V elektrotechnice a radiotechnice se bez použití kondenzátorů neobejdete. Pokud je v prvním případě hlavním požadavkem spolehlivost a trvanlivost, pak ve druhém případě je zvláštní pozornost věnována také rozměrům. Miniaturizace rádiových a elektronických zařízení byla možná s vynálezem tantalových a niobových kondenzátorů, které jsou jen několik milimetrů velké.
Obsah
- Tantal podporoval pokrok
- Designové vlastnosti zařízení
- Výhody a nevýhody
- Diagnostika možných poruch
Tantal podporoval pokrok
Od samého počátku radioelektroniky probíhal výzkum, který byl zaměřen na zmenšení rozměrů konstrukčních prvků. Hlavním směrem v této věci je zvýšení pracovní frekvence signálu. Pokud porovnáme dva výkonové transformátory s pracovními frekvencemi 50 a 400 Hz, pak je druhý asi 8x menší než první.
Zastaralé konstrukce kondenzátorů jsou válcované role tenké hliníkové fólie, které jsou umístěny v elektrolytu. Dosažení vysoké kapacity bylo možné pouze zvětšením velikosti samotného prvku. Další nevýhodou tohoto provedení je velká parazitní indukčnost při provozu na frekvencích 100 kHz a vyšších.
S použitím tantalu bylo dosaženo průlomu ve výrobě kondenzátorů velké kapacity a malých rozměrů. Tento kov vzácných zemin je dražší než zlato a jeho výroba je poměrně obtížná, ale výroba jednoho prvku trvá velmi málo – ne více než pár mikrogramů. Tantalové elektrolytické kondenzátory postupně nahradily zastaralé kondenzátory na bázi hliníkové fólie, protože se jejich výroba zdokonalovala a náklady byly poměrně nízké.
A to není limit pro pokrok a vylepšení v konstrukci kondenzátorů. Přijímače tantalu jsou niobové kondenzátory, které jsou svou konstrukcí a technologií výroby totožné se svými předchůdci, ale výkonem je předčí.
Designové vlastnosti zařízení
Fyzikálně-chemické vlastnosti tantalu a niobu umožňují vytvořit z nich anodu speciální porézní struktury. Takové struktury mají vnitřní povrch několik desítekkrát větší než vnější. A to umožňuje akumulovat významný elektrický náboj.
Jakýkoli moderní elektrolytický kondenzátor se skládá ze tří konstrukčních prvků:
- katoda a anoda;
- dielektrická vrstva;
- jeden z typů elektrolytů (alkálie, kyselina, voda, pevná nebo měkká látka).
Role dielektrika je nejtenčí oxidový film. Získává se metodou elektrochemické koroze průchodem elektrického proudu anodou ve fázi výroby.
Elektrolytem je pevná látka - oxid manganičitý. Má nízký koeficient lineární roztažnosti, nevytéká ani nevysychá jako kapalné elektrolyty. Vnitřní část katody je vyrobena ze stříbra pro zvýšení vodivosti.
Celá vnitřní výplň je vyplněna hmotou podobnou plastu s dielektrickými vlastnostmi - sloučeninou.
Výhody a nevýhody
Tantalové i niobové kondenzátory mají své vlastní pozitivní a negativní vlastnosti. Jejich hlavní výhodou jsou malé rozměry s poměrně velkou kapacitou. A nevýhodou, která výrazně omezuje rozsah jejich použití, je jejich malá elektrická pevnost. Nejvýkonnější vzorky jsou schopny pracovat stabilně a spolehlivě při napětí do 35 V.
Přijímané standardní značení pro tantalové kondenzátory sestává z označení kladného kontaktu a číselné hodnoty. A barva pouzdra označuje provozní napětí. Například:
- růžová barva - napětí do 35 V;
- bílá barva - do 30 V;
- šedá barva - do 35 V;
- modrá barva - do 20 V;
- zelená barva - do 16 V;
- černá barva - do 10 V;
- žlutá barva - až 6,3 V.
Starý systém značení je složitější a nepohodlný, proto se od něj upustilo. Skládal se ze tří pruhů a teček různých barev. Barva pruhů odpovídala číselné hodnotě a barva tečky označovala násobitel, kterým byla číselná hodnota násobena. Takový systém často uváděl radiotechniky v omyl a vyžadoval zvýšenou pozornost při práci s kondenzátory, proto od něj upustili a vyvinuli nové značení.
Diagnostika možných poruch
Nejčastější poruchou je porušení dielektrického filmu na anodě. Jeho tloušťka je jen několik tisíc angstromů, což je asi 500krát tenčí než lidský vlas.
Menší napěťový ráz může vést k poruše, ve kterém dielektrický film získává krystalickou strukturu a stává se vodičem elektřiny. V tomto případě se z kondenzátoru stane vodič a odpor mezi anodou a katodou se blíží nule. Ztmavnutí a někdy karbonizace ochranného nátěru jsou často vizuálně patrné na pouzdru při poruše.
Ztráta jmenovité kapacity je obtížnější diagnostikovat. Z tohoto důvodu není možné takovou poruchu identifikovat doma vyžaduje speciální diagnostické zařízení.
Cena tantalových a niobových kondenzátorů je tak nízká, že nemá smysl provádět složité měřicí práce. Podezřelý prvek je jednoduše nahrazen novým nebo známým dobrým.
