Электролитический конденсатор

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Обозначение на электрических схемах

Электролитические конденсаторы — разновидность конденсаторов, в которых диэлектриком между обкладками является плёнка оксида металла на границе металла и электролита. Этот окисел получают методом электрохимического анодирования, что обеспечивает высокую равномерность изолирующего слоя. Лёгкость получения тонкой равномерной плёнки диэлектрика на большой площади электрода позволила массово выпускать дешёвые конденсаторы с рекордными показателями ёмкости.

Общие сведения[править | править вики-текст]

Наибольшее распространение получили алюминиевые электролитические конденсаторы (англ.), в которых одной обкладкой конденсатора выступала алюминиевая фольга. Также определённое распространение получили танталовые (англ.) и ниобиевые (англ.) электролитические конденсаторы, в котором металлическим электродом была пористая металлическая губка. Второй обкладкой электролитического конденсатора выступает жидкий или твёрдый электролит — вещество или композиция веществ, обеспечивавших электропроводность и сохранение оксидной плёнки.

Природа электрохимических процессов получения и стабилизации оксидной плёнки диэлектрика требует определённой полярности напряжения на стыке металл-электролит. Металлический электрод должен быть анодом (то есть обладать положительным потенциалом), а электролит — катодом (отрицательный потенциал). Несоблюдение полярности вызывает потерю диэлектрических свойств и короткое замыкание между обкладками. Если источник этого отрицательного напряжения не ограничит ток на безопасном уровне то электролит нагреется протекающим током, закипит и давление образующихся газов разорвёт корпус конденсатора. Существуют так называемые неполярные электролитические конденсаторы, в которых конструктивно размещено два встречно-последовательно включённых обычных полярных электролитических конденсатора.

Электролит подбирается таким образом чтобы он мог восстанавливать мелкие повреждения в оксидной плёнке электрохимическим анодированием при рабочих напряжениях конденсатора. Однако при этом химическом процессе выделяется газ, приводящий к вздутию корпуса и даже его разрыву. Также к вскипанию электролита может приводить большой ток через конденсатор, например при переполюсовке или при больших пульсациях напряжения на конденсаторе. Чтобы минимизировать ущерб от возможного взрывного разрушения на корпусе создают ослабленные зоны.

Для конденсаторов с жидким электролитом существует проблема высыхания, когда электролит вытекает из конденсатора через уплотнения корпуса. При высыхании конденсатор теряет ёмкость.

Устройство электролитического конденсатора[править | править вики-текст]

Электролитические конденсаторы устроены, как правило, следующим образом: слой электролита заключается между электродами с металлическим типом проводимости, один из которых покрыт тонким слоем диэлектрика (оксидной плёнкой). За счёт чрезвычайно малой толщины диэлектрика, ёмкость конденсатора достигает значительных величин. Однако, соприкосновение двух проводящих пластин, разделённых тонким диэлектриком не является идеальным, для устранения воздушного зазора, в пространство между пластинами вводят электролит. В качестве электролита часто используют концентрированные растворы кислот и щелочей.

По типу наполнения электролитом электролитические конденсаторы можно разделить на: жидкостные, сухие, оксидно-полупроводниковые и оксидно-металлические.

В жидкостных конденсаторах используют жидкий электролит, для увеличения ёмкости анод изготавливают объёмно-пористым, например, путём прессования порошка металла и спекания его при высокой температуре. В сухих конденсаторах применяется вязкий электролит. В этом случае конденсатор, изготавливается из двух лент фольги (оксидированной и неоксидированной), между которыми размещается прокладка из бумаги или ткани, пропитанная электролитом. В оксидно-полупроводниковых конденсаторах в качестве катода используется проводящий оксид (диоксид марганца). В оксидно-металлических функции катода выполняет металлическая плёнка оксидного слоя.

Изготовляемые промышленностью алюминиевые электролитические конденсаторы состоят из двух тонких алюминиевых пластин. Между пластинами помещается бумага, пропитанная электролитом. Данная сборка сворачивается спиралью и упаковывается в корпус с двумя электрическими выводами. Под действием электролита и приложенного электрического напряжения, алюминиевая фольга анода окисляется, на поверхности фольги образуется тонкий слой диэлектрика — оксида алюминия.

Приложенное внешнее напряжение влияет на срок службы конденсатора. При напряжении обратной полярности, процесс регенерации диэлектрического слоя прекращается, он постепенно разрушается, приводя к повышенным значениям токов утечки, что приводит к повреждению электрической схемы, причем всё это сопровождается выделением тепла, появлением дыма и ядовитых испарений в самом конденсаторе, что может привести ко взрыву. Поэтому, электролитические конденсаторы способны работать лишь в цепях с пульсирующим, либо постоянным током.

Особенности применения электролитических конденсаторов[править | править вики-текст]

Современные конденсаторы, разрушившиеся без взрыва благодаря специальной разрывающейся конструкции верхней крышки. Конденсаторы со вздувшейся или разорванной крышкой практически неработоспособны и требуют замены.

Электролитические конденсаторы (в радиотехнике часто используется сокращение «электролиты») являются низкочастотными элементами электрической цепи, их редко применяют для работы на частотах выше 30 кГц. В основном, они служат для сглаживания пульсирующего тока в цепях выпрямителей переменного тока. Кроме этого, электролитические конденсаторы широко используются в звуковоспроизводящей технике. Электролитические конденсаторы разделяют пульсирующий ток (ток звуковой частоты + постоянная составляющая) на переменную составляющую тока звуковой частоты, которая подаётся на следующий каскад усиления и постоянную составляющую, которая не поступает на последующий каскад усиления. Такие конденсаторы называют разделительными.

В связи с тем, что электролитические конденсаторы полярны, при работе на их обкладках должно поддерживаться не изменяющее знака напряжение, что является их недостатком. Включение конденсатора с обратной к рабочей полярностью даёт увеличение тока утечки, деградации параметров, и даже может привести к взрыву конденсатора при достаточной мощности цепи. По этой причине, их можно применять только в цепях, где полярность напряжения на конденсаторе неизменна (с пульсирующим или постоянным напряжением).

Электролиты обладают заметным последовательным сопротивлением, которое может достигать значения порядка 1 Ом, а его значение возрастает с ростом рабочей частоты. Причина этого эффекта — сравнительно низкая проводимость и подвижность ионов электролита.Обычно состав электролита такой  - водный раствор борнокислого аммония ,борной кислоты и гликоля.[1]

Широко распространённые алюминиевые конденсаторы по сравнению с другими конденсаторами 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.

На верхней части цилиндрического корпуса радиальных электролитических конденсаторов нанесена защитная насечка — клапан. Дело в том, что если на электролит воздействует переменное напряжение, то конденсатор сильно разогревается и жидкий электролит расширяется. Корпус конденсатора может лопнуть. Поэтому на корпусе и наносится защитный клапан, чтобы под действием избыточного давления он предотвратил взрыв конденсатора, выпустив закипающий электролит наружу.

Из-за невозможности достичь достаточной герметизации корпуса, жидкий электролит со временем высыхает. При этом теряется ёмкость конденсатора. Также высыханию электролита способствует нагрев. Поэтому на корпусе практически любого электролитического конденсатора указывается допустимый диапазон рабочей температуры. Например, от −40 до +105 °C.

Вышедший из строя электролитический конденсатор часто служит причиной неисправности бытовой радиоэлектронной аппаратуры.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. G. W. A. Dummer, Harold M. Nordenberg. Fixed and variable capacitors.. — New York: McGraw-Hill. book company, 1960.

Ссылки[править | править вики-текст]