Nióbové kondenzátory: konštrukčné vlastnosti, vlastnosti a označenia

V elektrotechnike a rádiotechnike sa nezaobídete bez použitia kondenzátorov. Ak je v prvom prípade hlavnou požiadavkou spoľahlivosť a trvanlivosť, potom v druhom prípade sa osobitná pozornosť venuje aj rozmerom. Miniaturizácia rádiových a elektronických zariadení bola možná s vynálezom tantalových a nióbových kondenzátorov, ktoré majú veľkosť len niekoľko milimetrov.

Tantal podporoval pokrok

Od samého počiatku rádioelektroniky prebiehali výskumy zamerané na zmenšenie rozmerov konštrukčných prvkov. Hlavným smerom v tejto veci je zvýšenie pracovnej frekvencie signálu. Ak porovnáme dva výkonové transformátory s pracovnými frekvenciami 50 a 400 Hz, potom druhý je asi 8-krát menší ako prvý.

Zastarané konštrukcie kondenzátorov sú valcované kotúče tenkej hliníkovej fólie, ktoré sú umiestnené v elektrolyte. Dosiahnutie vysokej kapacity bolo možné len zväčšením veľkosti samotného prvku. Ďalšou nevýhodou tejto konštrukcie je veľká parazitná indukčnosť pri prevádzke na frekvenciách 100 kHz a vyšších.

S použitím tantalu sa dosiahol prelom vo výrobe kondenzátorov s veľkou kapacitou a malou veľkosťou. Tento kov vzácnych zemín je drahší ako zlato a jeho výroba je pomerne náročná, no na výrobu jedného prvku stačí veľmi málo – nie viac ako niekoľko mikrogramov. Postupne tantalové elektrolytické kondenzátory nahradili zastarané kondenzátory na báze hliníkovej fólie, pretože ich výroba sa zlepšovala a náklady boli pomerne nízke.

A to nie je limit pre pokrok a vylepšenia v konštrukcii kondenzátorov. Prijímače tantalu sú nióbové kondenzátory, ktoré sú svojou konštrukciou a technológiou výroby identické so svojimi predchodcami, no výkonovo ich prevyšujú.

Dizajnové vlastnosti zariadenia

Fyzikálno-chemické vlastnosti tantalu a nióbu umožňujú vytvoriť z nich anódu špeciálnej poréznej štruktúry. Takéto štruktúry majú vnútorný povrch niekoľko desiatok krát väčší ako vonkajší. A to umožňuje akumulovať významný elektrický náboj.

Akýkoľvek moderný elektrolytický kondenzátor pozostáva z troch konštrukčných prvkov:

• katóda a anóda;
• dielektrická vrstva;
• jeden z typov elektrolytov (zásada, kyselina, voda, pevná alebo mäkká látka).

Úloha dielektrika je najtenší oxidový film. Získava sa metódou elektrochemickej korózie prechodom elektrického prúdu cez anódu v štádiu výroby.

Elektrolytom je tuhá látka - oxid manganičitý. Má nízky koeficient lineárnej rozťažnosti, nevyteká ani nevysychá ako tekuté elektrolyty. Vnútorná časť katódy je vyrobená zo striebra pre zvýšenie vodivosti.

Celá vnútorná výplň je vyplnená hmotou podobnou plastu s dielektrickými vlastnosťami - zmesou.

Výhody a nevýhody

Tantalové aj nióbové kondenzátory majú svoje pozitívne a negatívne vlastnosti. Ich hlavnou výhodou sú malé rozmery s relatívne veľkou kapacitou. A nevýhodou, ktorá výrazne obmedzuje rozsah ich použitia, je ich nízka elektrická pevnosť. Najvýkonnejšie vzorky sú schopné pracovať stabilne a spoľahlivo pri napätí do 35 V.

Akceptované štandardné označenie pre tantalové kondenzátory pozostáva z označenia kladného kontaktu a číselnej hodnoty. A farba puzdra označuje prevádzkové napätie. Napríklad:

• ružová farba - napätie do 35 V;
• biela farba - do 30 V;
• šedá farba - do 35 V;
• modrá farba - do 20 V;
• zelená farba - do 16 V;
• čierna farba - do 10 V;
• žltá farba - do 6,3 V.

Starý systém značenia je komplikovanejší a nepohodlnejší, preto sa od neho upustilo. Pozostával z troch pásikov a bodiek rôznych farieb. Farba prúžkov zodpovedala číselnej hodnote a farba bodky označovala násobiteľ, ktorým bola číselná hodnota vynásobená. Takýto systém často zavádzal rádiových technikov a vyžadoval zvýšenú pozornosť pri práci s kondenzátormi, preto od neho upustili a vyvinuli nové značenie.

Diagnostika možných porúch

Najčastejšou poruchou je porušenie dielektrického filmu na anóde. Jeho hrúbka je len niekoľko tisíc angstromov, čo je asi 500-krát tenšie ako ľudský vlas.

Menší prepätie napätia môže viesť k poruche, v ktorom dielektrický film získava kryštalickú štruktúru a stáva sa vodičom elektriny. V tomto prípade sa kondenzátor stáva vodičom a odpor medzi anódou a katódou sa blíži k nule. Stmavnutie a niekedy karbonizácia ochranného náteru je často na puzdre pri poruche vizuálne badateľná.

Stratu nominálnej kapacity je ťažšie diagnostikovať. Z tohto dôvodu nie je možné identifikovať takúto poruchu doma potrebné špeciálne diagnostické vybavenie.

Náklady na tantalové a nióbové kondenzátory sú také nízke, že nemá zmysel vykonávať zložité meracie práce. Podozrivý prvok sa jednoducho nahradí novým alebo známym dobrým.