In der Elektro- und Funktechnik kann man auf den Einsatz von Kondensatoren nicht verzichten. Wenn im ersten Fall die Hauptanforderung Zuverlässigkeit und Langlebigkeit ist, wird im zweiten Fall auch den Abmessungen besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Die Miniaturisierung von Funk- und Elektronikgeräten wurde mit der Erfindung der nur wenige Millimeter kleinen Tantal- und Niob-Kondensatoren möglich.
Inhalt
- Tantal förderte den Fortschritt
- Designmerkmale des Geräts
- Vorteile und Nachteile
- Diagnose möglicher Störungen
Tantal förderte den Fortschritt
Seit den Anfängen der Funkelektronik wurden Forschungen betrieben, die darauf abzielten, die Größe von Strukturelementen zu reduzieren. Die Hauptrichtung in dieser Angelegenheit besteht darin, die Betriebsfrequenz des Signals zu erhöhen. Wenn wir zwei Leistungstransformatoren mit Betriebsfrequenzen von 50 und 400 Hz vergleichen, dann ist der zweite etwa 8-mal kleiner als der erste.
Veraltete Kondensatorkonstruktionen sind gerollte Rollen dünner Aluminiumfolie, die in einen Elektrolyten eingelegt werden. Die Erzielung einer hohen Kapazität war nur durch eine Vergrößerung des Elements selbst möglich. Ein weiterer Nachteil dieser Konstruktion ist die große parasitäre Induktivität beim Betrieb bei Frequenzen von 100 kHz und höher.
Ein Durchbruch bei der Herstellung von Kondensatoren mit großer Kapazität und kleiner Größe wurde mit der Verwendung von Tantal erzielt. Dieses Seltenerdmetall ist teurer als Gold und seine Herstellung ist ziemlich schwierig, aber es braucht sehr wenig, um ein Element herzustellen - nicht mehr als ein paar Mikrogramm. Nach und nach ersetzten Tantal-Elektrolytkondensatoren die veralteten Kondensatoren auf Aluminiumfolienbasis, da sich ihre Produktion verbesserte und die Kosten ziemlich niedrig wurden.
Und dies ist nicht die Grenze für Fortschritte und Verbesserungen im Kondensatordesign. Bei den Empfängern aus Tantal handelt es sich um Niob-Kondensatoren, die baugleich und fertigungstechnisch mit ihren Vorgängern identisch sind, diese aber in der Leistung übertreffen.
Designmerkmale des Geräts
Die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Tantal und Niob ermöglichen es, daraus eine Anode mit einer speziellen porösen Struktur herzustellen. Solche Strukturen haben eine Innenfläche, die um das Zehnfache größer ist als die Außenfläche. Und dies ermöglicht es, eine erhebliche elektrische Ladung anzusammeln.
Jeder moderne Elektrolytkondensator besteht aus drei Strukturelementen:
- Kathode und Anode;
- dielektrische Schicht;
- eine der Elektrolytarten (Laugen, Säuren, Wasser, feste oder weiche Stoffe).
Die Rolle eines Dielektrikums ist dünnste Oxidschicht. Es wird durch das Verfahren der elektrochemischen Korrosion gewonnen, indem im Produktionsstadium ein elektrischer Strom durch die Anode geleitet wird.
Der Elektrolyt ist eine feste Substanz - Mangandioxid. Es hat einen geringen Längenausdehnungskoeffizienten, tritt nicht aus und trocknet nicht wie flüssige Elektrolyte aus. Der innere Teil der Kathode besteht aus Silber, um die Leitfähigkeit zu erhöhen.
Die gesamte Innenfüllung ist mit einer kunststoffähnlichen Substanz mit dielektrischen Eigenschaften gefüllt – einem Compound.
Vorteile und Nachteile
Sowohl Tantal- als auch Niob-Kondensatoren haben ihre positiven und negativen Eigenschaften. Ihr Hauptvorteil ist ihre geringe Größe bei relativ großem Fassungsvermögen. Und der Nachteil, der den Anwendungsbereich erheblich einschränkt, ist ihre geringe elektrische Festigkeit. Die leistungsstärksten Samples arbeiten stabil und zuverlässig bei Spannungen bis 35 V.
Die anerkannte Standardkennzeichnung für Tantalkondensatoren besteht aus einer Angabe des Pluskontakts und einem Zahlenwert. Und die Farbe des Gehäuses zeigt die Betriebsspannung an. Zum Beispiel:
- rosa Farbe - Spannung bis 35 V;
- weiße Farbe - bis 30 V;
- graue Farbe - bis 35 V;
- blaue Farbe - bis 20 V;
- grüne Farbe - bis 16 V;
- schwarze Farbe - bis 10 V;
- gelbe Farbe - bis zu 6,3 V.
Das alte Markierungssystem ist komplizierter und unbequemer, daher wurde es aufgegeben. Es bestand aus drei Streifen und Punkten in verschiedenen Farben. Die Farbe der Streifen entsprach dem Zahlenwert und die Farbe des Punktes gab den Multiplikator an, mit dem der Zahlenwert multipliziert wurde. Ein solches System führte die Funktechniker oft in die Irre und erforderte beim Arbeiten mit Kondensatoren erhöhte Aufmerksamkeit, sodass sie es aufgegeben und eine neue Kennzeichnung entwickelt haben.
Diagnose möglicher Störungen
Die häufigste Fehlfunktion ist der Durchbruch des dielektrischen Films an der Anode. Seine Dicke beträgt nur wenige Tausend Angström, was etwa 500-mal dünner ist als ein menschliches Haar.
Geringer Spannungsstoß kann zum Zusammenbruch führen, bei dem der dielektrische Film eine kristalline Struktur annimmt und ein elektrischer Leiter wird. In diesem Fall wird der Kondensator zum Leiter und der Widerstand zwischen Anode und Kathode geht gegen Null. Eine Verdunkelung und manchmal Karbonisierung der Schutzlackbeschichtung sind bei einer Panne am Gehäuse oft optisch wahrnehmbar.
Ein Verlust der Nennkapazität ist schwieriger zu diagnostizieren. Es ist unmöglich, eine solche Störung zu Hause zu identifizieren, dafür spezielle Diagnosegeräte erforderlich.
Die Kosten für Tantal- und Niob-Kondensatoren sind so gering, dass aufwendige Messarbeiten nicht sinnvoll sind. Das verdächtige Element wird einfach durch ein neues oder bekanntermaßen gutes ersetzt.
