Современные электролитические конденсаторы, более правильно называть Алюминиевые электролитические конденсаторы, используются в огромных количествах в современной электронике. Они экономически эффективны и могут обеспечить большую емкость на единицу объема, в сравнении с другими типами конденсаторов. Это позволяет их использоваться в цепях, где участвуют большие токи или низкие частоты. Алюминиевые электролитические конденсаторы, как правило, используется в таких областях как аудио усилители всех типов (от Hi-Fi до мобильных телефонов) и в цепях питания.Как и в ситуации с любым другим типом конденсаторов, надо понять их преимущества и ограничения, что позволит вам использовать их наиболее эффективно.
Развитие электролитических конденсаторов
Электролитический конденсатор использовался на протяжении многих лет. Его история можно проследить от тех самых дней когда были сделаны первые голосовые трансляции. В то время, беспроводные ламповые приборы были очень дорогими, к тому-же эти устройства должны были работать от батарей. Однако с дальнейшим развитием вакуумных ламп, стало возможным использовать сеть переменного тока. Это было прекрасное время, для питания ламп от сети переменного тока, требовалось выпрямление и фильтрация анодного напряжения питания, для предотвращения сетевого шума, который пролазил из питания в аудиосигнал. Для того, чтобы иметь возможность использовать конденсатор в радиоприемнике он должен быть не слишком большим, и Юлий Лиленфилд, который активно участвовал в разработке беспроводных приборов для домашнего использования, смог сделать электролитический конденсатор, позволяющий иметь достаточно высокую емкость, при разумном размере, который в дальнейшем и использоваться в радиоприборах.
Символы, обозначающие электролитические конденсаторы
Электролитический конденсатор является формой поляризованного конденсатора. Символ электролитического канала имеет полярность, и это важно, для того чтобы обеспечить правильную установку конденсатора и избежать подключения в обратной полярности.
Символы, используемые для полярных электролитических конденсаторов
Существует множество схематических символов, используемых для электролитических конденсаторов. Первый ‘1’ является той версией, которая, как правило, используется в европейских схемах, в то время как ‘2’ используется во многих американских схемах и ‘3’ можно увидеть на некоторых старых схемах. Некоторые схемы, не печатают знак “+” рядом с символом пластин, где уже очевидно, какая пластина имеет какую полярность.
Технология производства электролитического конденсатора
Как указывает название, в электролитическом конденсаторе используется электролит (ионная проводящая жидкость) в качестве одной из его пластин для достижения большей емкости на единицу объема, чем другие виды конденсаторов. Увеличить емкость конденсаторов можно несколькими способами: увеличением диэлектрической проницаемости; увеличением площади поверхности электрода; и уменьшением расстояния между электродами. Электролитические конденсаторы используют высокую диэлектрическую проницаемость слоя оксида алюминия на пластине конденсатора, которая в среднем от 7 до 8. Это больше, чем другие диэлектрики, таких как майлар, который имеет диэлектрическую постоянную 3, а слюда около 6 – 8. В дополнение к этому, эффективная площадь поверхности электрода конденсатора увеличивается с коэффициентом шероховатости вплоть до 120 единиц для алюминиевой фольги высокой чистоты. Это один из ключей к производству конденсаторов с очень высокой емкостью.
Конструкция электролитических конденсаторов
Пластины электролитического конденсатора изготовлены из проводящего слоя алюминиевой фольги. Эта пластина изготавливается очень тонкой и гибкой, такие электроды легко упаковывать в малый объем в конце производственного процесса.
Оба электрода из фольги немного отличаются. Их покрывают изолирующим оксидным слоем, а между ними прокладывают изолирующий бумажный слой смоченный в электролите. Фольга, которая изолирована более толстым оксидным слоем и является анодом по отношению к жидкому электролиту. Толщина оксидной пленки анода тонкая выбирается из соображений требований к рабочему напряжению. Фольга, которая идет в качестве катода, хотя и имеет естественный оксидный слой, но он значительно тоньше.
Структура электролитического конденсатора
Для того, чтобы упаковать обе обкладки из фольги с пропитанной электролитом бумагой их скатывают вместе, чтобы сформировать цилиндр, и помещают в алюминиевый стаканчик. Таким образом, электролитический конденсатор является компактным и надежным при этом он защищен алюминиевым стаканчиком. Есть две геометрические формы, которые используются для подключения выводов. Одной из них является использование осевых выводов, по одному с каждой плоской поверхностью цилиндра. Другой альтернативой является использование двух выводов, оба из которых находятся на той же грани цилиндра. Описание осевых и радиальных выводов будут даны в ссылках на компоненты.
Для изготовления электролитического конденсатора необходимо использовать фольгу для анода высокой чистоты. Типично толщиной 50 и 100 мкм. Катод тоже делают из чистого алюминия, но требования к нему не такие жесткие, как для анода. Толщина используемой фольга от 20 до 50 мкм. Чтобы увеличить площадь поверхности анода и катода, и соответственно, чтобы увеличить емкость, увеличивают шероховатость поверхности посредством травления. Есть два основных спосба, и оба они связаны с использованием соляной кислоты.
Свойства электролитических конденсаторов
Электролитические конденсаторы имеют ряд параметров, которые не менее важны чем емкость и емкостное сопротивление. При проектировании схем с использованием электролитических конденсаторов необходимо обращать внимание на эти параметры, некоторых конструкций могут быть очень критичны к ним.
ESR эквивалентное последовательное сопротивление: электролитические конденсаторы, которые направлены для применения в схемах, с высокими токами критичны к этому параметру. Кроме того, в некоторых случаях требуется чтобы источник мог отдать высокий импульсный ток а для этого источник должен иметь низкое сопротивление, примером тому служит случай, когда конденсатор используется в схеме электропитания, в качестве накопительного конденсатора. В этом случае необходимо изучить спецификацию производителя, чтобы определить тот ли электролитический конденсатор вы выбрали, и будет ли он соответствовать требованиям для схемы. Если ESR высокое, то он не сможет обеспечить требуемую величину тока в цепи, без снижения напряжения в виду наличия высокой паразитной емкости, которые рассматриваются как сопротивление источника тока.
Частотный диапазон: Еще одна из проблем, с электролитическими конденсаторами в том, что они имеют ограниченный частотный диапазон. Известно, что их ESR возрастает с частотой, и это, как правило, ограничивает их использование на высоких частотах. Это справедливо как для больших конденсаторов, так и для мелких, и те и другие не должны использоваться на высоких частотах. Чтобы получить точную информацию, необходимо опять же обратиться к спецификации производителя.
Утечки: Несмотря на то, электролитические конденсаторы имеют гораздо более высокие уровни емкости при малом размере по сравнению с большинством других конденсаторов, но они также могут имеют более высокие утечки. Это не критично для большинства применений, например, когда они используются в источниках питания. Однако в некоторых случаях они уже не пригодны. Например, они не могут быть использованы во входной цепи операционного усилителя. Тут даже малые утечки могут вызвать проблемы из-за высокого входного сопротивления ОУ. Стоит также отметить, что утечки значительно возрастают при обратной полярности.
Пульсирующий ток: При использовании электролитических конденсаторов в сильноточных цепях, таких как накопительный конденсатор источника питания, необходимо учитывать пульсации тока. Конденсаторы имеют максимальный ток пульсаций, который они могут обеспечить. Если постоянно превышать этот ток, то они могут нагреться слишком сильно, и это сократит их срок службы. В крайних случаях это может вызвать взрыв. Следовательно, необходимо оценивать ожидаемую пульсацию токов и убедиться, что пульсации находятся в допустимых пределах.
Допуск: электролитические конденсаторы имеют очень широкий допуск. Часто допуск по емкости конденсатора может быть указаны от -20% и + 80%. Это не проблема в таких приложениях, как развязка, сглаживание питания, и т.д. Однако они не должны быть использованы в цепях, где требуется высокая точность к деталям.
Полярность
В отличие от многих других типов конденсаторов, электролитические конденсаторы полярные и должны быть подключены соответствующим образом. Сами конденсаторы маркируются, чтобы полярность можно было легко различить. В дополнение к этому помеченный вывод является общим.
Это необходимо, чтобы гарантировать, что любые электролитические конденсаторы подключались в схему с соблюдением полярности. Обратное смещение вызывает электрохимическое восстановление оксидного слоя диэлектрика и он превращается в проводник. Если это происходит, то неизбежно ведет к короткому замыканию, а чрезмерный ток обычно приводит к перегреву конденсатора. В этом случае может подтекать электролит, а в некоторых случаях конденсатор может даже взорваться. Такие случаи не редкость, и необходимо принимать меры предосторожности для обеспечения правильной установки, особенно в цепях, которые работают с высокими токами.
Емкости электролитических конденсаторов и их ожидаемый срок службы
В первую очередь необходимо позаботиться, чтобы не превышать номинальное рабочее напряжение электролитического конденсатора. При несоблюдении этого правила, конденсатор будет иметь значительно меньший срок службы, чем заявлен производителем. Кроме того, в цепях питания возможны значительные перегрузки по току. Соответственно, для электролитических конденсаторов, предназначенных для работы в таких схемах нужно учитывать максимальный ток конденсатора, который также нельзя превышать. Если не учесть этого, то электронный компонент может перегреться и разрушиться. Также стоит отметить, что эти радиоэлементы имеют ограниченный срок службы. Причем время работы всего может быть всего 1000 часов при максимальном значении напряжения, но срок службы может быть значительно продлен, если компонент работает при напряжении, значительно ниже максимально допустимого напряжения.
SMD электролитические конденсаторы
Электролитические конденсаторы, которые в настоящее время все чаще используются в SMD исполнении. Высокая емкость в сочетании с их низкой стоимостью делают их особенно популярными во многих областях. Изначально они были не очень популярны ввиду того, что они плохо переносили пайку. Современная улучшенная конструкция конденсаторов наряду с новыми методами пайки, отказ от волновой пайки, позволяет электролитическим конденсаторам найти широкое применение в поверхностном монтаже.
Часто электролитические SMD конденсаторы маркируют парой значений: емкость и рабочим напряжением. Есть два основных способа маркировки. Первый это обозначение значение ёмкости в мкФ, а другой состоит в использовании специального кода. Использование первого метода маркировки «33 6В» будет указывать что конденсатор имеет 33 мкФ и рабочее напряжение 6 вольт. Второй способ маркировки имеет вид буквенного кода с последующим тремя цифрами. Буква указывает на рабочее напряжение, которое можно определить по приведенной ниже таблице и три цифры, которые указывают емкость в пикофарадах. Как и во многих других системах маркировки первые две цифры определяют значение, а третья множитель. В этом случае маркировка «G106» будет указывать на рабочее напряжение 4 вольта и емкость в 10*106 пФ или просто 10 мкФ.
| БУКВА | НАПРЯЖЕНИЕ |
E | 2.5 |
G | 4 |
J | 6.3 |
A | 10 |
C | 16 |
D | 20 |
E | 25 |
V | 35 |
H | 50 |
Маркировка электролитических конденсаторов
Существует множество различных маркировок, которые используются для маркировки электролитических конденсаторов, среди которых емкость, рабочее напряжение и другие параметры. Основные значения если есть место записываются прямо на поверхности, но такие моменты как точность, а иногда и рабочее напряжение также могут быть закодированы. Система кодирования или маркировки зависит от типа конденсатора, производителя, емкости, размера компонента, и т.д. Но об этом будет в другой статье. Восстановление алюминиевых электролитических конденсаторов после длительного хранения Это может быть необходимо, чтобы восстановить электролитические конденсаторы, которые не использовались в течение шести и более месяцев. Электролитическое действие имеет тенденцию к растворения оксидного слоя на аноде, и перед использовании лучше предварительно восстановить этот слой. При истончении оксидного слоя разумно не применять полное напряжение, т.к. в первое время наблюдаются повышенные токи утечки, которые могут привести к выделению большого количества тепла, а это может в некоторых случаях привести к его взрыву. Восстановить конденсатор можно временно подключив конденсатор к рабочему напряжению через резистор около 1,5 кОм, или немного меньшему для более низковольтных конденсаторов. (Нужно убедиться, что резистор имеет достаточную мощность, чтобы справиться с током заряда конденсатора). Восстановление длится в течение часа или более, пока ток утечки не падает до приемлемой величины, а напряжение на конденсаторе достигает приложенного значения, т.е. ток через резистор не течет. Это напряжение поддерживают еще примерно в течение часа. Затем конденсатор медленно разряжают через нагрузочный резистор для того, чтобы запасенная энергия не повредила цепь в которую его будут устанавливать.
Спасибо, что прочли статью до конца, надеюсь вы подчерпнули из нее что-то новое для себя.
Если вы хотите купить электролитические конденсаторы, вы всегда их можете найти у нас на сайте.