Полярные и неполярные конденсаторы

Полярные и неполярные конденсаторы — в чем отличие

Всевозможные типы конденсаторов, используемые сегодня практически всюду в электронике и электротехнике, в качестве диэлектрика содержат различные вещества. Однако, что касается конкретно электролитических конденсаторов, в частности также танталовых и полимерных, то для них при включении в схему важно строгое соблюдение полярности. Если такой конденсатор включить в цепь неправильно, то он не сможет нормально работать. Данные конденсаторы называются поэтому полярными.

В чем же заключается принципиальное отличие полярного конденсатора от неполярного, почему одним конденсаторам все равно как быть включенными в схему, а другим принципиально важно соблюдение полярности? В этом и попробуем сейчас разобраться.

Дело здесь в том, что процесс изготовления электролитических конденсаторов сильно отличается от, скажем, керамических или полипропиленовых. Если у последних двух как обкладки, так и диэлектрик однородны по отношению друг к другу, то есть нет различия в структуре на границе обкладка-диэлектрик с обеих сторон диэлектрика, то электролитические конденсаторы (цилиндрические алюминиевые, танталовые, полимерные) имеют различие в структуре перехода диэлектрик-обкладка с двух сторон диэлектрика: анод и катод отличаются по химическому составу и физическим свойствам.

Когда изготавливают электролитический алюминиевый конденсатор, то не просто скручивают в рулон две одинаковые обкладки из фольги, проложенные пропитанной электролитом бумагой.

Со стороны анодной обкладки (на которую подается +) присутствует слой оксида алюминия, нанесенный на травленую поверхность фольги особым способом. Анод призван отдавать электроны через внешнюю цепь катоду в процессе заряда конденсатора.

Отрицательная обкладка (катод) — просто алюминиевая фольга, на нее в процессе заряда приходят электроны по внешней цепи. Электролит здесь служит проводником ионов.

Так же обстоит дело и с танталовыми конденсаторами, где в качестве анода служит порошок тантала, на котором формируется пленка пентаоксида тантала (анод связан с оксидом!), несущего функцию диэлектрика, затем идет слой полупроводника — диоксида марганца в качестве электролита, затем серебряный катод, с которого будут уходить электроны в процессе разряда.

Полимерные электролитические конденсаторы в качестве катода используют легкий проводящий полимер, а в остальном все процессы аналогичны. Суть — окислительная и восстановительная реакции, как в аккумуляторной батарее. Анод окисляется во время электрохимической реакции разрядки, а катод восстанавливается.

Когда электролитический конденсатор заряжен, то имеет место избыток электронов на его катоде, на минусовой обкладке, сообщающий как раз отрицательный заряд этой клемме, а на аноде — недостаток электронов, дающий положительный заряд, таким образом получаем разность потенциалов.

Если заряженный электролитический конденсатор замкнуть на внешнюю цепь, то избыточные электроны побегут от отрицательно заряженного катода к положительно заряженному аноду, и заряд будет нейтрализован. В электролите положительные ионы движутся в этот момент от катода к аноду.

Если включить такой полярный конденсатор в цепь неправильно, то описанные реакции не смогут нормально протекать, и конденсатор не будет нормально работать. Неполярные же конденсаторы могут работать в любом включении, поскольку в них нет ни анода, ни катода, ни электролита, и их обкладки взаимодействуют с диэлектриком одинаково, ровно как и с источником.

А что если под рукой есть только полярные электролитические конденсаторы, а нужно осуществить включение конденсатора в цепь тока с меняющейся полярностью? Для этого существует одна хитрость. Нужно взять два одинаковых полярных электролитических конденсатора, и соединить их между собой последовательно одноименными клеммами. Получится один неполярный конденсатор из двух полярных, емкость которого будет в 2 раза меньше каждого из двух его составляющих.

На этой основе, кстати, изготавливают неполярные электролитические конденсаторы, в которых слой оксида присутствует на обеих обкладках. По этой причине неполярные электролитические конденсаторы имеют значительно больший размер, чем полярные аналогичной емкости. Основываясь на данном принципе, изготавливают также электролитические пусковые неполярные конденсаторы, рассчитанные на работу в цепях переменного тока частотой 50-60 Гц.

Смотрите также: Конденсаторы в электронных схемах

Андрей Повный

Конденсаторы электролитические неполярные

Конденсаторы электролитические неполярные
Диапазон емкостей		1 — 220 мкФ
Диапазон напряжений		16 — 160 В
Допустимое отклонение емкости		±20%
Ток утечки		4 мкА
Тангенс угла потерь, tgδ		0,12 — 0,24
Выработка		2000 ч
Рабочая температура		-40°C – +85°C
Серия	Цена	Серия	Цена
1мкФ 50В 85°C	$0,02 + –	22мкФ 16В 85°C	по запросу + –
1мкФ 100В 85°C	$0,02 + –	22мкФ 25В 85°C	по запросу + –
2,2мкФ 50В 85°C	$0,02 + –	22мкФ 100В 85°C	$0,12 + –
3,3мкФ 50В 85°C	$0,02 + –	33мкФ 16В 85°C	$0,03 + –
4,7мкФ 35В 85°C	$0,02 + –	100мкФ 25В 85°C	$0,05 + –
4,7мкФ 50В 85°C	$0,03 + –	100мкФ 35В 85°C	$0,08 + –
10мкФ 16В 85°C	$0,02 + –	100мкФ 50В 105°C	$0,09 + –
10мкФ 35В 85°C	$0,03 + –	220мкФ 16В 85°C	$0,08 + –
10мкФ 50В 105°C	$0,02 + –	220мкФ 25В 85°C	$0,08 + –
10мкФ 160В 85°C	$0,12 + –

Маркировка конденсаторов электролитических радиальных:

Габаритные и установочные размеры конденсаторов электролитических радиальных:

Устройство электролитических конденсаторов:

В цилиндрическом алюминиевом корпусе расположены две электродные фольги – электроды, между которыми находится бумага, пропитанная электролитом, диэлетрик (тонкая оксидная пленка) и бумажный разделитель. В неполярных конденсаторах диэлетрик (тонкая оксидная пленка) нанесена на оба электрода для симметрии их электрических параметров.

В нижней части конденсатора размещен резиновый уплотнитель и вывода. Алюминиевый корпус конденсатора покрыт изолирующей оболочкой.

На верхней торцевой части корпуса расположен предохранительный клапан или защитные надсечки (крестообразные, в форме буквы К или Т), которые обеспечивают взрывобезопасность конденсатора при его выходе из строя вследствие перегрева, пробоя или переполюсовки. Суть защитного устройства базируется на возможности выброса накопленного внутри корпуса излишнего давления паров газа электролита. Возрастание внутреннего давления сопровождается выбросом пробки клапана или разрушением корпуса по надсечкам, но без взрыва, разбрасывания обкладок и сепаратора, предотвращая таким образом повреждения соседних элементов схемы.

Емкость электролитического конденсатора обратно пропорциональна минусовой температуре: с понижением температуры вязкость электролита увеличивается, тем самым снижая его проводимость. Повышение температурного режима приводит к уменьшению срока службы конденсатора, поэтому при их установке следует избегать близкого расположения тепловыделяющих компонентов.

Неполярный конденсатор из полярных:

Получить неполярный электролитический конденсатор можно путем последовательного соединения двух одинаковых полярных электролитов полюсами друг к другу — плюс к плюсу или минус к минусу. В этом случае его емкость будет равна половине емкости одного полярного конденсатора, а номинальное напряжение останется неизменным.

Изменение емкости электролитических конденсаторов от температуры и частоты:

• 
  

  Типовая зависимость емкости электролитического конденсатора от температуры

• 
  

  Типовая зависимость емкости электролитического конденсатора от
  частоты

Монтаж электролитических конденсаторов на плату:

• Монтаж электролитических конденсаторов осуществляется на печатную плату методом групповой пайки или с помощью паяльника.

  При установке конденсатора нужно обязательно соблюдать классификационные параметры (ёмкость, номинальное напряжение).

  Пространство вокруг конденсатора в радиусе до 3 мм следует оставить свободным для возможного срабатывания защитного клапана, а зазор между конденсатором и печатной платой должен быть минимальным (приблизительно 1 мм).

Рекомендации по монтажу и эксплуатации:

• Располагайте конденсаторы так, чтобы другие компоненты и проводники находились на расстоянии от вентиляционного отверстия конденсатора.
• Конденсаторы с жесткими выводами «snap-in» должны плотно, без люфта и зазора устанавливаться на печатную плату.
• Конденсаторы под винт «screw terminal» монтируются в вертикальном положении выводами вниз или горизонтально с положительным выводом сверху относительно отрицательного.
• После хранения конденсаторы рекомендуется «тренировать» подачей постоянного напряжения через токоограничивающий резистор сопротивлением примерно 1кОм.
• Перед установкой конденсаторы следует разрядить, замыкая выводы через резистор сопротивлением 1кОм.

Допустимое расстояние между корпусом конденсатора и стенкой корпуса оборудования:

Пайка электролитических конденсаторов:

Режимы пайки (длительности и температуры на каждой операции) должны соответствовать указаниям в спецификации к конденсатору.

Есть два способа пайки электролитических конденсаторов:

• Пайка волной – выполняется при температуре до 260°С и не более 10 секунд.
• Групповая пайка оплавлением пасты в печи с конвекционным или инфракрасным нагревом.

• 
  

  Параметры режима групповой пайки оплавлением пасты

• Параметры режима групповой пайки оплавлением пасты бессвинцовыми припоями

Меры предосторожности:

• При появлении «дыма» с предохранительного клапана электролитического конденсатора следует немедленно обесточить электрическую цепь.
• Не приближайте лицо к предохранительному клапану электролитического конденсатора. Газы, выбрасываемые из конденсатора, могут достигать температуры свыше 100°C.
• Не препятствуйте работе вентиляционных систем, соблюдайте необходимый зазор между корпусом конденсатора и стенкой корпуса оборудования.
• Не используйте конденсаторы в системах с частыми внезапными зарядами и разрядами, т.к. конденсаторы могут быть повреждены.
• Подаваемое на конденсатор напряжение не должно превышать значения номинального напряжения.
• Используйте конденсатор при допустимом значении тока пульсации, т.к. превышение допустимого тока пульсации может вызвать перегрев, уменьшение емкости или повреждение конденсатора.
• Используйте конденсаторы при допустимом диапазоне рабочих температур.
• Не применяйте чрезмерную силу воздействия на терминалы и выводы конденсаторов, чтобы исключить повреждение и нарушение внутренних элементов.
• Длительное хранение конденсаторов допускается только в сухих прохладных помещениях.