Elektrolitski kondenzator

Elektrolitski kondenzator je kondenzator, kjer je dielektrični sloj kovinska oksidna plast na anodi, katoda pa elektrolit. Rezultat je izredno velika zmogljivost z relativno visoko obratovalno napetostjo, ki povzroča priljubljenost takšnih izdelkov.

Zgodovina nastanka elektrolitskih kondenzatorjev

Učinek elektrokemijske oksidacije številnih kovin je odkril francoski znanstvenik Eugène Adrien Ducretet leta 1875 na primeru tantala, niobija, cinka, mangana, titana, kadmija, antimona, bizmuta, aluminija in drugih snovi. Bistvo odkritja: ob vklopu kot anode( pozitivnega pola vira energije) je na površini narasla oksidna plast z lastnostmi ventilov. Pravzaprav se oblikuje podobnost Schottkyjeve diode, pri izbranih delih pa je prevodnost n-tipa pripisana aluminijevemu oksidu.

Izkazalo se je, da ima kontaktni položaj popravljalne lastnosti. Zdaj je enostavno nadaljevati, če se spomnimo lastnosti Schottkyjeve pregrade. To je nizek padec napetosti, ko je vklopljen v smeri naprej. Za kondenzatorje, nizka pomeni impresivno vrednost. Kar zadeva obratno vključitev elektrolitskih kondenzatorjev, so ljudje slišali za nevarnosti takšnih poskusov. Schottkyjeva pregrada razvija povečane tokove puščanja, zaradi česar se začne oksidna plast takoj razgraditi. Pomembno vlogo ima razčlenitev predora. Tekočo kemično reakcijo spremlja sproščanje plinov, kar negativno vpliva. Teoretiki pravijo, da ta pojav vodi v toploto.

Izum elektrolitskega kondenzatorja je 1896, ko je 14. januarja Karol Pollak vložil prijavo pri frankfurtskem patentnem uradu. Torej je na anodi elektrolitskega kondenzatorja oksidna plast zgrajena pod vplivom pozitivnega potenciala. Proces se imenuje modeliranje, v pogojih sodobnega razvoja tehnologije traja ure in dneve. Zaradi tega rast ali razgradnja oksidne plasti med delovanjem ni opazna. Elektrolitski kondenzatorji se uporabljajo v električnih vezjih s frekvenco do 30 kHz, kar pomeni čas spreminjanja smeri toka v desetih mikrosekundah. V tem obdobju se nič ne bo zgodilo z oksidnim filmom.

Industrijska proizvodnja elektrolitskih kondenzatorjev najprej ni bila ekonomsko upravičena. Znanstvene revije so celo razmišljale o tem, kako vzpostaviti produkcijo. Takšne opombe vključujejo članek Mitkeviča( Journal of Russian Physico-Chemical Society, Physics No. 34 za 1902).Zadevni elektrolitski kondenzator je bil sestavljen iz ravne aluminijeve anode in dveh železnih katod, ki sta se nahajali na straneh. Oblikovanje je bilo dano v 6-8% raztopino sode bikarbone. Formiranje je bilo izvedeno s konstantno napetostjo( glej spodaj) 100 V do preostalega toka 100 mA.

Prvi resni razvoj domačega lastništva kondenzatorjev s tekočim elektrolitom se je nanašal na leto 1931, ustvaril pa ga je laboratorij P. A. Ostroumova.

Sposobnost kovin ventilov z oksidnim filmom za uravnavanje toka se spreminja. Kakovost tantala je najbolj izrazita. Morda zaradi tantalovega pentoksida, za katerega je značilna p-tipska prevodnost. Posledica tega je, da sprememba polarnosti povzroči nastanek Schottky diode, ki je povezana v smeri naprej. Zaradi specifične izbire elektrolitov se lahko degradirna delovna plast dielektrika ponovno vzpostavi v procesu. Na tej zgodovinski izlet je zaključen.

Proizvodnja elektrolitskih kondenzatorjev

Kovine, katerih oksidi se odlikujejo s popravnimi lastnostmi, imenujemo ventil po analogiji s polprevodniškimi diodami. Ni težko uganiti, da oksidacija vodi v tvorbo materiala z n-tipom prevodnosti. To velja za glavni pogoj za obstoj ventilske kovine. Od zgoraj navedenih so samo dve jasno izražene pozitivne lastnosti:

1. Aluminij.
2. Tantal.

Prvi se uporablja veliko pogosteje zaradi relativno poceni in razširjenosti v Zemljini skorji. Tantal se uporablja v skrajnih primerih. Nastajanje oksidnega filma poteka na dva načina:

• Prva metoda je vzdrževanje konstantnega toka. V procesu povečevanja debeline oksidne upornosti narašča. Zato je reostat vključen v vezje zaporedno s kondenzatorjem med oblikovanjem. Proces se krmili s padcem napetosti na Schottky križišču, če je potrebno, je nastavljen tako, da so parametri konstantni. V začetni fazi je hitrost preoblikovanja konstantna, nato pa pride do prevojne točke z zmanjšanjem parametra, po določenem intervalu pa nadaljnja rast oksidnega filma poteka tako počasi, da je tehnološki cikel zaključen. Pri prvem zavoju anoda pogosto začne iskro. V skladu s tem se prisotna napetost imenuje analogno. Na drugi točki pa se iskrenje močno poveča, nadaljnji proces oblikovanja pa je nepotreben. In drugi zavoj se imenuje maksimalna napetost.
• Druga metoda oblikovanja oksidne plasti je zmanjšana na vzdrževanje konstantne napetosti na anodi. V tem primeru se tok zmanjšuje eksponentno. Napetost je izbrana pod napetostjo iskre. Proces gre do preostalega tokovnega toka, pod katerim nivo ne pade več.Nato se modeliranje konča.

Pravilna izbira elektrolitov ima pomembno vlogo v procesu oblikovanja. V industriji se to zdi na preučevanje interakcije jedkih medijev z aluminijem:

1. Predstavniki prve skupine elektrolitov, to so bor, citronska kislina in boraks, skoraj ne raztopijo aluminija in oksida. Masivno se uporablja pri izdelavi elektrolitskih kondenzatorjev. Dolgo oblikovanje povzroči padec napetosti do 1500 V, ki določa debelino dielektrične plasti.
   

   Visokonapetostni elektrolitski kondenzatorji

2. Kromne, žveplove, jantarne in oksalne kisline dobro raztopijo aluminijev oksid, vendar ne vplivajo na kovino. Posebnost oblikovanja je relativno debel dielektrični sloj. Poleg tega pri nadaljnjem širjenju ne pride do znatnega zmanjšanja toka ali povečanja napetosti. Ta postopek se uporablja za oblikovanje električnih kondenzatorjev z relativno nizko zmogljivostjo( do 60 V).Hidrati in soli uporabljene kisline se zmešajo z aluminijevim oksidom v poroznih strukturah. Ti postopki se lahko uporabljajo v zaščitne namene. Nato se oblikuje po prejšnji shemi( prva skupina) in se zaključi, kot je opisano. Zaščitna plast hidroksidov ščiti oksid pred uničenjem med delovanjem.
3. Tretja skupina elektrolitov je sestavljena predvsem iz klorovodikove kisline. Te snovi se ne uporabljajo v procesu oblikovanja, dobro se raztopijo aluminij in njegove soli. Ampak pripravljen za čiščenje površin.

Za tantal in niobij so vsi elektroliti uvrščeni v prvo skupino. Zmogljivost kondenzatorja je v glavnem določena z napetostjo, pri kateri je oblikovanje končano. Na podoben način se uporabljajo polihidrični alkoholi, soli glicerina in etilen glikola. Vsi postopki ne sledijo zgoraj opisani shemi. Na primer, ko je aluminij oblikovan v raztopini žveplove kisline z metodo enosmernega toka, se razlikujejo naslednji odseki grafa:

Nato z enako hitrostjo opažamo padec na raven okoli 70% vrha.

V tretji fazi se zgodi debela, porozna oksidna plast in stres raste zelo počasi.

V četrtem razdelku se napetost močno poveča pred pojavom okvare iskre. Oblikovanje se konča.

Veliko je odvisno od tehnologije. Na debelino sloja in s tem na obratovalno napetost in vzdržljivost kondenzatorja vplivata koncentracija elektrolita, temperatura in drugi parametri.

, konstrukcija elektrolitskega kondenzatorja

Plošče običajno niso ravne. Pri elektrolitskih kondenzatorjih se pogosto zvijajo v cev, navitega. Na rezu je podoben Teslinemu navitju, ki ima posledice. To pomeni, da ima kondenzator pomembno induktivno upornost, ki se v tem kontekstu šteje za parazitsko. Med ploščami je položen papir ali tkanina, impregnirana z elektrolitom. Telo je izdelano iz aluminija - kovina je zlahka prekrita z zaščitnim slojem, elektrolit ne vpliva in dobro odstrani toploto( ne pozabite na aktivno komponento anodnega upora).

To so kondenzatorji za suhi elektrolit. Njihova ključna prednost pri dostojni rabi prostornine. Ni presežnega elektrolita, ki zmanjša težo in velikost pri enaki električni moči. Kljub značilnemu imenu elektrolita ni suha, temveč viskozna. Impregnirani so s tesnili iz tkanine ali papirja, ki se nahajajo med ploščama. Zaradi viskoznosti elektrolita je telo lahko plastika ali papir, za tesnjenje pa se uporablja tesnilo iz smole. Posledično je tehnološki cikel proizvodnje izdelkov poenostavljen. V preteklosti so se suhe elektrolite pojavile kasneje. V domači praksi se prve omembe pojavljajo leta 1934.

Na koncu tujih elektrolitskih kondenzatorjev so prečni rezalniki, skozi katere se iztisne notranja prostornina. To je v primeru nesreče. Takšno poškodovano kondenzator lahko zlahka opazimo s prostim očesom in ga pravočasno zamenjamo, kar pospeši popravilo. Označevanje trka pomaga preprečevati nesreče in nepravilno polarnost. Na uvoženi katodi se vzdolž celotne višine nariše beli trak, na katerem so minusi razporejeni in za domače križe( pluse) na nasprotni strani.

Za povečanje oddajnosti je barva telesa temna. Izjeme od tega pravila so redke. Tak ukrep povečuje prenos toplote v okolje. Pri prekoračitvi napetosti na delavcu( oblikovanje) pride do močnega povečanja toka zaradi ionizacije, razvije se močno iskrenje na anodi, dielektrična plast delno prodre. Posledice takšnih pojavov se pri načrtovanju in ohišju kot katodi zlahka odpravijo: kondenzatorji s tekočim elektrolitom zavzemajo relativno veliko prostora, vendar toploto dobro odstranijo. Ampak popolnoma očitno pri delu na nizkih frekvencah. Kaj povzroča specifično uporabo kot napajalnik filtra( 50 Hz).

Ti cilindrični elektrolitski kondenzatorji niso nameščeni, kot je prikazano zgoraj, brez papirnatih jezičkov. Pri nekaterih modelih ima vloga katode, anoda je znotraj, lahko je poljubne oblike, tako da je zagotovljena maksimalna nazivna zmogljivost. Zaradi mehanske obdelave in kemičnega jedkanja, ki je namenjena povečanju površine elektrode, se lahko parametri povečajo za red velikosti. Zasnova je značilna za modele s tekočimi elektroliti. Zmogljivost obravnavane konstrukcije se spreminja, ko industrija sprosti od 5 do 20 µF pri obratovalni napetosti 200 - 550 V. Zaradi povečanja odpornosti elektrolita s padajočo temperaturo, se kot katode uporabljajo predvsem kondenzatorji s tekočim elektrolitom in ohišjem v topli mikroklimi.