Електроліти́чний конденса́тор

Зміст

1 Загальний опис (принцип дії)
2 Історична довідка
3 Технічні характеристики
4 Сфера застосування
5 Фото, відео-матеріали
6 Список використаних джерел

Загальний опис (принцип дії)

Електроліти́чний конденса́тор (англ. electrolytic capacitor) — електричний конденсатор, у якому як діелектрик використовується тонка оксидна плівка, нанесена на поверхню одного з електродів (металічного) — аноду, а в ролі другого електроду (катоду) виступає електроліт. За типом наповнення електролітичні конденсатори можна розділити на: рідинні, сухі, оксидно-напівпровідникові та оксидно-металеві. Головною особливістю електролітичних конденсаторів є те, що вони, в порівнянні з іншими типами конденсаторів, мають більшу ємність при достатньо невеликих габаритах. Крім того, вони є полярними електричними накопичувачами, тобто повинні включатися в електричне коло з дотриманням полярності.[1] Існують і неполярні електролітичні конденсатори, але при рівній ємності їх габарити більші (як і ціна). В основному, конденсатори такого типу застосовуються для згладжування пульсуючого струму у колах випрямлячів змінного струму. Крім цього, електролітичні конденсатори широко використовуються в звуковій техніці.Електролітичний конденсатор, до складу якого входять електроди та електроліт, відрізняється тим, що електроди виконані у вигляді двох циліндрів, один з яких порожнистий, всередині його із зазором розміщено другий, при цьому зазор між електродами заповнено рідким кристалом.[3]

Історична довідка

Принцип електролітичного конденсатора був виявлений у 1886 році польським винахідником Каролем Поллаком, як частина його дослідження анодування алюмінію та інших металів. Поллак виявив, що між тонким шаром оксиду алюмінієм і розчину електроліту була дуже висока ємність. Однією з основних проблем було те, що більшість електролітів, як правило, розчиняють оксидний шар, коли живлення вимкнено, але він зрештою зрозумів, що тетраборат натрію (бура) дозволить шару бути сформованим і не буде атакувати його згодом. Поллак отримав патент на свій алюмінієвий електролітичний конденсатор в 1897 році.[1] Першим застосуванням технології було створення конденсаторів для двигунів однофазного змінного струму (AC). Хоча більшість електролітичних конденсаторів поляризовані, тобто вони можуть працювати тільки на постійному струмі (DC), шляхом анодування алюмінієвої пластини, а потім поміщення їх у ванну з розчином солі бура, можливо зробити конденсатор, який може працювати в системах змінного струму. Електролітичні конденсатори дев'ятнадсятого і початку двадцятого століття мало були схожі на їх сучасні типи, їхня конструкція більше нагадувала автомобільні аккумулятори. Першим головним застосуванням конденсаторів постійного струму цього типу було їх використання у великих телефонних станціях для зменшення шуму, який створювали реле на 48 вольт постійного струму. Незважаючи на те що електролітичні конденсатори мають найбільшу питому ємність у порівнянні з іншими типами конденсаторів, область їх застосування обмежена. По-перше, це пояснюється тим, що підводиться до нього напруга повинна мати певну полярність, яку не можна міняти. Ця особливість допускає використання електролітичних конденсаторів тільки в ланцюгах постійного струму. По-друге, електролітичні конденсатори більш схильні до пробою, оскільки шари діелектрика в ньому дуже тонкі.Використання протруєному анодів вперше було розпочато в 1945.Для конденсаторів високої напруги початкове збільшення площі поверхні було 4-5 кратним, зараз досягає до 10-кратного, а для конденсаторів низької напруги, широко використовуваних в транзисторних схемах, збільшення площі поверхні може бути ще інтенсивніше.Звичайною практикою, яка використовується в даний час, є попередня освіта фольги у тривалому процесі з використанням гарячого електроліту, що містить приблизно 10 % борної кислоти, при температурі 95-100°С і високій щільності струму. Фольга вводиться в розчин з урахуванням електричного напруги і з певною швидкістю, залежно від технічних вимог приладу. Остаточне освіту та витяг компонента може зайняти до трьох тижнів при робочому електричному напрузі на 10 % більше зареєстрованого. Використання нежидкостного електроліту, застосовуваного в конденсаторі, вимагає ретельного приготування, так як гліколь і борна кислота утворюють складний ефір в реакції з водою як з одним з компонентів.[3]

Технічні характеристики

Електролітичний конденсатор має просту конструкцію. Дві стрічки з конденсаторного паперу прокладені між двома стрічками із спеціальним чином обробленої алюмінієвої фольги і ця комбінація з чотирьох стрічок згорнута в рулон. Папір, що служить сепаратором для алюмінієвих електродів, просякнута електропровідним розчином. До електродів приєднані висновки, утворюючи активний елемент конденсатора. Він міститься в циліндричний алюмінієвий корпус з торцевим ущільненням висновків. Електричні характеристики конденсаторів приведені у відповідність міжнародним загальним технічним умовам IEC 60384-1. Згідно цього стандарту ці характеристики описуються ідеалізованою моделлю — еквівалентною послідовною схемою.

Еквівалентна схема електролітичного конденсатора

   C — електрична ємність конденсатора,
   RESR — еквівалентний послідовний опір, описує омічні втрати, скорочено «ESR»,
   LESL — еквівалентна послідовна індуктивність, описує індуктивний імпеданс, сокрочено «ESL»,
   Rleak — електричний опір, що являє собою струм втрат конденсатора.

Сфера застосування

Електролітичні конденсатори (в радіотехніці часто використовується скорочення «електроліти» є низькочастотними елементами електричного кола, їх рідко застосовують для роботи на частотах вище 30 кГц. В основному електроліти знайшли своє застосування у випрямлячах змінного струму для згладжування пульсуючого струму. Вони використовуються у звуковій техніці для перешкоджання проходження постійної складової у наступні каскади підсилювача. Також вони застосовуються для згладжування ШІМ для світлодіодних драйверів.[5] Через неможливість досягти достатньої герметизації корпусу, рідкий електроліт з часом висихає. При цьому втрачається ємність конденсатора. Також висиханню електроліту сприяє нагрів. Тому на корпусі практично будь-якого електролітичного конденсатора вказується допустимий діапазон робочої температури. Наприклад, від −40 до +105 °C. В радіоелектронній техніці, зокрема в конструкції електролітичних конденсаторів (ЕК). Сутність винаходу: ЕК містить оксидований анод і катод, раделенние пористої полімерною прокладкою і поміщені в електроліт. Пори прокладки виконані циліндричними або конічними, їх геометричні осі складають з перпендикуляром до поверхні прокладки кути, менші або рівні 30o, а сумарна площа поверхні прокладки, займана порами, Sппрор, см2, обрана з співвідношення Sппрор= (0,03 - 0,30)Sпрпродол, де Sпрпродол- площа поверхні прокладки, см2. Така конструкція ЕК дозволяє зменшити його еквівалентний опір і збільшити його місткість. 2 іл.Винахід відноситься до радіоелектронної техніки і може бути використане у виробництві електролітичних фольгових конденсаторів.Відомий електролітичний фольговий конденсатор, що містить оксидований анод і катод, розділені пористої прокладкою і поміщені в електроліт, в якому прокладка виконана з целюлозного паперу.[7]