Condensateur électrolytique

Un condensateur électrolytique est un condensateur dans lequel la couche diélectrique est une couche d'oxyde métallique sur l'anode et la cathode est l'électrolyte. Il en résulte une capacité extrêmement importante avec une tension de fonctionnement relativement élevée, d'où la popularité de tels produits.

Histoire de l'origine des condensateurs électrolytiques

L'effet de l'oxydation électrochimique de plusieurs métaux a été découvert par un scientifique français, Eugène Adrien Ducretet, en 1875, à l'aide de l'exemple du tantale, du niobium, du zinc, du manganèse, du titane, du cadmium, du cadmium, de l'antimoine, du bismuth, de l'aluminium et d'autres matériaux. L’essence de la découverte: lorsqu’elle est allumée en tant qu’anode( le pôle positif de la source d’alimentation), une couche d’oxyde aux propriétés de vannes s’est développée à la surface. En fait, une similitude de la diode Schottky est formée, dans des travaux sélectionnés, la conductivité de type n est attribuée à l'oxyde d'aluminium.

Il se trouve que le lieu de contact a des propriétés rectifiantes. Maintenant, il est facile de supposer plus loin, si nous rappelons les qualités de la barrière de Schottky. Il s’agit d’une faible chute de tension lorsqu’il est allumé dans le sens aller. Pour les condensateurs, faible signifie une valeur impressionnante. En ce qui concerne l'inclusion inverse des condensateurs électrolytiques, les gens ont entendu parler des dangers de telles expériences. La barrière de Schottky génère des courants de fuite accrus, grâce auxquels la couche d'oxyde commence à se dégrader immédiatement. Un rôle important est attribué à la rupture du tunnel. La réaction chimique qui s’écoule s’accompagne de la libération de gaz, produisant un effet négatif. Les théoriciens disent que ce phénomène conduit à la chaleur.

Le nom de l'invention du condensateur électrolytique est 1896, date à laquelle le 14 janvier, Karol Pollak déposa une demande auprès du bureau des brevets de Francfort. Ainsi, sur l’anode du condensateur électrolytique, la couche d’oxyde s’accumule sous l’action d’un potentiel positif. Le processus s'appelle le moulage, dans les conditions du développement de la technologie moderne dure des heures et des jours. Pour cette raison, la croissance ou la dégradation de la couche d'oxyde n'est pas perceptible pendant le fonctionnement. Les condensateurs électrolytiques sont utilisés dans les circuits électriques avec une fréquence allant jusqu'à 30 kHz, ce qui correspond au temps nécessaire pour changer la direction du courant en dizaines de microsecondes. Pendant cette période, il ne se passera rien au film d'oxyde.

Au début, dans la pratique russe, la production industrielle de condensateurs électrolytiques n'était pas considérée comme rentable. Les revues scientifiques ont même envisagé la mise en place de la production. Ces notes comprennent un article de Mitkevich( Journal de la Société physico-chimique russe, Physics n ° 34 de 1902).Le condensateur électrolytique en question consistait en une anode en aluminium plate et deux cathodes en fer situées sur les côtés. La conception a été placée dans une solution de bicarbonate de soude à 6-8%.La formation a été réalisée avec une tension constante( voir ci-dessous) 100 V à un courant résiduel de 100 mA.

Les premiers développements importants concernant la propriété nationale de condensateurs à électrolyte liquide datent de 1931 et ont été créés par le laboratoire de P. A. Ostroumov.

La capacité des métaux de vanne avec un film d'oxyde à redresser le courant varie. La qualité du tantale est la plus prononcée. Peut-être en raison du pentoxyde de tantale, caractérisé par une conductivité de type p. En conséquence, un changement de polarité conduit à la formation d'une diode Schottky connectée dans le sens direct. En raison du choix spécifique de l'électrolyte, la couche de travail dégradante du diélectrique peut être restaurée directement. Sur cette excursion historique est terminée.

Production de condensateurs électrolytiques

Des métaux, dont les oxydes, sont caractérisés par des propriétés de rectification, appelées vanne par analogie avec des diodes à semi-conducteurs. Il est facile de deviner que l’oxydation conduit à la formation d’un matériau de conductivité de type n. Ceci est considéré comme la condition principale pour l'existence d'un métal de soupape. Sur ce qui précède, seuls deux ont des propriétés positives clairement prononcées:

1. Aluminium.
2. Tantale.

Le premier est utilisé beaucoup plus souvent en raison du faible coût et de la prévalence relative dans la croûte terrestre. Le tantale est utilisé dans des cas extrêmes. L'accumulation du film d'oxyde se produit de deux manières:

• La première méthode consiste à maintenir un courant constant. En augmentant l'épaisseur de l'oxyde, la résistance augmente. Par conséquent, un rhéostat est inclus dans le circuit en série avec le condensateur lors du moulage. Le processus est contrôlé par la chute de tension à la jonction Schottky. Si nécessaire, le shunt est ajusté de manière à ce que les paramètres restent constants. Au stade initial, la vitesse de formage est constante, puis un point d'inflexion se produit avec une diminution du paramètre; après un certain intervalle, la croissance du film d'oxyde se poursuit si lentement que le cycle technologique est considéré comme achevé.Au premier virage, l'anode commence souvent à s'allumer. En conséquence, la tension présente est appelée de manière analogue. Au deuxième point, l'étincelle augmente brusquement, le processus de formage ultérieur est inutile. Et le deuxième virage s'appelle la tension maximale.
• La deuxième méthode de formation de la couche d'oxyde est réduite au maintien d'une tension constante à l'anode. Dans ce cas, le courant diminue de manière exponentielle. La tension est choisie en dessous de la tension d'étincelle. Le processus passe à un courant direct résiduel, en dessous duquel le niveau ne tombe plus. Puis la moulure se termine.

La sélection correcte de l'électrolyte joue un rôle important dans le processus de moulage. Dans l'industrie, cela se résume à l'étude de l'interaction de milieux corrosifs avec l'aluminium:

1. Représentants du premier groupe d'électrolytes, comprenant l'acide borique, l'acide citrique et le borax, ils ne dissolvent presque pas l'aluminium et l'oxyde. Massivement utilisé dans la fabrication de condensateurs électrolytiques. Un long moulage conduit à une chute de tension pouvant atteindre 1500 V, ce qui détermine l'épaisseur de la couche diélectrique.
   

   Condensateurs électrolytiques haute tension

2. Les acides chromique, sulfurique, succinique et oxalique dissolvent bien l'alumine, mais n'affectent pas le métal. Une caractéristique du moulage est une couche diélectrique relativement épaisse. De plus, avec une expansion supplémentaire, il n’ya pas de diminution significative de l’augmentation du courant ou de la tension. Un tel procédé permet de former des condensateurs électriques aux performances relativement faibles( jusqu’à 60 V).Les hydrates et les sels de l'acide utilisé sont mélangés à de l'oxyde d'aluminium dans des structures poreuses. Ces processus peuvent être utilisés à des fins de protection. Ensuite, le moulage suit le schéma précédent( le premier groupe) et est complété comme décrit. Une couche protectrice d'hydroxydes protège l'oxyde de la destruction en cours de fonctionnement.
3. Le troisième groupe d'électrolytes est constitué principalement d'acide chlorhydrique. Ces substances ne sont pas utilisées dans le processus de moulage, elles dissolvent bien l'aluminium et ses sels. Mais volontairement utilisé pour nettoyer les surfaces.

Pour le tantale et le niobium, tous les électrolytes relèvent de la classification du premier groupe. La capacité du condensateur est déterminée principalement par la tension à laquelle le moulage est terminé.Les alcools polyhydriques, les sels de glycérine et d'éthylène glycol sont utilisés de la même manière. Tous les processus ne suivent pas le schéma décrit ci-dessus. Par exemple, lorsque l’aluminium est moulé dans une solution d’acide sulfurique en utilisant la méthode du courant continu, on distingue les sections suivantes du graphique:

1. Une augmentation de tension rapide est observée pendant plusieurs secondes.
2. Puis, au même taux, une baisse d'environ 70% du pic a été observée.
3. Une couche d'oxyde épaisse et poreuse se forme au cours de la troisième étape et la contrainte augmente extrêmement lentement.
4. Dans la quatrième section, la tension augmente fortement avant l'apparition d'une panne d'étincelle. Le moulage se termine.

Beaucoup dépend de la technologie. L'épaisseur de la couche, et donc la tension de fonctionnement et la durabilité du condensateur, sont influencées par la concentration en électrolyte, la température et d'autres paramètres.

. Conception de condensateur électrolytique.

. Les plaques ne sont généralement pas plates. Pour les condensateurs électrolytiques, ils sont souvent enroulés dans un tube. Sur la coupe, cela ressemble à une bobine de Tesla avec les conséquences qui en découlent. Cela signifie qu'un condensateur a une résistance inductive importante, qui dans ce contexte est considérée comme parasite. Du papier ou du tissu imprégné d'électrolyte est placé entre les plaques. Le corps est en aluminium - le métal est facilement recouvert d'une couche protectrice, n'est pas affecté par l'électrolyte et élimine bien la chaleur( rappelez-vous du composant actif de la résistance de l'anode).

Ce sont des condensateurs à électrolyte sec. Leur principal avantage dans l'utilisation décente du volume. Il n'y a pas d'excès d'électrolyte, ce qui réduit le poids et la taille à la même capacité électrique. Malgré le nom caractéristique de l'électrolyte n'est pas sec, mais plutôt visqueux. Ils sont imprégnés de joints en tissu ou en papier, situés entre les plaques. En raison de la viscosité de l'électrolyte, le corps est en plastique ou en papier, un scellement en résine est utilisé pour sceller. En conséquence, le cycle technologique de fabrication des produits est simplifié.Historiquement, les espèces d'électrolytes secs sont apparues plus tard. Dans la pratique nationale, les premières mentions ont lieu en 1934.

À la fin des condensateurs électrolytiques étrangers, il y a des entailles transversales à travers lesquelles le volume interne est extrait. C'est en cas d'accident. Un tel condensateur endommagé peut être facilement remarqué à l'œil nu et remplacé à temps, ce qui accélère la réparation. Le marquage d’accident permet d’éviter les accidents et une polarité incorrecte.À la cathode sur importée, une bande blanche est dessinée sur toute la hauteur, les défauts étant espacés, et pour les domestiques, les croix( plus) sont du côté opposé.

Pour augmenter l'émissivité, la couleur du corps est sombre. Les exceptions à la règle sont rares. Une telle mesure augmente le transfert de chaleur dans l'environnement. Lorsque la tension sur le travailleur( moulage) est dépassée, il se produit une forte augmentation du courant due à l'ionisation, un fort étincelle se développe sur l'anode, une couche diélectrique pénètre partiellement. Les conséquences de tels phénomènes sont facilement éliminées dans la conception et dans le boîtier utilisé comme cathode: les condensateurs à électrolyte liquide occupent relativement beaucoup de place, mais ils éliminent bien la chaleur. Mais se manifeste parfaitement lorsque vous travaillez à basses fréquences. Quelles sont les causes de l'utilisation spécifique en tant qu'alimentation de filtre( 50 Hz).

Ces condensateurs électrolytiques cylindriques ne sont pas disposés comme indiqué ci-dessus, sans languettes en papier. Dans certains modèles, le boîtier joue le rôle d’une cathode, l’anode étant située à l’intérieur, elle peut avoir une forme quelconque, de sorte que la capacité nominale maximale soit assurée. En raison du traitement mécanique et de la gravure chimique, conçus pour augmenter la surface de l'électrode, les paramètres peuvent être augmentés d'un ordre de grandeur. La conception est typique pour les modèles à électrolyte liquide. La capacité de la structure considérée varie lorsque l'industrie émet entre 5 et 20 µF à une tension de fonctionnement de 200 - 550 V. En raison de l'augmentation de la résistance de l'électrolyte lorsque la température baisse, les condensateurs à électrolyte liquide et leur boîtier sont utilisés principalement comme cathodes dans un microclimat chaud.