Kondensatory elektrolityczne: niezbędne w elektronice

Inteligentna technika w kompaktowym opakowaniu: Kondensatory z elektrolitem są potrzebne nie tylko w przemyśle, ale także w przemyśle elektronicznym, w wysokiej liczbie sztuk. Niezgodne elementy elektroniczne podstawowego wyposażenia są również niezbędne dla elektryków i hobbystów.

Co to jest kondensator elektrolityczny?

Pojemność kondensatora elektrolitycznego zależy od częstotliwości. Ponieważ nie można go efektywnie zmierzyć przy napięciu stałym, standardowo mierzy się go przy napięciu zmiennym 0,5 V i częstotliwości 100/120 Hz w temperaturze pokojowej. Zmierzona w ten sposób wartość pojemności jest o około 10 % niższa od wartości pojemności rejestrowanej.

Jak wygląda kondensator elektrolityczny?

Aby optymalnie wykorzystać jego działanie, elektrolit musi w miarę możliwości całkowicie pokryć powierzchnię anody. Z tego powodu również elektrolit stały jest początkowo w postaci płynnej, a następnie zestalony

Specjalną cechą kondensatorów elektrolitycznych jest ich bardzo cienka, ale bardzo stabilna pod napięciem warstwa tlenków (około 10−9 m/V). W połączeniu z szorstką chropowatą strukturą anody (tj. dużą powierzchnią anodową) powoduje to, że kondensatory elektrolityczne mają stosunkowo dużą moc produkcyjną w porównaniu z innymi formami kondensatora. Ich pojemność jest jednak znacznie mniejsza niż elektrochemiczne superkondensatory.

Prawie wszystkie kondensatory elektrolityczne są biegunowe, oznacza to, że muszą być podłączone z zachowaniem prawidłowej biegunowości i mogą być eksploatowane tylko przy napięciu stałym. Anoda jest zawsze biegunem dodatnim. Dielektryk kondensatora elektrolitycznego może zniszczyć nieprawidłową biegunowość lub zbyt wysokie napięcia. Aluminiowe kondensatory elektrolityczne mogą wówczas wybuchnąć, a kondensatory tantalowe mogą zapalić się. Z tego powodu należy zawsze zwracać uwagę na prawidłową biegunowość kondensatorów.

Aby zminimalizować ryzyko błędnej polaryzacji, na wszystkich kokach wydrukowane jest oznaczenie biegunowości.

Poza tym w przypadku kondensatorów przewodowych połączenie Plus jest wykonane zazwyczaj z nieco dłuższego drutu przyłączeniowego.

Jakie rodzaje kondensatorów elektrolitycznych występują?

W zależności od zastosowanego materiału anodowego (lub jego tlenku jako dielektryka) istnieją trzy główne grupy kondensatorów elektrolitycznych.

Właściwości warstwy tlenku na anodzie określają wytrzymałość napięciową kondensatora elektrolitycznego. Napięcie znamionowe jest napięciem, które kondensator elektrolityczny utrzymuje w stałym stanie bez przebicia. Wytrzymałość napięciowa warstwy tlenków (tzn. napięcie, przy którym dochodzi do przebijania) spada wraz ze wzrostem temperatury . Kondensatory elektrolityczne umożliwiają osiągnięcie znacznie mniejszych napięć znamionowych niż kondensatory foliowe czy ceramiczne. To sprawia, że są dobrymi kandydatami na nowoczesne układy o dużej gęstości elementów.

Na kondensatorach elektrolitycznych drukowane są zazwyczaj następujące dane, przy czym pierwsze cztery informacje znajdują się prawie zawsze:

• Polaryzacja (ważne, ponieważ w przypadku nieprawidłowej biegunowości kondensatory zostaną zniszczone)
• Pojemność znamionowa lub pojemność (ewentualnie z tolerancją)
• Napięcie znamionowe (maksymalne dopuszczalne napięcie stałe)
• Temperatura nominalna
• Logo producenta
• Oznaczenie serii

Wymiar RM przy promieniowo przewodowanych kondensatorach elektrolitycznych określa odległość przewodów przyłączeniowych.

Nadrukowana wartość pojemności kondensatora elektrolitycznego jest oszacowaną wartością, która odpowiada jedynie wysokiej tolerancji. Dlatego też wartości tolerancji kondensatorów elektrolitycznych są bardzo wysokie.

W przypadku mniejszych konstrukcji podaje się pojemność i tolerancję zgodnie z IEC/DIN EN 60062 z oznaczeniem skróconym:
 

• µF85 = 0,85 µF lub 8µ5 = 8,5 µF lub 85μ = 85 µF
• W alternatywnej krótkiej notacji pierwsze dwie cyfry oznaczają wartość w pikofaradach, trzecia liczba oznacza wykładnik dziesiątek. Liczba 384 oznacza zatem 38∙104 pF = 0,38 µF.
• Tolerancja jest oznaczona literą: K = ± 10 % (w przypadku kondensatorów tantalowych), M = ± 20 %
   

Kondensatory elektrolityczne posiadają różne możliwości podłączenia:

Cechą szczególną kondensatorów elektrolitycznych jest, że są one przepuszczane przez tzw. prąd upływowy (Leaked), jeśli używasz napięcia stałego z odpowiednią polaryzacją. Przyczyną prądu upływowego są zanieczyszczenia i mechaniczne uszkodzenia dielektryka. Prąd upływu zależy od pojemności, napięcia, temperatury i czasu, a na jego wpływ mają również używane materiały. Zazwyczaj określa się to za pomocą produktu C _R ∙ U _R pojemności nominalnej i napięcia nominalnego.

Chociaż prąd upływowy nowoczesnych kondensatorów jest dość mały, to są one znacznie wyższe niż w innych formach kondensatora. Dlatego kondensatory elektrolityczne nie nadają się do układów, za pomocą których wykonywane są precyzyjne pomiary czasu lub do stabilizacji wysokoomowych źródeł napięcia.

Równoważny schemat obwodu aluminiowego kondensatora elektrolitycznego

W przypadku kondensatorów elektrolitycznych z aluminium „płyty” są umieszczane w aluminiowej kubce jako uzwojenie nasączone elektrolitem, a następnie zamknięte gumową zatyczką. W związku z tym należy stosować następujące zastępcze schemat połączeń:
 

Jednak ze względu na konstrukcję aluminiowego kondensatora elektrolitycznych możliwa jest również pewna indukcyjność LESL (Equivalent Series inductivity = odpowiadająca jej indukcja seryjna), która jest włączona w serii do kondensatora. Wielokrotne połączenie folii aluminiowej ma na celu zminimalizowanie tej niepożądanej indukcyjności. Z tego powodu aluminiowe kondensatory elektrolityczne nie nadają się również do zastosowań wysokiej częstotliwości.

Ciekawe dziedziny zastosowania

Dzięki dużej pojemności kondensatory elektrolityczne nadają się szczególnie do zastosowania w kondensatorów elektrolitycznych
 

• Do odłączania niepożądanych częstotliwości (do kilku megahertów)
• Do sprzęgania i rozprzęgania sygnałów napięcia zmiennego (Level Shifting)
• Służy do prostowania napięcia w zasilaczach
• Do buforowania zasilaczy o napięciu nagłym przy gwałtownych skokach obciążenia (kondensator wsporczy)
• Jako energia elektryczna lub magazyn energii (na przykład w zasilaczach bezprzerwowych)
   

Duża pojemność powoduje również niski poziom ślepej próby napięcia zmiennego. Dlatego kondensatory elektrolityczne nadają się również jako element sprzęgający dla sygnałów o niskiej częstotliwości.

FAQs: Najczęściej zadawane pytania dotyczące kondensatorów elektrolitycznych

Jaka jest różnica między kondensatorem elektrolitycznym SMD i SMT?

Nie ma różnicy między tymi dwoma typami kondensatorów elektrolitycznych. SMD oznacza „surface mount device” (Element montowany na powierzchni). Technologia montażu części to technologia „surface mounting technology” lub krótka technologia SMT (w języku niemieckim: Montaż powierzchniowy). SMD odnosi się zatem do właściwości kondensatora, podczas gdy czujnik SMT odnosi się do technologii bazowych.

Co to jest polimerowy kondensator elektrolityczny?

W polimerowych kondensatorach elektrolitycznych polimery przewodzące, których przewodność elektryczna jest bliska poziomowi metali, są uważane za elektrolit. Za pomocą nowoczesnych kondensatorów elektrolitycznych można zrealizować jeszcze mniejsze rozmiary i jeszcze mniejsze wewnętrzne straty rezystancyjne lub wewnętrzne indukcyjność.

Interpretacja: W ten sposób kupujesz prawdziwy kondensator

Jeśli masz wystarczająco dużo miejsca na obwód i / lub potrzebujesz napięcia większego niż 50 V, nie poruszaj się po elektrolicie z aluminiowym elektrolitem. Te elementy są stosowane w niezliczonych elementach elektronicznych. Kondensatory elektrolityczne tantalowe i niob będą miały niewiele miejsca, na przykład w bardzo płaskich urządzeniach elektrycznych. Ponadto kondensatory elektrolityczne pracują bardzo stabilnie w bardzo szerokim zakresie temperatur. Jeśli więc myślisz o zastosowaniach wojskowych i kosmicznych, trafiłeś we właściwe miejsce z kondensatorami elektrolitycznymi tantalu lub niobu.