Электролитические конденсаторы.

В электролитических конденсаторах имеются 2 обкладки. В качестве одной, называемой анодом, служит фольга или таблетка, а в качестве другой, называемой катодом - жидкий электролит или твёрдый полупроводник. Диэлектриком служит тонкая оксидная плёнка создаваемая на аноде электрохимически.

Преимущество электролитических конденсаторов перед конденсаторами с другими диэлектриками состоит в их большой удельной ёмкости, недостаток - в значительном её снижении при низких температурах и увеличении тока утечки при высокой температуре.

Электролитические конденсаторы разделяют на полярные, работающие только в цепях с постоянным или пульсирующим напряжением, и неполярные, используемые в цепях переменного тока.

Полярные конденсаторы работоспособны при условии, что на их положительный электрод (анод) подаётся положительный потенциал источника. Если полярность подключения источника нарушается, возможен пробой и выход из строя конденсатора (иногда сопровождаемый взрывом). Электролитические конденсаторы выпускают с большим интервалом ёмкости (от десятых долей до десятков тысяч микрофарад) и напряжением от 3 до 500 вольт.

По конструкции, виду обкладок и диэлектрика различают 3 типа электролитических конденсаторов: алюминиевые (сухие), обкладки которых изготавливают из алюминиевой фольги, а диэлектрик - из бумажных или тканевых прокладок, пропитанных электролитом; танталовые (жидкие) с таблеточным танталовым анодом, поверхность которого покрыта оксидной плёнкой диэлектрика, и с жидким электролитом в качестве катода; оксидно-полупроводниковые (твёрдые) с таблеточным танталовым или алюминиевым анодом и нанесённой плёнкой диэлектрика. Электролитом служит полупроводник (двуокись марганца), наносимый на оксидную плёнку анода.

Наиболее широкое применение получили сухие электролитические конденсаторы. Они подразделяются на: неморозоустойчивые (Н), морозоустойчивые (М), повышенной морозоустойчивости (ПМ) и особо морозоустойчивые (ОМ). Конденсаторы групп ПМ и ОМ обладают большими габаритами, чем конденсаторы групп Н и М, при тех же номинальных емкостях и напряжениях. Критерием «морозоустойчивости» электролитических конденсаторов служит снижение их емкости не более чем в 2 раза. У конденсаторов группы Н такое снижение емкости бывает при температуре равной -10 градусах цельсия, группы М при -40, группы ПМ при -50 и группы ОМ при -60 градусах цельсия. Отметим, что при повышенной температуре содержащиеся в составе электролита конденсаторов групп ПМ и ОМ летучие вещества довольно быстро испаряются, а это ведет к снижению их емкости. Вследствие этого срок службы конденсаторов групп ПМ и ОМ в приемниках, работающих в комнатных условиях, меньше, чем у конденсаторов групп Н и М. Поэтому в радиолюбительской практике находят применение конденсаторы групп Н и М.

При применении электролитических конденсаторов необходимо помнить, что наибольшая амплитуда переменной составляющей частоты 50 Гц не должна превышать 5-25% по отношению к их номинальному напряжению. При этом значение переменной составляющей не должно превышать величины постоянной составляющей напряжения, а их сумма - величины номинального напряжения.

При более высоких частотах амплитуда переменной составляющей должна уменьшаться обратно пропорционально частоте. Так, при частоте 100 Гц допустимая амплитуда вдвое меньше, чем при частоте 50 гц. Внешний вид некоторых электролитических конденсаторов показан на рисунках 1, 2.

Конденсаторы КЭ выпускают нескольких видов: КЭ-1 (рисунок 3), КЭ-2, КЭ-3 (рисунок 1). Все они выполнены в алюминиевых штампованных цилиндрических корпусах, с которыми электрически соединены катоды. Выводы анодов у конденсаторов КЭ-1 представляют собой контактные лепестки, расположенные на текстслитовой или гетинаксовой крышке корпуса.

К донышку стакана конденсатора КЭ-1б (рисунок 1) приварен алюминиевый фланец с отверстиями, служащими для его крепления в аппаратуре винтами с гайкой.

Конденсатор КЭ-1а (рисунок 3) приспособлений для крепления не имеет. Его крепят при помощи хомута, охватывающего его корпус.

Конденсатор КЭ-2 (рисунок 1) вместо текстолитового диска имеет пластмассовую втулку с резьбой. Для его крепления в шасси радиоаппаратуры прорезают отверстие по внешнему диаметру резьбы на втулке. Втулку вставляют в это отверстие и на резьбу навинчивают гайку. Конденсаторы КЭ-2 изготавливают как односекционными так и двухсекционными (два конденсатора одинаковой или различной ёмкости в одном корпусе).

Конденсатор КЭ-3 имеет два вывода.

Конденсатор КЭГ заключен в корпусе из листовой стали. Его анод (+) выведен к контактному лепестку, расположенному на стеклянном изоляторе, а катод (-) соединен с корпусом и выведен на лепесток. Корпус прямоугольной формы, герметизированный.

У конденсатора КЭГ-1 (рисунки 1, 4) изолятор и лепесток могут быть расположены на верхней крышке корпуса (вариант В), на его боковой стенке (вариант Б) или на дне корпуса (вариант Н).

У конденсатора КЭГ-2 (рисунок 1) изолятор и лепестки всегда расположены на верхней крышке.

Конденсаторы К50-6 (рисунок 5), представляющие серию малогабаритных алюминиевых конденсаторов, предназначены для широковещательной аппаратуры (транзисторных приёмников, телевизоров и др.), а с проволочными выводами - для схем с печатным монтажом. Конденсаторы больших размеров (ёмкостью 1000, 2000, 4000 микрофарад с номинальным напряжением 10, 15, 25 Вольт) используют для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока, имеют лепестковые выводы и крепятся к корпусу с помощью хомута. Неполярные конденсаторы К50-6 применяют в цепях со знакопеременным напряжением, причём это напряжение должно быть значительно ниже номинального. Конденсаторы данной серии выпускают с диапазоном рабочих температур от -10 до +70 градусов цельсия. Срок их службы 5000 часов.

Конденсаторы К50-7 дополняют серию малогабаритных алюминиевых конденсаторов в интервале напряжений от 160 до 450 Вольт и емкостей от 5 до 500 микрофарад. Данные конденсаторы выпускают с допустимым отклонением действительной ёмкости от номинальной от -20 до +80%. При их использовании в цепях с частотой выше 50 Гц амплитуда напряжения переменной составляющей должна уменьшаться, как и у всех электролитических конденсаторов, обратно пропорционально частоте. Срок службы конденсаторов данного типа 5000 часов.

Конденсаторы К50-12, отличающиеся от рассмотренных меньшими габаритными размерами, выпускают 67 типономиналов ёмкостью от 1 до 5000 микрофарад и напряжением от 6 до 450 Вольт. Их используют для работы в цепях постоянных и пульсирующих токов в диапазоне рабочих температур от -20 до +70 градусов цельсия. Срок службы 5000 часов, а хранения 5 лет.

Конденсаторы К50-14, используемые в цепях постоянного и пульсирующего токов в диапазоне рабочих температур от -10 до +85 градусов цельсия, выполняют в виде многосекционных блоков, в которых в одном корпусе содержится несколько емкостей. Анодная лента таких конденсаторов разделена на четыре отрезка (каждый с отдельным выводом). Выводы анодов равномерно распределены по торцу секции. Катод в секции конденсатора общий. При работе в цепях пульсирующего тока амплитуда напряжения переменной составляющей частотой 50 Гц не должна превышать 5% для конденсаторов с номинальным напряжением 350 Вольт и 3% - с напряжением 450 Вольт. Срок службы конденсаторов 5000 часов, а хранения - 5 лет.

Конденсаторы К50-15 выпускают полярными и неполярными. Последние допускают периодическое, непродолжительное включение их в цепь переменного тока. Полярные конденсаторы изготавливают с номинальным напряжением от 6.3 до 250 Вольт и емкостями от 2.2 до 680 микрофарад, а неполярные от 6.3 до 250 Вольт и емкостями от 4.7 до 100 микрофарад. Диапазон рабочих температур этих конденсаторов от -20 до +85 C^°. Срок службы 10000 часов, а хранения - 5 лет.

Конденсаторы К50-16 (рисунок 7) аналогичны конденсаторам К50-6, но имеют меньшие габаритные размеры при тех же номинальных напряжениях и емкостях. Их выпускают с пределами номинальных напряжений от 6.3 до 160 Вольт и емкостей от 0.5 до 5000 микрофарад. Отклонение ёмкостей составляет от -20 до +80%. Диапазон рабочих температур этих конденсаторов от -20 до +70 C^°. Срок службы 5000 часов.

Конденсаторы К53-4 (рисунок 8) оксидно-полупроводникового типа с таблеточными ниобиевыми анодами применяют для работы в цепях постоянного и пульсирующего токов в диапазоне рабочих температур от -60 до +85 C^° и выпускают с пределами номинальных напряжений от 6 до 20 Вольт и емкостей от 0.47 до 100 микрофарад. Срок службы конденсаторов данного типа 5000 часов, а хранения - 11 лет.

Конденсаторы К53-8 алюминиевые оксидно-полупроводникового типа. Электролит у таких конденсаторов заменён твёрдым полупроводником (двуокисью марганца). Их используют для работы в цепях постоянного и пульсирующего токов в диапазоне рабочих температур от -60 до +85 C^° и выпускают с пределами номинальных напряжений от 1.5 до 15 Вольт и емкостей от 0.5 до 20 микрофарад. Срок службы конденсаторов 5000 часов, а хранения - 12 лет.

Конденсатор ЭГЦ (рисунок 9) по конструкции подобен конденсатору КЭ-1а, но крышка его корпуса сделана из алюминия. В центре крышки расположен стеклянный изолятор с контактным лепестком, к которому присоединен вывод анода. На корпусе конденсатора имеется второй контактный лепесток - вывод катода.

Выводы конденсаторов КЭ-1, КЭ-2, КЭГ-1, КЭГ-2 и ЭГЦ допускают припайку к ним проводов диаметром до 1 мм.

Конденсаторы ЭМ (рисунки 2, 10) имеют корпус цилиндрической формы диаметром от 4.3 до 8.5 мм и длиной от 15 до 35 мм. Их масса от 2 до 4.5 г. Анодная алюминиевая фольга приварена к алюминиевому стержню, расположенному по оси корпуса. Конец стержня выведен на корпуса через резиновую втулку. Его продолжением служит медный луженый вывод, служащий для включения анода конденсатора в схему. Катод конденсатора соединен с корпусом. Второй проволочный вывод служит для включения корпуса конденсатора в схему.

Конденсаторы ЭМИ по своей конструкции подобны конденсаторам ЭМ. Однако их особенность заключается в малых размерах. Так, конденсаторы емкостью 0.5; 1.25 и 10 мкф имеют длину 10 мм при диаметре 3 мм.

Из числа "новых" типов сухих электролитических конденсаторов можно отметить конденсаторы К50-3 с значительно улучшенными удельными характеристиками, чем у старых конденсаторов КЭ. Разновидность К50-3 - конденсаторы К50-За и К50-3б (повышенной надежности). Еще лучшие удельные характеристики достигнуты конденсаторах К50-6 и К50-7.

Относительно новое применение сухих электролитических конденсаторов - их использование в качестве накопителей энергии в различных импульсных устройствах. Примером этого типа может служить конденсатор ЭФ (рисунок 11), предназначенный для работы в цепях питания импульсных ламп фотоосветителей. Конструкция их аналогична конструкции конденсаторов КЭ-1. Изготовляют их с изолированными выводами («+»; «-»). Дальнейшее усовершенствование конструкции привело к созданию нового типа накопительного конденсатора - К50И-8.

Совершенно новый тип алюминиевого электролитического конденсатора - оксиднополупроводниковый алюминиевый конденсатор, в котором функцию электролита выполняет полупроводник. Использование твердого электролита позволило получить конденсаторы, обладающие высокой стабильностью электрических характеристик при изменении окружающей температуры и частоты питающего напряжения. Примером такого конденсатора может служить тип К53-8.

В последнее время широкое применение в производстве электролитических конденсаторов нашел тантал. Оксидная пленка на нем отличается высокой химической стабильностью и высокими диэлектрическими свойствами, что позволило создать электролитические конденсаторы более надежные и пригодные для работы в широком интервале рабочих температур. Таиталовые конденсаторы изготовляют сухого и жидкостного вида. Примером жидкостного танталового крнденсатора с объемнопористым анодом является ЭТО (рисунки 2, 12).

.

Конденсаторы ЭТО резко отличаются по своему устройству от всех описанных выше электролитических конденсаторов. В этих конденсаторах применяют аноды в виде таблеток, спрессованных из танталового порошка и спеченных в нейтральной среде при высокой температуре. Полученный таким способом пористый анод имеет эффективную поверхность в 50-100 раз большую, чем геометрическая, что позволяет достигнуть особо больших емкостей в единице объема конденсатора. Корпус его заполняют жидким кислотным электролитом, который и служит его катодом, а выводом катода служит корпус.

По своим электрическим свойствам конденсаторы этого типа лучше обычных малогабаритных электролитических конденсаторов. Кроме весьма малых размеров, они имеют ничтожный ток утечки, который даже у конденсаторов на большие номинальные напряжения не превышает 5 мкА, а при меньшем напряжении составляет 1-2 мкА и меньше.

Конденсаторы ЭТО имеют разновидности ЭТО-1, ЭТО-2 (рисунок 12), ЭТО-З и ЭТО-4 (рисунок-13). Разработаны новые конденсаторы К52-2 и К52-3 (жидкостные с объемнопористыми анодами из сплава тантала с ниобием).

Представителями сухих танталовых конденсаторов являются: ЭТ - электролитический танталовый и ЭТН (рисунок 14) - электролитический танталовый неполярный; танталовый оксидно-полупроводниковый (твердый) - конденсатор К53-1а; ниобиевый оксидно-полупроводниковый конденсатор К53-4.