Kondensator elektrolityczny

Kondensator elektrolityczny to kondensator, w którym warstwa dielektryczna jest warstwą tlenku metalu na anodzie, a katoda jest elektrolitem. Rezultatem jest wyjątkowo duża pojemność przy stosunkowo wysokim napięciu roboczym, co powoduje popularność takich produktów.

Historia pochodzenia kondensatorów elektrolitycznych

Wpływ elektrochemicznego utleniania wielu metali został odkryty przez francuskiego naukowca Eugène Adrien Ducretet w 1875 r. Na przykładzie tantalu, niobu, cynku, manganu, tytanu, kadmu, antymonu, bizmutu, aluminium i innych materiałów. Istota odkrycia: po włączeniu jako anoda( biegun dodatni źródła zasilania), na powierzchni wyrosła warstwa tlenkowa o właściwościach zaworowych. W rzeczywistości powstaje podobieństwo diody Schottky'ego, w wybranych pracach przewodność typu n przypisywana jest tlenkowi glinu.

Okazuje się, że miejsce kontaktu ma właściwości prostujące. Teraz łatwo jest przyjąć dalej, jeśli przypomnimy sobie cechy bariery Schottky'ego. Jest to spadek niskiego napięcia po włączeniu w kierunku do przodu. Dla kondensatorów niskie oznacza imponującą wartość.Jeśli chodzi o odwrotne włączenie kondensatorów elektrolitycznych, ludzie słyszeli o niebezpieczeństwach takich eksperymentów. Bariera Schottky'ego rozwija zwiększone prądy upływowe, dzięki czemu warstwa tlenkowa zaczyna natychmiast ulegać degradacji. Znaczącą rolę przypisuje się awarii tunelu. Płynnej reakcji chemicznej towarzyszy wydzielanie gazów, co daje efekt negatywny. Teoretycy twierdzą, że zjawisko to prowadzi do ciepła.

Nazwa wynalazku kondensatora elektrolitycznego to 1896, kiedy 14 stycznia Karol Pollak złożył wniosek do frankfurckiego urzędu patentowego. Tak więc, na anodzie kondensatora elektrolitycznego, warstwa tlenkowa jest budowana pod działaniem potencjału dodatniego. Proces ten nazywa się formowaniem, w warunkach nowoczesnego rozwoju technologii trwa on wiele godzin i dni. Z tego powodu wzrost lub degradacja warstwy tlenkowej nie są zauważalne podczas pracy. Kondensatory elektrolityczne stosuje się w obwodach elektrycznych o częstotliwości do 30 kHz, co oznacza czas zmiany kierunku prądu w dziesiątkach mikrosekund. W tym czasie nic nie stanie się z filmem tlenkowym.

Początkowo, w rosyjskiej praktyce, produkcja przemysłowa kondensatorów elektrolitycznych nie była uważana za ekonomicznie uzasadnioną.Czasopisma naukowe zastanawiały się nawet, jak rozpocząć produkcję.Takie notatki zawierają artykuł Mitkevicha( Journal of the Russian Physico-Chemical Society, Physics No. 34 for 1902).Omawiany kondensator elektrolityczny składał się z płaskiej anody aluminiowej i dwóch żelaznych katod umieszczonych po bokach. Projekt umieszczono w 6-8% roztworze sody oczyszczonej. Formowanie prowadzono przy stałym napięciu( patrz poniżej) 100 V do prądu szczątkowego 100 mA.

Pierwsze poważne zmiany w krajowym posiadaniu kondensatorów z ciekłym elektrolitem dotyczą 1931 r. I zostały stworzone przez laboratorium P. A. Ostroumova.

Zdolność zaworów metalowych z warstewką tlenku do prostowania prądu zmienia się.Jakość tantalu jest najbardziej wyraźna. Być może z powodu pięciotlenku tantalu, charakteryzującego się przewodnością typu p. W rezultacie zmiana polaryzacji prowadzi do utworzenia diody Schottky'ego połączonej w kierunku do przodu. Ze względu na specyficzny dobór elektrolitu, degradująca warstwa robocza dielektryka może zostać przywrócona bezpośrednio w procesie. Na tej historycznej wycieczce zakończono.

Produkcja kondensatorów elektrolitycznych

Metale, których tlenki charakteryzują się właściwościami prostowniczymi, zwane przez analogię z diodami półprzewodnikowymi.Łatwo zgadnąć, że utlenianie prowadzi do powstania materiału o przewodności typu n. Jest to uważane za główny warunek istnienia metalu zaworowego. Z powyższego tylko dwa mają wyraźne pozytywne właściwości:

1. Aluminium.
2. Tantal.

Pierwsze jest używane znacznie częściej ze względu na względną taniość i rozpowszechnienie w skorupie ziemskiej. Tantal jest stosowany w skrajnych przypadkach. Nagromadzenie filmu tlenkowego występuje na dwa sposoby:

• Pierwszą metodą jest utrzymanie stałego prądu. W procesie zwiększania grubości tlenku wzrasta opór. W konsekwencji, reostat jest włączony w obwód szeregowo z kondensatorem podczas formowania. Proces kontrolowany jest przez spadek napięcia na złączu Schottky, w razie potrzeby bocznik jest regulowany w taki sposób, aby parametry pozostały stałe. Na początkowym etapie prędkość formowania jest stała, następnie punkt przegięcia następuje wraz ze spadkiem parametru, po pewnym czasie dalszy rozwój filmu tlenkowego przebiega tak wolno, że cykl technologiczny uznaje się za zakończony. Przy pierwszym zakręcie anoda często zaczyna iskrzyć.Odpowiednio, obecne napięcie nazywa się analogicznie. W drugim punkcie iskrzenie gwałtownie wzrasta, dalszy proces formowania jest nieoczekiwany. Drugi zakręt nazywa się maksymalnym napięciem.
• Drugi sposób tworzenia warstwy tlenkowej jest zredukowany do utrzymania stałego napięcia na anodzie. W tym przypadku prąd zmniejsza się wykładniczo. Napięcie jest wybierane poniżej napięcia iskry. Proces przechodzi do rezydualnego prądu przewodzenia, poniżej którego poziom nie spada. Następnie kończy się formowanie.

Właściwy dobór elektrolitu odgrywa dużą rolę w procesie formowania. W przemyśle sprowadza się to do badania interakcji mediów korozyjnych z aluminium:

1. Przedstawiciele pierwszej grupy elektrolitów, w tym kwasu bornego, kwasu cytrynowego i boraksu, prawie nie rozpuszczają aluminium i tlenków. Masowo stosowane w produkcji kondensatorów elektrolitycznych. Długie formowanie prowadzi do spadku napięcia do 1500 V, który określa grubość warstwy dielektrycznej.
   

   Kondensatory elektrolityczne wysokiego napięcia

2. Kwasy chromowe, siarkowe, bursztynowe i szczawiowe dobrze rozpuszczają tlenek glinu, ale nie mają wpływu na metal. Charakterystyczną cechą wypraski jest stosunkowo gruba warstwa dielektryczna. Co więcej, przy dalszym rozszerzaniu nie występuje znaczny spadek natężenia lub wzrostu napięcia. Taki proces jest używany do tworzenia kondensatorów elektrycznych o stosunkowo niskiej wydajności( do 60 V).Hydraty i sole użytego kwasu są mieszane z tlenkiem glinu w porowatych strukturach. Te procesy mogą być wykorzystywane do celów ochronnych. Następnie formowanie przebiega zgodnie z poprzednim schematem( pierwsza grupa) i kończy się zgodnie z opisem. Warstwa ochronna wodorotlenków chroni tlenek przed zniszczeniem podczas pracy.
3. Trzecia grupa elektrolitów składa się głównie z kwasu solnego. Substancje te nie są stosowane w procesie formowania, rozpuszczają aluminium i jego sole. Ale chętnie używane do czyszczenia powierzchni.

W przypadku tantalu i niobu wszystkie elektrolity należą do klasyfikacji pierwszej grupy. Pojemność kondensatora jest określona głównie przez napięcie, przy którym formowanie jest zakończone. W podobny sposób stosuje się alkohole wielowodorotlenowe, glicerynę i glikole etylenowe. Nie wszystkie procesy przebiegają zgodnie ze schematem opisanym powyżej. Na przykład, gdy aluminium jest formowane w roztworze kwasu siarkowego przy użyciu metody prądu stałego, rozróżnia się następujące sekcje wykresu:

1. Obserwowany jest szybki wzrost napięcia przez kilka sekund.
2. Następnie, w tym samym tempie, zaobserwowano spadek do poziomu około 70% piku.
3. Gruba, porowata warstwa tlenkowa gromadzi się podczas trzeciego etapu, a stres rośnie niezwykle wolno.
4. W czwartej sekcji napięcie gwałtownie wzrasta przed wystąpieniem iskry. Formowanie kończy się.

Wiele zależy od technologii. Na grubość warstwy, a zatem na napięcie robocze i trwałość kondensatora, wpływa stężenie elektrolitu, temperatura i inne parametry.

Konstrukcja kondensatora elektrolitycznego

Płyty zwykle nie są płaskie. W przypadku kondensatorów elektrolitycznych często zwijane są w rurę zwiniętą w spiralę.Na wycięciu przypomina cewkę Tesli z następującymi konsekwencjami. Oznacza to, że kondensator ma znaczną oporność indukcyjną, która w tym kontekście jest uważana za pasożytniczą.Papier lub tkanina impregnowana elektrolitem umieszczona jest między płytami. Korpus jest wykonany z aluminium - metal jest łatwo pokryty warstwą ochronną, elektrolit nie ma wpływu i dobrze usuwa ciepło( pamiętaj o aktywnym składniku oporności anody).

Są to kondensatory suchego elektrolitu. Ich kluczową zaletą jest przyzwoite wykorzystanie objętości. Nie ma nadmiaru elektrolitu, który zmniejsza ciężar i rozmiar przy tej samej pojemności elektrycznej. Pomimo charakterystycznej nazwy elektrolit nie jest suchy, raczej lepki. Impregnowane są uszczelkami z tkaniny lub papieru umieszczonymi pomiędzy płytami. Ze względu na lepkość elektrolitu, materiałem może być tworzywo sztuczne lub papier, uszczelka żywiczna jest stosowana. W rezultacie uproszczono cykl technologiczny produktów produkcyjnych. Historycznie, suchy gatunek elektrolitów pojawił się później. W praktyce domowej pierwsze wzmianki pojawiają się w 1934 roku.

Na końcu zagranicznych kondensatorów elektrolitycznych znajdują się poprzeczne nacięcia, przez które wyciskana jest wewnętrzna objętość.Dzieje się tak w razie wypadku. Taki uszkodzony kondensator można łatwo zauważyć gołym okiem i wymienić w czasie, co przyspiesza naprawę.Oznakowanie awaryjne pomaga uniknąć wypadków i nieprawidłowej polaryzacji. Przy katodzie importowanej, biały pasek jest narysowany wzdłuż całej wysokości, z minimalnymi odstępami, a dla domowych, krzyże( plusy) znajdują się po przeciwnej stronie.

Aby zwiększyć emisyjność, kolor ciała jest ciemny. Wyjątki od reguły są rzadkie. Taki środek zwiększa przenikanie ciepła do otoczenia. Kiedy napięcie na robotniku( odlew) zostanie przekroczone, następuje gwałtowny wzrost natężenia prądu w wyniku jonizacji, powstaje silne iskrzenie anody, częściowo przeniknie warstwa dielektryczna. Konsekwencje takich zjawisk można łatwo wyeliminować w projekcie i przy wykorzystaniu obudowy jako katody: kondensatory z ciekłym elektrolitem zajmują stosunkowo dużo miejsca, ale dobrze odprowadzają ciepło. Ale doskonale przejawia się przy pracy na niskich częstotliwościach. Co powoduje specyficzne zastosowanie jako źródło zasilania filtrem( 50 Hz).

Te cylindryczne kondensatory elektrolityczne nie są ułożone jak pokazano powyżej, bez papierowych wypustek. W niektórych modelach obudowa pełni rolę katody, anoda znajduje się wewnątrz, może mieć dowolny kształt, dzięki czemu zapewniona jest maksymalna nominalna pojemność.Ze względu na obróbkę mechaniczną i trawienie chemiczne, mające na celu zwiększenie powierzchni elektrody, parametry można podnieść o rząd wielkości. Konstrukcja jest typowa dla modeli z ciekłym elektrolitem. Wydajność rozpatrywanej konstrukcji jest różna, gdy przemysł zwolni od 5 do 20 μF przy napięciu roboczym 200 - 550 V. Ze względu na wzrost rezystancji elektrolitu przy obniżonej temperaturze, kondensatory z ciekłym elektrolitem i obudową są stosowane jako katody głównie w ciepłym mikroklimacie.