Сучасні електролітичні конденсатори, правильніше називати Алюмінієві електролітичні конденсатори, використовуються у величезних кількостях у сучасній електроніці. Вони економічно ефективні і можуть забезпечити велику ємність на одиницю об'єму порівняно з іншими типами конденсаторів. Це дозволяє їх використовувати у ланцюгах, де беруть участь великі струми або низькі частоти. Алюмінієві електролітичні конденсатори, як правило, використовуються в таких областях як аудіо підсилювачі всіх типів (від Hi-Fi до мобільних телефонів) та в ланцюгах живлення. Як і в ситуації з будь-яким іншим типом конденсаторів, треба зрозуміти їх переваги та обмеження, що дозволить вам використовувати їх найефективніше.
Розвиток електролітичних конденсаторів
Електролітичний конденсатор використовувався багато років. Його історія можна простежити від тих днів, коли були зроблені перші голосові трансляції. У той час бездротові лампові прилади були дуже дорогими, до того ж ці пристрої мали працювати від батарей. Однак з подальшим розвитком вакуумних ламп стало можливим використовувати мережу змінного струму. Це був чудовий час, для живлення ламп від мережі змінного струму, вимагалося випрямлення та фільтрація анодної напруги живлення, для запобігання мережевого шуму, який пролазив з живлення в аудіосигнал. Для того, щоб мати можливість використовувати конденсатор у радіоприймачі він повинен бути не надто великим, і Юлій Ліленфілд, який брав активну участь у розробці бездротових приладів для домашнього використання, зміг зробити електролітичний конденсатор, що дозволяє мати досить високу ємність, при розумному розмірі, який надалі та використовуватися в радіоприладах.
Символи, що позначають електролітичні конденсатори
Електролітичний конденсатор є формою поляризованого конденсатора. Символ електролітичного каналу має полярність, і це важливо для того, щоб забезпечити правильну установку конденсатора і уникнути підключення в зворотній полярності.
Символи для полярних електролітичних конденсаторів.
Існує безліч схематичних символів, які використовуються електролітичних конденсаторів. Перший "1" є тією версією, яка, як правило, використовується в європейських схемах, в той час як "2" використовується в багатьох американських схемах і "3" можна побачити на деяких старих схемах. Деякі схеми не друкують знак “+” поруч із символом пластин, де вже очевидно, яка пластина має якусь полярність.
Технологія виробництва електролітичного конденсатора
Як вказує назву, в електролітичному конденсаторі використовується електроліт (іонна провідна рідина) як одна з його пластин для досягнення більшої ємності на одиницю об'єму, ніж інші види конденсаторів. Збільшити ємність конденсаторів можна декількома способами: • збільшенням діелектричної проникності; збільшенням площі поверхні електрода; та зменшенням відстані між електродами. Електролітичні конденсатори використовують високу діелектричну проникність шару оксиду алюмінію на пластині конденсатора, яка в середньому від 7 до 8. Це більше, ніж інші діелектрики, таких як майлар, який має постійну діелектричну 3, а слюда близько 6 – 8. На додаток до цього, ефективна площа поверхні електрода конденсатора збільшується з коефіцієнтом шорсткості до 120 одиниць для алюмінієвої фольги високої чистоти. Це один із ключів до виробництва конденсаторів із дуже високою ємністю.
Конструкція електролітичних конденсаторів
Пластини електролітичного конденсатора виготовлені з провідного шару алюмінієвої фольги. Ця пластина виготовляється дуже тонкою та гнучкою, такі електроди легко упаковувати у малий об'єм наприкінці виробничого процесу.
Обидва електроди з фольги трохи відрізняються. Їх покривають ізолюючим оксидним шаром, а між ними прокладають ізолюючий паперовий шар змочений в електроліті. Фольга, яка ізольована товстішим оксидним шаром і є анодом по відношенню до рідкого електроліту. Товщина оксидної плівки анода тонка вибирається з міркувань вимог до робочої напруги. Фольга, яка йде як катод, хоч і має природний оксидний шар, але він значно тонший.
Структура електролітичного конденсатора
Для того, щоб упакувати обидві обкладки з фольги з просоченим електролітом папером їх скочують разом, щоб сформувати циліндр, і поміщають у алюмінієву склянку. Таким чином, електролітичний конденсатор є компактним і надійним, при цьому він захищений алюмінієвим стаканчиком. Існують дві геометричні форми, які використовуються для підключення висновків. Однією є використання осьових висновків, по одному з кожною плоскою поверхнею циліндра. Інший альтернативою є використання двох висновків, обидва з яких знаходяться на тій самій грані циліндра. Опис осьових та радіальних висновків будуть надані у посиланнях на компоненти.
Для виготовлення електролітичного конденсатора необхідно використати фольгу для анода високої чистоти. Типово товщиною 50 та 100 мкм. Катод теж роблять із чистого алюмінію, але вимоги до нього не такі жорсткі, як для анода. Товщина використовуваної фольги від 20 до 50 мкм. Щоб збільшити площу поверхні анода і катода, і, щоб збільшити ємність, збільшують шорсткість поверхні за допомогою травлення. Є два основні способи, і обидва вони пов'язані з використанням соляної кислоти.
Властивості електролітичних конденсаторів
Електролітичні конденсатори мають ряд параметрів, які не менш важливі ніж ємність та ємнісний опір. При проектуванні схем з використанням електролітичних конденсаторів необхідно звертати увагу на ці параметри, деякі конструкції можуть бути дуже критичні до них.
ESR еквівалентний послідовний опір: електролітичні конденсатори, спрямовані для застосування у схемах, з високими струмами критичні до цього параметра. Крім того, в деяких випадках потрібно, щоб джерело могло віддати високий імпульсний струм, а для цього джерело повинен мати низький опір, прикладом тому служить випадок, коли конденсатор використовується в схемі електроживлення, як накопичувальний конденсатор. У цьому випадку необхідно вивчити специфікацію виробника, щоб визначити, чи ви вибрали електролітичний конденсатор, і чи буде він відповідати вимогам для схеми. Якщо ESR висока, то він не зможе забезпечити необхідну величину струму в ланцюгу, без зниження напруги через наявність високої паразитної ємності, які розглядаються як опір джерела струму.
Частотний діапазон: Ще одна з проблем з електролітичними конденсаторами в тому, що вони мають обмежений частотний діапазон. Відомо, що їх ESR зростає з частотою, і це зазвичай обмежує їх використання на високих частотах. Це справедливо як для великих конденсаторів, так і для дрібних і ті й інші не повинні використовуватися на високих частотах. Щоб отримати точну інформацію, необхідно знову ж таки звернутися до специфікації виробника.
Витоки: Незважаючи на те, електролітичні конденсатори мають набагато вищі рівні ємності при малому розмірі в порівнянні з більшістю інших конденсаторів, але вони також можуть мати вищі витоки. Це не є критичним для більшості застосувань, наприклад, коли вони використовуються в джерелах живлення. Однак у деяких випадках вони не придатні. Наприклад, вони не можуть бути використані у вхідному ланцюзі операційного підсилювача. Тут навіть малі витоки можуть спричинити проблеми через високий вхідний опір ОУ. Варто також відзначити, що витікання значно зростають при зворотній полярності.
Пульсуючий струм: При використанні електролітичних конденсаторів у сильноточних ланцюгах, таких як накопичувальний конденсатор джерела живлення, необхідно враховувати пульсацію струму. Конденсатори мають максимальний пульсаційний струм, який вони можуть забезпечити. Якщо постійно перевищувати цей струм, вони можуть нагрітися занадто сильно, і це скоротить їх термін служби. У крайніх випадках це може спричинити вибух. Отже, необхідно оцінювати очікувану пульсацію струмів та переконатися, що пульсації перебувають у допустимих межах.
Допуск: електролітичні конденсатори мають дуже широкий допуск. Часто допуск ємності конденсатора може бути вказаний від -20% і + 80%. Це не проблема в таких додатках, як розв'язування, згладжування харчування, і т.д. Однак вони не повинні використовуватися в ланцюгах, де потрібна висока точність до деталей.
Полярність
На відміну від багатьох інших типів конденсаторів, електролітичні полярні конденсатори і повинні бути підключені відповідним чином. Самі конденсатори маркуються, щоби полярність можна було легко розрізнити. На додаток до цього зазначений висновок є загальним.
Це необхідно, щоб гарантувати, що будь-які електролітичні конденсатори підключалися до схеми з дотриманням полярності. Зворотне усунення викликає електрохімічне відновлення оксидного шару діелектрика і він перетворюється на провідник. Якщо це відбувається, то неминуче веде до короткого замикання, а надмірний струм зазвичай призводить до перегріву конденсатора. В цьому випадку може підтікати електроліт, а в деяких випадках конденсатор може навіть вибухнути. Такі випадки не рідкість, і необхідно вживати запобіжних заходів для забезпечення правильної установки, особливо в ланцюгах, які працюють з високими струмами.
Ємності електролітичних конденсаторів та їх очікуваний термін служби
Насамперед необхідно подбати, щоб не перевищувати номінальну робочу напругу електролітичного конденсатора. При недотриманні цього правила, конденсатор матиме значно менший термін служби, ніж заявлений виробником. Крім того, в ланцюгах живлення можливі значні навантаження струмом. Відповідно, для електролітичних конденсаторів, призначених для роботи в таких схемах, потрібно враховувати максимальний струм конденсатора, який також не можна перевищувати. Якщо цього не врахувати, то електронний компонент може перегрітися і зруйнуватися. Також варто зазначити, що ці радіоелементи мають обмежений термін служби. Причому час роботи всього може бути всього 1000 годин при максимальному значенні напруги, але термін служби може бути значно продовжений, якщо компонент працює при напрузі значно нижче максимально допустимої напруги.
SMD електролітичні конденсатори
Електролітичні конденсатори, які зараз все частіше використовуються в SMD виконанні. Висока ємність у поєднанні з їх низькою вартістю роблять їх особливо популярними у багатьох областях. Спочатку вони були не дуже популярні через те, що вони погано переносили пайку. Сучасна покращена конструкція конденсаторів поряд з новими методами паяння, відмова від хвильового паяння дозволяє електролітичним конденсаторам знайти широке застосування в поверхневому монтажі.
Часто електролітичні SMD конденсатори маркують парою значень: ємність та робочою напругою. Є два основні способи маркування. Перший це позначення значення ємності у мкФ, а другий полягає у використанні спеціального коду. Використання першого методу маркування «33 6В» буде вказувати, що конденсатор має 33 мкФ і робочу напругу 6 вольт. Другий спосіб маркування має вигляд буквеного коду з наступними трьома цифрами. Літера вказує на робочу напругу, яку можна визначити за наведеною нижче таблицею та три цифри, які вказують ємність у пікофарадах. Як і багатьох інших системах маркування перші дві цифри визначають значення, а третя множник. У цьому випадку маркування «G106» буде вказувати на робочу напругу 4 вольта і ємність 10*106 пФ або просто 10 мкФ.
| ЛІТЕРА | НАПРУГ |
E | 2.5 |
G | 4 |
J | 6.3 |
A | 10 |
C | 16 |
D | 20 |
E | 25 |
V | 35 |
H | 50 |
Маркування електролітичних конденсаторів
Існує безліч різних маркувань, які використовуються для маркування електролітичних конденсаторів, серед яких є ємність, робоча напруга та інші параметри. Основні значення, якщо є місце, записуються прямо на поверхні, але такі моменти як точність, а іноді і робоча напруга також можуть бути закодовані. Система кодування чи маркування залежить від типу конденсатора, виробника, ємності, розміру компонента, тощо. Але про це буде в іншій статті. Відновлення алюмінієвих електролітичних конденсаторів після тривалого зберігання Це може бути необхідно для відновлення електролітичних конденсаторів, які не використовувалися протягом шести і більше місяців. Електролітична дія має тенденцію до розчинення оксидного шару на аноді, і перед використанням краще попередньо відновити цей шар. При стоншенні оксидного шару розумно не застосовувати повну напругу, т.к. Спочатку спостерігаються підвищені струми витоку, які можуть призвести до виділення великої кількості тепла, а це може в деяких випадках призвести до його вибуху. Відновити конденсатор можна тимчасово підключивши конденсатор до робочої напруги через резистор близько 1,5 кОм, або трохи менше для більш низьковольтних конденсаторів. (Потрібно переконатися, що резистор має достатню потужність, щоб упоратися зі струмом заряду конденсатора). Відновлення триває протягом години або більше, поки струм витоку не знижується до прийнятної величини, а напруга на конденсаторі досягає прикладеного значення, тобто. Струм через резистор не тече. Цю напругу підтримують приблизно протягом години. Потім конденсатор повільно розряджають через резистор навантаження для того, щоб запасена енергія не пошкодила ланцюг в яку його встановлюватимуть.
Дякую, що прочитали статтю до кінця, сподіваюся ви підкреслили з неї щось нове для себе.
Якщо ви хочете купити електролітичні конденсаториВи завжди їх можете знайти у нас на сайті.