1. Електролітичні конденсатори. Особливості експлуатації алюмінієвих електролітичних ємностей

Електролітичні конденсатори мають дуже високою питомою ємністю, через використання в якості діелектрика тонкої оксидної плівки, утвореної з вентильного металу електродів (алюміній, тантал, ніобій). Оксидна плівка має виключно високу електричну міцність і володіє вентильними властивостями. Товщина шару лежить в межах 0,01 ... 1,0 мкм. При напрузі 100 В доданому до плівки товщиною 0,01 мкм створюється напруженість електричного поля, рівна 107 В / см, що відповідно до іонної теорією кристалів наближається до межі теоретичної міцності.

На поверхні одного електрода, званого анодом, формують тонкий оксидний шар, який є діелектриком; цей електрод є однією обкладкою конденсатора. Другий є електроліт, а електрод, званий катодом, служить висновком від електроліту. В якості катода зазвичай використовують металевий корпус конденсатора.

Конденсатор в залежності від матеріалу і стану електроліту може бути рідинним, сухим (у вигляді вузького пастоподібного електроліту) або оксидно-напівпровідникових (оксидний шар анода покривається шаром твердого напівпровідника).

Рідинні конденсатори мають кращі умови охолодження, можуть працювати при великих навантаженнях і володіють властивістю відновлення при пробої.

Сухі конденсатори мають дещо менші втрати і струм витоку, а також більш просту конструкцію. В даний час такі конденсатори набули найбільшого поширення.

Основною перевагою електролітичних конденсаторів є велика ємність при відносно невеликих розмірах і низької вартості.

Недоліки знижена надійність, низька точність і стабільність ємності, великі втрати, низький опір ізоляції, чутливість до перенапруг та температурі (при підвищенні температури ємність зростає).

Оксидні конденсатори завжди полярні, тобто при їх підключенні необхідно дотримуватись полярності (при неправильному підключенні конденсатор руйнується);
обмежене максимальне напруження (для алюмінієвих - 600 В, для танталових - 175 В);
значна величина струмів витоку (для алюмінієвих - одиниці міліампер, для танталових - одиниці мікроампер).

Для отримання неполярних ємностей оксидний шар наносять на обидва електроди або застосовують зустрічну послідовне з'єднання двох однакових секцій. В обох випадках результуюча ємність зменшується вдвічі. Уніполярні конденсатори мають великі розміри і допускаю короткочасну роботу в ланцюгах змінного струму.

Для виготовлення анодів алюмінієвих радиокомпонентов застосовується алюміній високого ступеня чистоти, т. К. Наявність домішок може бути причиною швидкої корозії анода і руйнування конденсатора.

Анод алюмінієвого електролітичного конденсатора виготовляється з гладкою фольги або з фольги з штучно збільшеною поверхнею. Другий варіант досягається шляхом обробки фольги електролітичним способом у розчинах, що розчиняють алюміній. Елемент з травленою фольгою дозволяє збільшити питому ємність в 3-4 рази в порівнянні з конденсаторами з гладкою фольгою. При цьому кілька погіршуються параметри особливо морозостійкість (досягає, в той час як для конденсаторів з гладкою фольгою морозостійкість знаходиться на рівні 600С).

Алюмінієві електролітичні конденсатори виготовляють з діапазоном ємностей від 2 до декількох тисяч мкФ для напружень від 6 В до 500 В.

Електролітичні конденсатори. Особливості експлуатації алюмінієвих електролітичних ємностей

при тривалому зберіганні спостерігається явище расформовкі, т. е. зростає струм витоку;

при використанні в схемах з низькою напругою необхідно враховувати, що за рахунок електрохімічних процесів, що відбуваються в цих компонентах, на їх висновках існує невелика е.р.с., що досягає 0,3-0,4 В.

Танталові електролітичні конденсатори мають поліпшені характеристики в порівнянні з алюмінієвими.

Це пояснюється більш високою хімічною стабільністю окису танталу і малим питомим опором робочих електролітів, якими є розчини сірчаної кислоти і хлористого літію.

Переваги танталових конденсаторів в порівнянні з алюмінієвими є наступні:

Збільшений термін служби
Менша зміна електричних характеристик при тривалому зберіганні
Збільшений верхня межа температури
Підвищене значення діелектричної проникності, що дає збільшення питомої ємності в 2,5 рази в порівнянні з алюмінієвими, а для танталових ємностей рідинного типу з об'емнопорістим анодом збільшення питомої ємності досягає від 5 до 10 разів і вище.

Недоліком танталових ємностей можна вважати їх високу вартість.

У танталових оксидно-напівпровідникових радіокомпонент замість рідинного електроліту використовується твердий електронний провідник (двоокис марганцю MnO2).

Основною особливістю оксидно-напівпровідникових конденсаторів є можливість їх використання при низьких температурах аж до 800С.

Верхня межа знижений і не перевищує + 850С.

Звичайні межі напруги складають 6 ... 35 В, що нижче в порівнянні з рідинними танталовими конденсаторами.

У ниобиевих конденсаторах (тип К 53-4) в якості вентильного матеріалу використовується ніобій, найбільш близький за характеристиками до танталу, але менш дорогою і не настільки дефіцитний.

Товщина оксидного шару ниобиевих елементів більше, ніж у танталових конденсаторів і тому виграш по питомої ємності істотно менше.

Електролітичні конденсатори і їх проблеми, на прикладі материнської плати комп'ютера

До мене вже не один раз приносили неробочу материнську плату комп'ютера, в яких основну проблему створювали саме електролітичні конденсатори, вони закорачивается і втрачали свій номінал особливо в схемах фільтрів харчування.

На фотографії нижче показаний, один з останніх моїх практичних прикладів, комп'ютер принесли в ремонт з проблемою постійного перевантаження, після невеликих маніпуляція з перевстановлення вінди, перевіркою жорсткого диска і основних компонентів, став придивлятися до електролітів на материнській платі, і ось що побачив:

Проблема, ускладнилася тим, що для ремонту необхідні спеціальні низькопрофільні конденсатори, які вдалося замовити тільки в Китаї, після майже місячного очікування доставки і заміни вспухшіх радиокомпонентов комп'ютер вдалося встановити

Як визначити полярність електролітичного конденсатора

Якщо у вас виявився оксидная ємність зі стертою маркуванням, то перш ніж задіяти її в будь-якої радіоаматорського схемою, потрібно обов'язково визначити полярність, т.к ці радіо компоненти не можна включати, не дотримуючись полярності. Інакше через величезну струму витоку конденсатор не працюватиме правильно

Отже, щоб дізнатися полярність потрібно всього лише заряджати ємність низьким струмом, яке можна порівняти з цими самими витоками. При їх появі їх, цей компонент, не зможе зарядитися до напруги, що подається від джерела живлення. Таким чином, якщо його під'єднати в правильній полярності, подаючи плюс на позитивний, а мінус на негативний висновок, то конденсатор повільно зарядиться. При зворотній полярності, він зарядиться до меншого рівня-наполовину або навіть нижче. В останньому випадку напруга буде залежати від співвідношення зарядного струму, що визначається опором, і струму витоку. Але в будь-якому випадку, воно буде помітно нижче.

Аналогічним способом визначити полярність можна і за допомогою міліамперметра, включеного в розрив ланцюга. Якщо він буде показувати наявність підвищеного струму витоку, то конденсатор підключений неправильно.

Електролітичні конденсатори і їх проблеми, на прикладі материнської плати комп'ютера

Кілька практичних порад і простих схем юним радіоаматорам про те, як переконатися в справності ємності за допомогою цифрового мультиметра і не тільки по посиланню вище, а зараз поговоримо про прилад, який дуже сильно допомагає при ремонті в електроніці. Це недорогий китайський ESR метер Mega328 з Алі-він здатний перевірити практично будь-який електролітичний конденсатор.

Як ви напевно знаєте, у кожного оксидного конденсатора є два головних технічних параметра, які відповідають за його правильну роботу в схемі. Перший параметр це ємність, яка вимірюється в мікрофарадах і зазвичай позначається на корпусі радіокомпонентів. Цей параметр можна перевірити майже будь-яким сучасним мультиметром який підтримує цю потрібну функцію.

Другий найважливіший параметр це ESR - Equivalent Series Resistance який показує активні втрати в ланцюгах змінного напруги. Це можна уявити як приєднаний послідовно конденсатору резистор. Чим менше нижче ESR, тим кращої якості елемент. Параметр ESR дуже значущий для всіх електролітичних конденсаторів ємністю понад 4,7 мкф. З практики ремонту у електролітичного конденсатора ємністю понад 4,7 мкф ESR повинен бути менше 1 Ом, якщо він вище то радіокомпонент слід замінити.