Електроліти́чний конденса́тор

Моцаренко Марія

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. 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.

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.

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.

   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.

[[Файл:Схема.png|міні|праворуч] Електролітичний конденсатор включає оксидований анод 1 і катод 2, розділені пористої полімерною прокладкою 3. Анод 1 і катод 2 забезпечені відповідно контактами 4 і 5. Перегородка 3 з полімерного матеріалу виконана з ѵния заявляється електролітичного конденсатора. Для конденсаторної прокладки з циліндричними наскрізними порами значення коефіцієнтаможе бути отримано з простих фізичних уявлень. Оскількипоказує збільшення опору змоченою електролітом прокладки по відношенню до опору електроліту, величина цього коефіцієнта обернено пропорційна величині Р, пропорційна відношенню довжини мікропор до товщині плівки, тобто пропорційна (cos)-1і пропорційна відношенню електричного поля в конденсаторі до компоненті електричного поля, спрямованої вздовж осі часу. Це відношення також одно (cos)-1. Таким чином = (Р cos2)-1. (3) Із збільшенням коефіцієнт збільшується. Так, при зростаннівід кількох градусів до 30прозростає на 33% Цим обумовлений вибір значень, що не перевищують 30про.

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. 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.

Фото, відео-матеріали

Список використаних джерел

1.Виноградов Ю.В. “Основи електронної і напівпровідникової техніки”. Вид. 2-ге, доп. М., “Енергія”, 1972 р. - 536 з.

2.Довідник по електротехнічним матеріалам. Том 3. Л. «Енергія», 1988.

3.Носов О.Н. Оптоэлектроника. М. «Вищу школу». 1976.

4.http://ukrbukva.net/page,7,5319-Ustroiystvo-kondensatora.html

5.http://uapatents.com/2-34536-elektrolitichnijj-kondensator.html

6.http://findpatent.com.ua/patent/205/2052852.html

7.http://go-radio.ru/properties-electrolytic-capacitors.html