Электролитические конденсаторы работа, особенности

Электролитические конденсаторы обладают очень высокой удельной емкостью, из-за использования в качестве диэлектрика тонкой оксидной пленки, образованной из вентильного металла электродов (алюминий, тантал, ниобий). Оксидная пленка имеет исключительно высокую электрическую прочность и обладает вентильными свойствами. Толщина слоя лежит в пределах 0,01…1,0 мкм. При напряжении 100 В приложенном к пленке толщиной 0,01 мкм создается напряженность электрического поля, равная 107 В/см, что в соответствии с ионной теорией кристаллов приближается к пределу теоретической прочности.
Радиоконструкторы на любой вкус

На поверхности одного электрода, называемого анодом, формируют тонкий оксидный слой, являющийся диэлектриком; этот электрод является одной обкладкой конденсатора. Второй является электролит, а электрод, называемый катодом, служит выводом от электролита. В качестве катода обычно используют металлический корпус конденсатора.

Конденсатор в зависимости от материала и состояния электролита может быть жидкостным, сухим (в виде вязкого пастообразного электролита) или оксидно-полупроводниковым (оксидный слой анода покрывается слоем твердого полупроводника).

Жидкостные конденсаторы имеют лучшие условия охлаждения, могут работать при больших нагрузках и обладают свойством восстановления при пробое.

Сухие конденсаторы имеют несколько меньшие потери и ток утечки, а также более простую конструкцию. В настоящее время такие конденсаторы получили наибольшее распространение.

Основным достоинством электролитических конденсаторов является большая емкость при относительно небольших размерах и низкой стоимости.

Недостатки пониженная надежность, низкая точность и стабильность емкости, большие потери, низкое сопротивление изоляции, чувствительность к перенапряжениям и температуре (при повышении температуры емкость растет).

Электролитические конденсаторы с оксидным диэлектриком

Оксидные конденсаторы всегда полярные, т.е. при их подключении необходимо соблюдать полярность (при неправильном подключении конденсатор разрушается);
ограниченное предельное напряжение (для алюминиевых – 600 В, для танталовых – 175 В);
значительная величина токов утечки (для алюминиевых – единицы миллиампер, для танталовых – единицы микроампер).

Для получения неполярных емкостей оксидный слой наносят на оба электрода или применяют встречное последовательное соединение двух одинаковых секций. В обоих случаях результирующая емкость уменьшается вдвое. Униполярные конденсаторы имеют большие размеры и допускаю кратковременную работу в цепях переменного тока.

Для изготовления анодов алюминиевых радиокомпонентов применяется алюминий высокой степени чистоты, т. к. наличие примесей может быть причиной быстрой коррозии анода и разрушения конденсатора.

Анод алюминиевого электролитического конденсатора изготавливается из гладкой фольги или из фольги с искусственно увеличенной поверхностью. Второй вариант достигается путем обработки фольги электролитическим способом в растворах, растворяющих алюминий. Элемент с травленной фольгой позволяет увеличить удельную емкость в 3-4 раза по сравнению с конденсаторами с гладкой фольгой. При этом несколько ухудшаются параметры в особенности морозостойкость (достигает, в то время как для конденсаторов с гладкой фольгой морозостойкость находится на уровне –600С).

Алюминиевые электролитические конденсаторы изготавливают с диапазоном емкостей от 2 до нескольких тысяч мкФ для напряжений от 6 В до 500 В.

Электролитические конденсаторы. Особенности эксплуатации алюминиевых электролитических емкостей

при длительном хранении наблюдается явление расформовки, т. е. возрастает ток утечки;

при использовании в схемах с низким напряжением необходимо учитывать, что за счет электрохимических процессов, происходящих в этих компонентах, на их выводах существует небольшая э.д.с., достигающая 0,3-0,4 В.

Танталовые электролитические конденсаторы имеют улучшенные характеристики по сравнению с алюминиевыми.

Это объясняется более высокой химической стабильностью окиси тантала и малым удельным сопротивлением рабочих электролитов, которыми являются растворы серной кислоты и хлористого лития.

Достоинства танталовых конденсаторов по сравнению с алюминиевыми являются следующие:

Увеличенный срок службы
Меньшее изменение электрических характеристик при длительном хранении
Увеличенный верхний предел температуры
Повышенное значение диэлектрической проницаемости, что дает увеличение удельной емкости в 2,5 раза по сравнению с алюминиевыми, а для танталовых емкостей жидкостного типа с объемнопористым анодом увеличение удельной емкости достигает от 5 до 10 раз и выше.

Недостатком танталовых емкостей можно считать их высокую стоимость.

В танталовых оксидно-полупроводниковых радиокомпонентах вместо жидкостного электролита используется твердый электронный проводник (двуокись марганца MnO2).

Основной особенностью оксидно-полупроводниковых конденсаторов является возможность их использования при низких температурах вплоть до 800С.

Верхний предел понижен и не превышает +850С.

Обычные пределы напряжения составляют 6…35 В, что ниже по сравнению с жидкостными танталовыми конденсаторами.

В ниобиевых конденсаторах (тип К 53-4) в качестве вентильного материала используется ниобий, наиболее близкий по характеристикам к танталу, но менее дорогой и не столь дефицитный.

Толщина оксидного слоя ниобиевых элементов больше, чем у танталовых конденсаторов и поэтому выигрыш по удельной емкости существенно меньше.

Электролитические конденсаторы и их проблемы, на примере материнской платы компьютера

Ко мне уже не один раз приносили нерабочую материнскую плату компьютера, в которых основную проблему создавали именно электролитические конденсаторы, они закорачивались и теряли свой номинал особенно в схемах фильтров питания.

На фотографии ниже показан, один из последних моих практических примеров, компьютер принесли в ремонт с проблемой постоянного перегруза, после небольших манипуляция с переустановкой винды, проверкой жесткого диска и основных компонентов, стал присматриваться к электролитам на материнской плате, и вот что узрел:

Вспухшие электролитические конденсаторы на материнской плате

Проблема, осложнилась тем, что для ремонта необходимы специальные низкопрофильные конденсаторы, которые удалось заказать только в Китае, после почти месячного ожидания доставки и замены вспухших радиокомпонентов компьютер удалось востановить

Как проверить электролитический конденсатор

Несколько практических советов и простых схем юным радиолюбителям о том, как убедиться в исправности емкости с помощью цифрового мультиметра и не только по ссылке выше, а сейчас поговорим о приборе, который очень сильно помогает при ремонте в электронике. Это недорогой китайский ESR метер Mega328 с Али- он способен проверить практически любой электролитический конденсатор.

Как вы наверное знаете, у каждого оксидного конденсатора имеется два главных технических параметра, которые отвечают за его правильную работу в схеме. Первый параметр это емкость, измеряемая в микрофарадах и обычно обозначаемая на корпусе радиокомпонента. Этот параметр можно проверить почти любым современным мультиметром который поддерживает эту нужную функцию.

Второй важнейший параметр это ESR – Equivalent Series Resistance который показывает активные потери в цепях переменного напряжения. Это можно представить как подсоединенный последовательно конденсатору резистор. Чем меньше ниже ESR, тем лучшего качества элемент. Параметр ESR очень значим для всех электролитических конденсаторов емкостью более 4,7 мкф. Из практики ремонта у электролитического конденсатора емкостью более 4,7 мкф ESR должен быть меньше 1 Ом, если он выше то радиокомпонент следует заменить.