсатора.) В табл. 1 — 3 приведены основные характеристики конденсаторов различных типов. Таблица 1. Характеристики керамических, электролитических конденсаторов и конденсаторов на основе металлизированной пленки. Параметр конденсатора Тип конденсатора Кера- мический Электро- литический На основе металли- зированной пленки Диапазон изменения емкости конденсаторов От 2,2 пФ до 10 нФ От 100 нФ до 68000 мкФ 1 мкФ до 16 мкФ Точность (разброс значений емкости), % ± 10 и ±20 ±10 и ±50 ±20 Рабочее напряжение конденсаторов, В 50 — 250 6,3 — 400 250 — 600 Стабильность конденсатора Достаточная Плохая Достаточная Диапазон изменения температуры окружающей среды, оС От -85 до +85 От -40 до +85 От -25 до +85 В керамических конденсаторах диэлектриком является высококачественная керамика: ультрафарфор,тиконд,ультрастеатит и др. Обкладкой служит слой серебра, нанесенный на поверхность. Керамические конденсаторы применяются в разделительных цепях усилителей высокой частоты. В электролитических полярных конденсаторах диэлектриком служит слой оксида, нанесенный на металлическую фольгу. Другая обкладка образуется из пропитанной электролитом бумажной ленты. В твердотельных оксидных конденсаторах жидкий диэлектрик заменен специальным токопроводящим полимером. Это позволяет увеличить срок службы(и надежность). Недостатками твердотельных оксидных конденсаторов являются более высокая цена и ограничения по напряжению(до 35 в). Оксидные электролитические и твердотельные конденсаторы отличаются большой емкостью, при относительно малых размерах. Эта их особенность определяется тем, что толщина оксида — диэлектрика очень мала. При включении оксидных конденсаторов в цепь, необходимо соблюдать полярность. В случае нарушения полярности, электролитические конденсаторы взрываются, твердотельные — просто выходят из строя. Что бы полностью избежать возможности взрыва(у электролитических конденсаторов), некоторые модели снабжаются предохранительными клапанами(отсутствуют у твердотельных). Область применения оксидных (электролитических и твердотельных) конденсаторов — разделительные цепи усилителей звуковой частоты, сглаживающие фильтры источников питания постоянного тока. Конденсаторы на основе металлизированной пленки применяются в высоковольтных источниках электропитания. Таблица 2. Характеристики слюдяных конденсаторов и конденсаторов на основе полиэстера и полипропилена. Параметр конденсатора Тип конденсатора Слюдяной На основе полиэстера На основе поли- пропилена Диапазон изменения емкости конденсаторов От 2,2 пФ до 10 нФ От 10 нФ до 2,2 мкФ От 1 нФ до 470 нФ Точность (разброс значений емкости), % ± 1 ± 20 ± 20 Рабочее напряжение конденсаторов, В 350 250 1000 Стабильность конденсатора Отличная Хорошая Хорошая Диапазон изменения температуры окружающей среды, оС От -40 до +85 От -40 до +100 От -55 до +100 Слюдяные конденсаторы изготавливаются путем прокладывания между обкладками из фольги слюдяных пластин, или наоборот — металлизацией слюдяных пластин. Слюдяные конденсаторы находят применение в звуковоспроизводящих устройствах, фильтрах высокочастотных помех и генераторах. Конденсаторы на основе полиэстера — это конденсаторы общего назначения, а конденсаторы на основе полипропилена применяются в высоковольтных цепях постоянного тока. Таблица 3. Характеристики слюдяных конденсаторов на основе поликарбоната, полистирена и тантала. Параметр конденсатора Тип конденсатора На основе поликарбоната На основе полистирена На основе тантала Диапазон изменения емкости конденсаторов От 10 нФ до 10 мкФ От 10 пФ до 10 нФ От 100 нФ до 100 мкФ Точность (возможный разброс значений емкости конденсатора), % ± 20 ± 2,5 ± 20 Рабочее напряжение конденсаторов, В 63 — 630 160 6,3 — 35 Стабильность конденсатора Отличная Хорошая Достаточная Диапазон изменения температуры окружающей среды, оС От -55 до +100 От -40 до +70 От -55 до +85 Конденсаторы на основе поликарбоната используются в фильтрах, генераторах и времязадающих цепях. Конденсаторы на основе полистирена и тантала используются тоже, во времязадающих и разделительных цепях. Они считаются конденсаторами общего назначения. В металлобумажных конденсаторах общего назначения, обкладки изготавливаются путем напыления металла на бумагу пропитанную специальным составом и покрытые тонким слоем лака. Небольшие замечания и советы по работе с конденсаторами. Необходимо помнить, что следует выбирать конденсаторы с повышенным номинальным напряжением при возрастании температуры окружающей среды,создавая больший запас по напряжению, для обеспечения высокой надежности. Если задано максимальное постоянное рабочее напряжение конденсатора, то это относится к максимальной температуре (при отсутствии дополнительных оговорок). Поэтому, конденсаторы всегда работают с определенным запасом надежности. И все-же, желательно обеспечивать их реальное рабочее напряжение на уровне 0,5—0,6 номинального. Если для конденсатора оговорено предельное значение переменного напряжения, то это относится к частоте (50-60) Гц. Для более высоких частот или в случае импульсных сигналов следует дополнительно снижать рабочие напряжения во избежание перегрева приборов из-за потерь в диэлектрике. Конденсаторы большой емкости с малыми токами утечки способны долго сохранять накопленный заряд после выключения аппаратуры. Что бы обеспечить более быстрый их разряд, для большей безопасности, следует подключить параллельно конденсатору резистор сопротивлением 1 МОм (0,5 Вт). В высоковольтных цепях нередко применяют последовательное включение конденсаторов. Для выравнивания напряжений на них, необходимо параллельно каждому конденсатору дополнительно подключить резистор сопротивлением от 220 к0м до 1 МОм. Для защиты от помех, в цифровых устройствах применяется шунтирование по питанию с помощью пары — электролитический конденсатор большей емкости + слюдяной, либо керамический — меньшей. Электролитический конденсатор шунтирует низкочастотные помехи, а слюдяной( или керамический) — высокочастотные. Использование каких — либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт «Электрика это просто».

Электролитический конденсатор — алюминиевый электролитический » Electronics Notes

Электролитический конденсатор используется там, где требуются высокие уровни емкости, но для обеспечения длительной надежной работы он должен использоваться правильно и в соответствии с его спецификациями.

---

Учебное пособие по конденсаторам Включает:
Использование конденсаторов
Типы конденсаторов
Электролитический конденсатор
Керамический конденсатор
Танталовый конденсатор
Пленочные конденсаторы
Серебряный слюдяной конденсатор
Суперконденсатор
Конденсаторы для поверхностного монтажа
Технические характеристики и параметры
Как купить конденсаторы — советы и подсказки
Коды и маркировка конденсаторов
Таблица преобразования

---

Электролитические конденсаторы являются одним из основных элементов конденсаторной промышленности и используются в огромных количествах как в качестве устройства с выводами, так и в виде поверхностного монтажа.

Электролитические конденсаторы являются наиболее популярным типом свинцовых конденсаторов для номиналов более 1 мкФ и имеют один из самых высоких уровней емкости для данного объема.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

используются уже много лет — таким образом, они стали постоянным компонентом многих конструкций.

Выбор освинцованных алюминиевых электролитических конденсаторов

Электролитические конденсаторы широко используются в качестве компонентов с выводами, часто в приложениях от источников питания до аудиосистем, где могут использоваться устройства с выводами. Первоначально алюминиевые электролитические конденсаторы не были популярны в формате технологии поверхностного монтажа, поскольку уровни тепла, возникающие во время пайки, могли их повредить. В настоящее время широко используются электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа, которые обеспечивают хороший уровень надежности.

Электролитический конденсатор ранней разработки

Электролитический конденсатор используется уже много лет. Его раннее развитие и историю можно проследить до самых первых дней существования радио примерно в то время, когда делались первые развлекательные передачи.

В то время беспроводные комплекты Valve были очень дорогими, и они должны были работать от батареек. Однако с развитием клапана косвенного нагрева или вакуумной трубки стало возможным использовать питание от сети переменного тока.

В то время как нагреватели могли работать от сети переменного тока, питание анода необходимо было выпрямить и сгладить, чтобы предотвратить появление сетевого шума в звуке.

Чтобы иметь возможность использовать конденсатор, который не был слишком большим, Джулиус Лилиенфилд, активно участвовавший в разработке беспроводных устройств для домашнего использования, смог разработать электролитический конденсатор, позволяющий использовать компонент с достаточно высокой емкостью, но разумного размера. беспроводные наборы дня.

Символы электролитических конденсаторов

Электролитический конденсатор представляет собой разновидность поляризованного конденсатора. Символ электролитической цепи указывает на полярность, так как важно убедиться, что конденсатор правильно установлен в цепь и не смещен в обратном направлении.

Варианты схемных символов, используемых для электролитических конденсаторов

Существует множество схемных символов, используемых для электролитических конденсаторов. Первая «1» — это версия, которая обычно используется в европейских принципиальных схемах, в то время как «2» используется во многих схемах США, а «3» можно увидеть на некоторых старых схемах. На некоторых принципиальных схемах не печатается знак «+» рядом с символом, где уже очевидно, какая табличка какая.

Технология электролитических конденсаторов

Как видно из названия, электролитический конденсатор использует электролит (жидкость с ионной проводимостью) в качестве одной из своих пластин для достижения большей емкости на единицу объема, чем у других типов.

Конденсаторы способны увеличивать емкость несколькими способами: повышая диэлектрическую проницаемость; увеличение площади поверхности электрода; и уменьшением расстояния между электродами.

Электролитические конденсаторы используют высокую диэлектрическую проницаемость слоя оксида алюминия на пластине конденсатора, которая в среднем составляет от 7 до 8. Это больше, чем у других диэлектриков, таких как майлар, который имеет диэлектрическую проницаемость 3, и слюда около 6-8.

В дополнение к этому эффективная площадь поверхности внутри конденсаторов увеличена до 120 раз за счет придания шероховатости поверхности алюминиевой фольги высокой чистоты. Это один из ключей к получению очень высоких уровней емкости.

Конструкция электролитического конденсатора

Конденсатор этого типа состоит из двух тонких пленок алюминиевой фольги, один из которых покрыт оксидным слоем в качестве изолятора. Использование алюминиевой фольги привело к тому, что конденсатор часто называют алюминиевым электролитическим конденсатором.

Между ними помещается лист бумаги, пропитанный электролитом, затем две пластины наматываются друг на друга и затем помещаются в банку.

Внутренняя структура электролитического конденсатора

При производстве алюминиевого электролитического конденсатора одним из первых этапов является травление фольги, чтобы сделать ее более шероховатой, чтобы увеличить площадь поверхности и, следовательно, уровень емкости, который можно получить на данной площади.

Следующий процесс — изготовление анода. Это влечет за собой химическое выращивание тонкого слоя оксида алюминия Al 9.0058 2 O ₃ на анодную фольгу, отличающую ее от катода.

Сам элемент конденсатора намотан на намоточной машине. Четыре отдельных слоя: сформированная анодная фольга; бумажный сепаратор, катодная фольга; и бумажный сепаратор собраны и намотаны вместе. Бумажные разделители предотвращают соприкосновение двух электродов и короткое замыкание.

Конструкция электролитического конденсатора

Когда сборка намотана, она обмотана лентой для предотвращения разматывания.

После намотки конденсатор пропитывается электролитом. Это может быть сделано путем погружения и под давлением.

Электролит, используемый в алюминиевых электролитических конденсаторах, представляет собой состав, разработанный для обеспечения требуемых свойств конденсатора — номинальное напряжение, диапазон рабочих температур и тому подобное. Он в основном состоит из растворителя и соли (необходимой для обеспечения электропроводности). Обычные растворители включают этиленгликоль, а обычная соль включает борат аммония и другие соли аммония.

После этого конденсатор помещается в банку, которая запечатывается, чтобы предотвратить испарение электролита.

Основные свойства

Алюминиевые электролитические конденсаторы

обеспечивают гораздо более высокий уровень емкости для данного объема, чем большинство керамических конденсаторов. Это означает, что электролитические конденсаторы высокой емкости могут быть относительно небольшими. Это значительное преимущество во многих случаях.

Электролитические конденсаторы поляризованы, т. е. их можно размещать в цепи только в одну сторону. Если они подключены неправильно, они могут быть повреждены, а в некоторых крайних случаях могут взорваться. Также следует соблюдать осторожность, чтобы не превысить номинальное рабочее напряжение. Обычно они должны работать значительно ниже этого значения.

Электролитический конденсатор имеет широкий допуск. Обычно значение компонента может быть указано с допуском от -50% до +100%. Несмотря на это, они широко используются в аудиоприложениях в качестве разделительных конденсаторов и в сглаживающих устройствах для источников питания. Они плохо работают на высоких частотах и ​​обычно не используются для частот выше 50–100 кГц.

Электрические параметры

При использовании электролитических конденсаторов помимо базовой емкости и емкостного реактивного сопротивления существует ряд важных параметров. При проектировании цепей с использованием электролитических конденсаторов необходимо учитывать эти дополнительные параметры для некоторых конструкций и учитывать их при использовании электролитических конденсаторов.

• Допуск: Электролитические конденсаторы имеют очень широкий допуск. Часто конденсаторы могут быть указаны как -20% и +80%. Обычно это не проблема в таких приложениях, как развязка или сглаживание источника питания и т. д. Однако их не следует использовать в схемах, где важно точное значение.
• ESR Эквивалентное последовательное сопротивление: Электролитические конденсаторы часто используются в цепях с относительно высокими уровнями тока. Кроме того, при некоторых обстоятельствах ток, получаемый от них, должен иметь низкий импеданс источника, например, когда конденсатор используется в цепи питания в качестве накопительного конденсатора. В этих условиях необходимо свериться с техническими данными производителя, чтобы узнать, будет ли выбранный электролитический конденсатор соответствовать требованиям к схеме. Если ESR высокое, то он не сможет обеспечить требуемое количество тока в цепи без падения напряжения в результате ESR, которое будет рассматриваться как сопротивление источника.
• Частотная характеристика:   Одна из проблем с электролитическими конденсаторами заключается в том, что они имеют ограниченную частотную характеристику. Обнаружено, что их ESR увеличивается с частотой, и это обычно ограничивает их использование частотами ниже примерно 100 кГц. Это особенно верно для больших конденсаторов, и даже на меньшие электролитические конденсаторы не следует полагаться на высоких частотах. Чтобы получить точную информацию, необходимо проконсультироваться с данными производителя для данной детали.
• Утечка:   Хотя электролитические конденсаторы имеют намного более высокие уровни емкости для заданного объема, чем большинство конденсаторов других технологий, они также могут иметь более высокий уровень утечки. Это не проблема для большинства приложений, например, когда они используются в источниках питания. Однако в некоторых случаях они не подходят. Например, их нельзя использовать во входных схемах операционного усилителя. Здесь даже небольшая утечка может вызвать проблемы из-за высокого входного импеданса операционного усилителя. Также стоит отметить, что уровни утечки значительно выше в обратном направлении.
• Пульсирующий ток:   При использовании электролитических конденсаторов в сильноточных приложениях, таких как накопительный конденсатор источника питания, необходимо учитывать пульсирующий ток, который может возникнуть. Конденсаторы имеют максимальный пульсирующий ток, который они могут обеспечить. Выше этого они могут стать слишком горячими, что сократит их жизнь. В крайних случаях это может привести к выходу из строя конденсатора. Соответственно, необходимо рассчитать ожидаемый пульсирующий ток и убедиться, что он находится в пределах максимальных значений, указанных производителем.

Маркировка электролитических конденсаторов

Для выведенных версий электролитических конденсаторов обычно имеется место для размещения на корпусе различных параметров. Маркировка обычно предоставляет информацию об их значении емкости, рабочем напряжении, диапазоне температур и, возможно, других параметрах.

Маркировка на алюминиевом электролитическом конденсаторе

Некоторые большие конденсаторы, предназначенные для сглаживания в источниках питания, также могут нести дополнительную информацию. Одним из особенно важных параметров является пульсирующий ток. Если от конденсатора ожидается слишком большой ток, он может чрезмерно нагреться и выйти из строя.

Выводной электролитический конденсатор с маркировкой

Для конденсаторов SMD место ограничено, поэтому детали ограничены и могут содержать только основную информацию.

Подробнее о . . . . Коды и маркировка конденсаторов.

Электролитические конденсаторы поверхностного монтажа

Электролитические конденсаторы в настоящее время все чаще используются в конструкциях, изготовленных с использованием технологии поверхностного монтажа, SMT. Их очень высокие уровни емкости в сочетании с низкой стоимостью делают их особенно полезными во многих областях.

Первоначально они не использовались в особо больших количествах, поскольку не выдерживали некоторых процессов пайки. Теперь улучшенная конструкция конденсатора, а также использование методов оплавления вместо пайки волной припоя позволяют более широко использовать электролитические конденсаторы в формате поверхностного монтажа.

Часто устройства поверхностного монтажа, версии SMD электролитических конденсаторов маркируются номиналом и рабочим напряжением. Используются два основных метода. Один заключается в том, чтобы указать их значение в микрофарадах (мкФ), а другой — использовать код.

При использовании первого метода маркировка 33 6 В будет означать конденсатор емкостью 33 мкФ с рабочим напряжением 6 вольт.

В альтернативной кодовой системе используется буква, за которой следуют три цифры. Буква обозначает рабочее напряжение, указанное в таблице ниже, а три цифры обозначают емкость в пикофарадах. 6 пикофарад. Получается 10 мкФ.

Электролитические конденсаторы SMD Коды напряжения
Письмо	Напряжение
и	2,5
Г	4
Дж	6,3
А	10
С	16
Д	20
Е	25
В	35
Н	50

Срок службы алюминиевых электролитических конденсаторов

Алюминиевые электролитические конденсаторы со временем изнашиваются. Многие электролиты имеют вентиляционное отверстие для выхода избыточных газов. Этот выход может привести к высыханию электролита и падению производительности конденсатора.

Также, если оставить алюминиевые электролитические конденсаторы на несколько лет, то оксидный слой на аноде может рассеяться. В этом случае конденсатор необходимо переполяризовать. Это можно сделать, подав на конденсатор ограниченное по току напряжение. Первоначально ток утечки через конденсатор будет относительно высоким, а затем он упадет по мере образования оксидного слоя.

Также целесообразно принять меры предосторожности, чтобы продлить срок службы конденсатора. Есть четыре золотых наконечника для увеличения срока службы алюминиевого электролитического конденсатора:

• Работа в пределах допустимого напряжения:   Всегда целесообразно запускать любой компонент с хорошим запасом ниже максимальных значений. Многие компании заявляют в своих правилах проектирования, что для электролитических конденсаторов они должны работать примерно на 50% от их максимальных номиналов, чтобы обеспечить оптимальную надежность. Если максимальные пределы превышены, то уровни тока утечки возрастут, и существует вероятность локализованного пробоя, ведущего к взрывному отказу компонента.
• Соблюдать номинальный ток:   Во многих случаях для обеспечения высокого уровня пульсаций тока требуется электролитический конденсатор. Этого следует ожидать в таких приложениях, как использование в качестве сглаживающего конденсатора в источнике питания. Необходимо убедиться, что конденсатор может выдержать требуемый от него ток. Убедитесь, что конденсатор работает в пределах допустимого тока и не перегревается при работе.
• Никогда не смещайте конденсатор в обратном направлении:   При работе с обратным смещением уровни утечки будут намного выше, чем в прямом направлении. Опять же, это может привести к катастрофическим поломкам и неудачам.
• Снижение температуры:   Тепло сокращает срок службы любого алюминиевого электролитического конденсатора. Хорошее эмпирическое правило заключается в том, что каждые 10°C выше 85°C вдвое сокращают ожидаемый срок службы компонента.

Несмотря на то, что алюминиевые электролитические конденсаторы имеют ожидаемый срок службы, его можно увеличить до максимума, если следовать этим правилам и эксплуатировать в пределах своих номинальных значений.

Реформинг алюминиевых электролитических конденсаторов

Может потребоваться переформовка электролитических конденсаторов, которые не использовались в течение шести и более месяцев. Электролитическое воздействие направлено на удаление оксидного слоя с анода, который необходимо восстановить.

В этих условиях нецелесообразно подавать полное напряжение, поскольку ток утечки будет высоким и может привести к рассеиванию большого количества тепла в конденсаторе, что в некоторых случаях может привести к его разрушению.

Для восстановления конденсатора обычным методом является подача рабочего напряжения на конденсатор через резистор около 1,5 кОм или, возможно, меньше для конденсаторов с более низким напряжением. (Обратите внимание, убедитесь, что он имеет достаточную мощность для работы с рассматриваемым конденсатором).

Это должно применяться в течение часа или более, пока ток утечки не упадет до допустимого значения, а напряжение непосредственно на конденсаторе не достигнет приложенного значения, т. е. ток через резистор практически не течет.

Это напряжение следует продолжать подавать еще в течение часа. Затем конденсатор можно медленно разрядить через подходящий резистор, чтобы оставшийся заряд не вызвал повреждения. После восстановления будьте осторожны при использовании конденсатора, чтобы убедиться, что он был полностью восстановлен и может работать правильно.

Обзор электролитических конденсаторов

Краткое описание алюминиевых электролитических конденсаторов
Параметр	Детали
Типовые диапазоны емкости	от 1 мкФ до 47 000 мкФ
Наличие номинального напряжения	Примерно от 2,5В и выше — некоторые специализированные могут иметь напряжение 350В и выше.
Преимущества	Высокая емкость на единицу объема по сравнению с большинством других типов, относительно дешевая по сравнению с другими типами аналогичной стоимости.
Недостатки	Высокие токи утечки, широкие допуски значений, низкое эквивалентное последовательное сопротивление; ограниченный срок службы.

Другие электронные компоненты:
Аккумуляторы
конденсаторы
Соединители
Диоды
полевой транзистор
Индукторы
Типы памяти
Фототранзистор
Кристаллы кварца
Реле
Резисторы
ВЧ-разъемы
Переключатели
Технология поверхностного монтажа
Тиристор
Трансформеры
Транзистор
Клапаны/трубки

    Вернуться в меню «Компоненты». . .

Электролитический конденсатор – использование, особенности, преимущества и недостатки

Конденсатор, в котором правильно используется другой электролит для достижения большей емкости, чем в конденсаторе другой формы, известен как электролитический конденсатор. Это жидкое вещество с очень влиятельной смесью анионных субатомных частиц. Обычно электролитическими конденсаторами называют три различных типа конденсаторов. Они следующие 

• Алюминиевый электролитический конденсатор

• Танталовый электролитический конденсатор

• Ниобиевый электролитический конденсатор

Особый тип электролитических конденсаторов называется суперконденсаторами, способными хранить сотни и тысячи зарядов. Их часто называют двухслойными электролитическими конденсаторами.

Использование электролитического конденсатора

• Все конденсаторы под электролитическим конденсатором нейтрализованы. То есть напряжение анода всегда выше, чем напряжение катода. Из-за способности накапливать большой электрический заряд они в основном используются для передачи сигналов нижних частот. В электроснабжении они глубоко реализованы для фильтрации шума или развязки.

• Иногда они используются для сглаживания ввода и вывода. Они используются в качестве фильтра низких частот, если сигнал является постоянным со слабой составляющей переменного тока.

• Электролитические конденсаторы в основном используются в качестве фильтров в громкоговорителях. Это направлено на снижение вибрации усилителя. Вибрация первого — это электрический звук частотой 50 Гц 60 Гц, исходящий от сети. Это было бы слышно, если бы его расширили.

Характеристики электролитического конденсатора

Давайте обсудим некоторые особенности электролитического конденсатора:

Накопление емкости

Электрические характеристики его в основном зависят от используемого электролита и анода. Способность накапливать электрический заряд электролитических конденсаторов, иметь огромный запас прочности 20% и накапливаться с минимальной скоростью с течением времени. Для этого реализован алюминиевый конденсатор. Чья очень маленькая емкость составляет 47 мкФ, можно ожидать, что она будет иметь значение от 37,6 мкФ до 56,4 мкФ.

Танталовые конденсаторы также способны выдерживать высокое напряжение, но их максимальное рабочее напряжение находится внизу. Поэтому они не могут заменить алюминиевые конденсаторы.

Емкость хранения электрического заряда, ценность и ограничения

Электролит и анод в основном определяются как электрические характеристики устройства. Результаты и способность накапливать электрические заряды зависят от температуры и частоты. Конденсатор с содержанием нетвердых электролитов показывает огромную емкость по температуре и частоте, чем конденсатор с содержанием твердых электролитов. Основной единицей измерения электрической аккумулирующей способности электролитического конденсатора является микрофарад. Значение емкости, которое производители указывают в технических описаниях, известно как номинальная емкость или номинальная емкость. Если значение электрической емкости устройства измеряется на частоте 1 кГц, это будет 10-процентный вычет 100/110 Гц. Температура там будет 200 С.

Допустимое отклонение емкости можно определить как процент допустимого отклонения измеренной емкости от номинального значения. Некоторые конденсаторы очень просты в использовании в соответствии с их сроком службы. Их значения указаны ниже:

• Для серии E3 измеренная емкость и допуск емкости составляют ±20%, буквенный код «M».

• В серии E6 измеренная емкость и допуск составляют ±20%, буквенный код «M».

• Для серии E12 расчетная емкость и допуск составляют ±10%, буквенный код «К».

Преимущества и недостатки электролитических конденсаторов

• Большинство уровней емкости хранения электронных конденсаторов были получены из слоя газа на одной пластине. Это возможно только при привлечении абсолютной полярности.