Un condensatore elettrolitico è un condensatore in cui lo strato dielettrico è uno strato di ossido di metallo sull'anodo e il catodo è l'elettrolita. Il risultato è una capacità estremamente elevata con una tensione operativa relativamente elevata, che causa la popolarità di tali prodotti.
Storia dell'origine dei condensatori elettrolitici
L'effetto dell'ossidazione elettrochimica di un certo numero di metalli fu scoperto dallo scienziato francese Eugène Adrien Ducretet nel 1875 usando l'esempio di tantalio, niobio, zinco, manganese, titanio, cadmio, antimonio, bismuto, alluminio e altri materiali. L'essenza della scoperta: quando acceso come anodo( il polo positivo della fonte di energia), uno strato di ossido con proprietà valvolari cresceva sulla superficie. In effetti, una similarità del diodo Schottky è formata, in lavori selezionati, conduttività di tipo n attribuita all'ossido di alluminio.
Si scopre che il luogo di contatto ha proprietà di rettifica. Ora è facile supporre ulteriormente, se ricordiamo le qualità della barriera di Schottky. Questa è una caduta a bassa tensione quando attivata nella direzione in avanti. Per i condensatori, basso significa valore impressionante. Per quanto riguarda l'inclusione inversa dei condensatori elettrolitici, le persone hanno sentito parlare dei pericoli di tali esperimenti. La barriera Schottky sviluppa correnti di dispersione maggiori, a causa delle quali lo strato di ossido inizia a degradarsi immediatamente. Un ruolo significativo è assegnato alla scomposizione del tunnel. La reazione chimica fluente è accompagnata dal rilascio di gas, fornendo un effetto negativo. I teorici dicono che questo fenomeno porta al calore. Condensatori di tipo diverso
Il nome dell'invenzione del condensatore elettrolitico è il 1896, quando il 14 gennaio Karol Pollak presentò una domanda all'ufficio brevetti di Francoforte. Quindi, sull'anodo del condensatore elettrolitico, lo strato di ossido si sviluppa sotto l'azione di un potenziale positivo. Il processo si chiama modanatura, nelle condizioni di sviluppo tecnologico moderno dura per ore e giorni. Per questo motivo, la crescita o la degradazione dello strato di ossido non è evidente durante il funzionamento. I condensatori elettrolitici sono utilizzati nei circuiti elettrici con una frequenza fino a 30 kHz, il che significa che il tempo di cambiare la direzione della corrente in decine di microsecondi. Durante questo periodo, non succederà nulla al film di ossido.
All'inizio, nella pratica russa, la produzione industriale di condensatori elettrolitici non era considerata economicamente valida. Le riviste scientifiche hanno anche considerato come impostare la produzione. Tali note includono un articolo di Mitkevich( Journal of the Russian Physico-Chemical Society, Physics No. 34 per il 1902).Il condensatore elettrolitico in questione consisteva in un anodo di alluminio piatto e due catodi di ferro situati sui lati. Il design è stato inserito in una soluzione al 6-8% di bicarbonato di sodio. La formazione è stata effettuata con una tensione costante( vedi sotto) 100 V con una corrente residua di 100 mA.
I primi sviluppi seri nella proprietà domestica di condensatori con elettrolita liquido si riferiscono al 1931 e sono stati creati dal laboratorio di P. A. Ostroumov.
La capacità dei metalli delle valvole con un film di ossido di raddrizzare la corrente varia. La qualità del tantalio è più pronunciata. Forse a causa del pentossido di tantalio, caratterizzato da conduttività di tipo p. Di conseguenza, un cambiamento di polarità porta alla formazione di un diodo Schottky collegato in avanti. A causa della selezione specifica dell'elettrolita, lo strato di lavoro degradante del dielettrico può essere ripristinato direttamente nel processo. In questa escursione storica è completata.
Produzione di condensatori elettrolitici
Metalli, i cui ossidi sono caratterizzati da proprietà di raddrizzamento, denominati valvola per analogia con diodi a semiconduttore.È facile intuire che l'ossidazione porta alla formazione di un materiale con conduttività di tipo n. Questa è considerata la condizione principale per l'esistenza di un metallo valvolare. Di questi, solo due hanno proprietà positive chiaramente pronunciate:
- Aluminium.
- tantalio. Condensatori di alluminio
Il primo è usato molto più spesso a causa della economicità relativa e della prevalenza nella crosta terrestre. Il tantalio è usato in casi estremi. L'accumulo del film di ossido avviene in due modi:
- Il primo metodo è mantenere una corrente costante. Nel processo di aumentare lo spessore della resistenza all'ossido aumenta. Di conseguenza, un reostato è incluso nel circuito in serie con il condensatore durante lo stampaggio. Il processo è controllato dalla caduta di tensione nella giunzione Schottky, se necessario, lo shunt viene regolato in modo che i parametri rimangano costanti. Nella fase iniziale, la velocità di formatura è costante, quindi si verifica un punto di flesso con una diminuzione del parametro, dopo un certo intervallo, l'ulteriore crescita del film di ossido procede così lentamente che il ciclo tecnologico è considerato completato. Alla prima curva, l'anodo spesso inizia a scintillare. Di conseguenza, la tensione presente è chiamata analogamente. Al secondo punto, la scintilla aumenta bruscamente, l'ulteriore processo di formazione è inopportuno. E la seconda curva è chiamata la tensione massima.
- Il secondo metodo per formare lo strato di ossido viene ridotto a mantenere una tensione costante sull'anodo. In questo caso, la corrente diminuisce in modo esponenziale. La tensione è scelta sotto la tensione della scintilla. Il processo passa a una corrente diretta residua, al di sotto della quale il livello non cade più.Quindi finisce lo stampaggio.
La corretta selezione dell'elettrolita gioca un ruolo importante nel processo di stampaggio. Nell'industria, questo si riduce allo studio dell'interazione dei mezzi corrosivi con l'alluminio:
- Rappresentanti del primo gruppo di elettroliti, questo include borico, acido citrico e borace, quasi non dissolvono alluminio e ossido. Massicciamente utilizzato nella produzione di condensatori elettrolitici. Lo stampaggio lungo comporta una caduta di tensione fino a 1500 V, che determina lo spessore dello strato dielettrico.
Condensatori elettrolitici ad alta tensione
- Gli acidi cromico, solforico, succinico e ossalico sciolgono bene l'allumina, ma non intaccano il metallo. Una caratteristica distintiva dello stampaggio è uno strato dielettrico relativamente spesso. Inoltre, con un'ulteriore espansione non si verifica una diminuzione significativa dell'aumento di corrente o di tensione. Tale processo viene utilizzato per formare condensatori elettrici con prestazioni relativamente basse( fino a 60 V).Idrati e sali dell'acido utilizzato sono miscelati con ossido di alluminio in strutture porose. Questi processi possono essere utilizzati a scopo protettivo. Quindi lo stampaggio va secondo lo schema precedente( il primo gruppo) e viene completato come descritto. Uno strato protettivo di idrossidi protegge l'ossido dalla distruzione durante il funzionamento.
- Il terzo gruppo di elettroliti consiste principalmente di acido cloridrico. Queste sostanze non sono utilizzate nel processo di stampaggio, sciolgono bene l'alluminio e i suoi sali. Ma volentieri usato per pulire le superfici.
Per il tantalio e il niobio, tutti gli elettroliti rientrano nella classificazione del primo gruppo. La capacità del condensatore è determinata principalmente dalla tensione alla quale lo stampaggio è completato. Alcoli polivalenti, glicerina e sali di glicole etilenico sono utilizzati in modo simile. Non tutti i processi seguono lo schema sopra descritto. Ad esempio, quando l'alluminio viene stampato in una soluzione di acido solforico utilizzando il metodo a corrente continua, vengono distinte le seguenti sezioni del grafico:
- Si osserva un rapido aumento della tensione per diversi secondi.
- Quindi, allo stesso ritmo, è stato osservato un calo al livello di circa il 70% del picco.
- Uno strato di ossido poroso e denso si accumula durante il terzo stadio e lo stress cresce estremamente lentamente.
- Nella quarta sezione, la tensione aumenta bruscamente prima che si verifichi una rottura della scintilla. La fine dello stampaggio.
Molto dipende dalla tecnologia. Lo spessore dello strato e quindi la tensione operativa e la durata del condensatore sono influenzati dalla concentrazione dell'elettrolita, dalla temperatura e da altri parametri.
Marcatura su un condensatore
Design del condensatore elettrolitico
Le piastre di solito non sono piatte. Per i condensatori elettrolitici, sono spesso avvolti in un tubo, arrotolati. Sul taglio, assomiglia a una bobina di Tesla con le conseguenti conseguenze. Ciò significa che il condensatore ha una significativa resistenza induttiva, che in questo contesto è considerata parassitaria. La carta o il tessuto impregnato di elettrolita viene inserito tra le piastre. Il corpo è in alluminio - il metallo è facilmente coperto da uno strato protettivo, non è influenzato dall'elettrolita e rimuove il calore bene( ricorda il componente attivo della resistenza dell'anodo).
Questi sono condensatori elettrolitici a secco. Il loro vantaggio chiave nell'uso decente del volume. Non c'è eccesso di elettrolito, che riduce il peso e le dimensioni alla stessa capacità elettrica. Nonostante il nome caratteristico dell'elettrolita non sia asciutto, piuttosto, viscoso. Sono impregnati di guarnizioni di tessuto o di carta, posizionate tra le piastre. In virtù della viscosità dell'elettrolita, il corpo può essere di plastica o di carta, per sigillare viene utilizzato un sigillo in resina. Di conseguenza, il ciclo tecnologico dei prodotti di produzione è semplificato. Storicamente, le specie di elettrolito secco apparvero in seguito. Nella pratica domestica, le prime menzioni avvengono nel 1934.
Alla fine dei condensatori elettrolitici estranei vi sono delle tacche trasversali attraverso le quali viene spremuto il volume interno. Questo è in caso di incidente. Un condensatore così danneggiato può essere facilmente notato a occhio nudo e sostituito nel tempo, il che accelera la riparazione. La marcatura di crash aiuta a evitare incidenti e polarità errata. Al catodo importato, una striscia bianca viene disegnata lungo l'intera altezza, con gli svantaggi distanziati, e per quelli domestici, con croci( plus).
Per aumentare l'emissività, il colore del corpo è scuro. Le eccezioni alla regola sono rare. Tale misura aumenta il trasferimento di calore all'ambiente. Quando la tensione sul lavoratore( stampaggio) viene superata, c'è un forte aumento di corrente dovuto alla ionizzazione, una forte scintilla sull'anodo si sviluppa, uno strato dielettrico penetra parzialmente. Le conseguenze di tali fenomeni sono facilmente eliminate nella progettazione e con l'alloggiamento utilizzato come catodo: i condensatori con elettrolito liquido occupano relativamente spazio, ma rimuovono bene il calore. Ma perfettamente manifestato quando si lavora a basse frequenze. Cosa causa l'uso specifico come alimentazione del filtro( 50 Hz).
Questi condensatori elettrolitici cilindrici non sono disposti come mostrato sopra, senza linguette di carta. In alcuni modelli, l'alloggiamento svolge il ruolo di un catodo, l'anodo si trova all'interno, può essere di forma arbitraria in modo da garantire la massima capacità nominale. A causa della lavorazione meccanica e dell'incisione chimica, progettata per aumentare la superficie dell'elettrodo, i parametri possono essere aumentati di un ordine di grandezza. Il design è tipico per i modelli con elettrolito liquido. La capacità della struttura in esame varia quando l'industria rilascia da 5 a 20 μF ad una tensione operativa di 200 - 550 V. A causa dell'aumento della resistenza dell'elettrolita a temperatura decrescente, i condensatori con elettrolita liquido e involucro vengono utilizzati come catodi principalmente in un microclima caldo.
