Конденсатор поляризованный: Разновидности конденсаторов по типу диэлектрика

Электролитический конденсатор – это тип конденсатора, в котором используется электролит для достижения большей емкости, чем у конденсаторов других типов. Электролит – это жидкость или гель, содержащий высокую концентрацию ионов. Почти все электролитические конденсаторы поляризованы, а это означает, что напряжение на положительной клемме всегда должно быть больше, чем напряжение на отрицательной клемме.Преимущество большой емкости электролитических конденсаторов имеет также несколько недостатков. Среди этих недостатков – большие токи утечки, допуски по величине, эквивалентное последовательное сопротивление и ограниченный срок службы. Электролитические конденсаторы могут быть либо с жидким электролитом, либо с твердым полимером. Обычно они изготавливаются из тантала или алюминия, хотя могут использоваться и другие материалы. Суперконденсаторы – это особый подтип электролитических конденсаторов, также называемых двухслойными электролитическими конденсаторами, с емкостью в сотни и тысячи фарад.Эта статья будет основана на алюминиевых электролитических конденсаторах. Они имеют типичную емкость от 1 мкФ до 47 мФ и рабочее напряжение до нескольких сотен вольт постоянного тока. Алюминиевые электролитические конденсаторы используются во многих областях, таких как источники питания, материнские платы компьютеров и многие бытовые приборы. Поскольку они поляризованы, их можно использовать только в цепях постоянного тока.

Определение электролитического конденсатора

Электролитический конденсатор – это поляризованный конденсатор, в котором используется электролит для достижения большей емкости, чем у конденсаторов других типов.

Считывание значения емкости

В случае сквозных конденсаторов значение емкости, а также максимальное номинальное напряжение указаны на корпусе. Конденсатор, на котором напечатано «4,7 мкФ 25 В», имеет номинальное значение емкости 4,7 мкФ и максимальное номинальное напряжение 25 В, которое никогда не должно превышаться.

В случае электролитических конденсаторов SMD (поверхностного монтажа) существует два основных типа маркировки. В первой четко указано значение в микрофарадах и рабочее напряжение.Например, при таком подходе конденсатор 4,7 мкФ с рабочим напряжением 25 В будет иметь маркировку «4,7 25V. В другой системе маркировки за буквой следуют три цифры. Буква представляет номинальное напряжение в соответствии с таблицей ниже. Первые два числа представляют значение в пикофарадах, а третье число – это количество нулей, добавляемых к первым двум. Например, конденсатор 4,7 мкФ с номинальным напряжением 25 В будет иметь маркировку E476. Это соответствует 47000000 пФ = 47000 нФ = 47 мкФ.

Характеристики

Дрейф емкости

Емкость электролитических конденсаторов с течением времени отклоняется от номинального значения, и они имеют большие допуски, обычно 20%.Это означает, что ожидается, что алюминиевый электролитический конденсатор с номинальной емкостью 47 мкФ будет иметь измеренное значение от 37,6 мкФ до 56,4 мкФ. Танталовые электролитические конденсаторы могут изготавливаться с более жесткими допусками, но их максимальное рабочее напряжение ниже, поэтому они не всегда могут использоваться в качестве прямой замены.

Полярность и безопасность

Из-за конструкции электролитических конденсаторов и характеристик используемого электролита электролитические конденсаторы должны иметь прямое смещение.Это означает, что положительный вывод всегда должен иметь более высокое напряжение, чем отрицательный вывод. Если конденсатор становится смещенным в обратном направлении (если полярность напряжения на выводах меняется на обратную), изолирующий оксид алюминия, который действует как диэлектрик, может быть поврежден и начать действовать как короткое замыкание между двумя выводами конденсатора. Это может вызвать перегрев конденсатора из-за протекающего через него большого тока. Когда конденсатор перегревается, электролит нагревается и протекает или даже испаряется, что приводит к взрыву корпуса. Этот процесс происходит при обратном напряжении около 1 В и выше. Для обеспечения безопасности и предотвращения взрыва корпуса из-за высокого давления, возникающего в условиях перегрева, в корпусе установлен предохранительный клапан. Обычно это делается путем нанесения царапины на верхней поверхности конденсатора, которая контролируемым образом открывается при перегреве конденсатора. Поскольку электролиты могут быть токсичными или едкими, могут потребоваться дополнительные меры безопасности при очистке после и замене перегретого электролитического конденсатора.

Существует специальный тип электролитических конденсаторов для переменного тока, который выдерживает обратную поляризацию. Этот тип называется неполяризованным или NP-типом.

Устройство и свойства электролитических конденсаторов

Алюминиевые электролитические конденсаторы состоят из двух алюминиевых фольг и бумажной прокладки, пропитанной электролитом. Одна из двух алюминиевых фольг покрыта оксидным слоем, и эта фольга действует как анод, а непокрытая фольга действует как катод. Во время нормальной работы анод должен находиться под положительным напряжением по отношению к катоду, поэтому катод чаще всего маркируется знаком минус вдоль корпуса конденсатора. Анод, бумага, пропитанная электролитом, и катод уложены друг на друга. Пакет сворачивается, помещается в цилиндрический корпус и подключается к цепи с помощью штифтов. Есть две общие геометрии: осевая и радиальная. Осевые конденсаторы имеют по одному штырьку на каждом конце цилиндра, тогда как в радиальной геометрии оба штифта расположены на одном конце цилиндра.

Электролитические конденсаторы имеют большую емкость, чем большинство других типов конденсаторов, обычно от 1 мкФ до 47 мФ. Существует особый тип электролитического конденсатора, называемый двухслойным конденсатором или суперконденсатором, емкость которого может достигать тысяч фарад. Емкость алюминиевого электролитического конденсатора определяется несколькими факторами, такими как площадь пластины и толщина электролита. Это означает, что конденсатор большой емкости является громоздким и большим по размеру.

Следует отметить, что электролитические конденсаторы, изготовленные по старой технологии, не имели очень длительного срока хранения, обычно всего несколько месяцев. Если его не использовать, оксидный слой разрушается, и его необходимо восстанавливать в процессе, называемом риформингом конденсатора. Это можно сделать, подключив конденсатор к источнику напряжения через резистор и медленно увеличивая напряжение, пока оксидный слой не будет полностью восстановлен. Современные электролитические конденсаторы имеют срок хранения 2 года и более.Если конденсатор остается неполяризованным в течение длительного времени, его необходимо преобразовать перед использованием.

Применения для электролитических конденсаторов

Существует множество приложений, в которых не требуются жесткие допуски и поляризация переменного тока, но требуются большие значения емкости. Они обычно используются в качестве фильтрующих устройств в различных источниках питания для уменьшения пульсаций напряжения. При использовании в импульсных источниках питания они часто являются критическим компонентом, ограничивающим срок службы источника питания, поэтому в этом приложении используются высококачественные конденсаторы.

Они также могут использоваться при сглаживании входа и выхода в качестве фильтра нижних частот, если сигнал является сигналом постоянного тока со слабой составляющей переменного тока. Однако электролитические конденсаторы плохо работают с сигналами большой амплитуды и высокой частотой из-за мощности, рассеиваемой на паразитном внутреннем сопротивлении, называемом эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR). В таких приложениях необходимо использовать конденсаторы с низким ESR, чтобы уменьшить потери и избежать перегрева.

Практический пример – использование электролитических конденсаторов в качестве фильтров в усилителях звука, основная цель которых – уменьшить гудение в сети.Сетевой гул – это электрический шум 50 или 60 Гц, вызванный сетью, который будет слышен при усилении.

Биполярные конденсаторы (звук) – Марк Гаррис

Если вы посмотрите на картинку слева, то верхняя помечена “N P” для N на P в раскрашенном виде.

Если вы хотите узнать больше о том, зачем нужны или используются эти конденсаторы, см. Внизу.

Детали, выделенные жирным шрифтом, являются наиболее подходящими деталями с точки зрения физических размеров.

Значение

Напряжение или Ток Рейтинг

Производство Имя

Производство Номер детали

Номер детали

16V

Panasonic

ECE-A1CN100U

5 мм x 11 мм

10 мкФ

25 В

Panasonic

ECE-A1EN100U

5 мм x 11 мм

10 мкФ

35V Panasonic

ECE-A1VN100U

5 мм x 11 мм

10 мкФ

16V

Nichicon

UVP1C100M

5 мм x 11 мм

10 мкФ

UVP

Nich 5 мм x 11 мм

10 мкФ

35V

Nichicon

UVP1V100M

5 мм x 11 мм

10 мкФ

10V

Nichicon

USP1A

10 мкФ

16 В

Nichicon

USP1C100M

6. 3 мм x 7 мм

10 мкФ

25V

Nichicon

USP1E100M

6,3 мм x 7 мм

22 мкФ

16V

Panasonic

540 мм

ECE-A1CN220U

22 мкФ

25 В

Panasonic

ECE-A1EN220X

5 мм x 11 мм

22 мкФ

10 В

Nichicon

UVP1A220M

5 мм x 11 мм

5 мм x 11 мм

16V

Nichicon

UVP1C220M

5 мм x 11 мм

22 мкФ

25V

Nichicon

UVP1E220M

5 мм x 11 мм

903 22 мкФ

22 мкФ Nichicon

USP1A220M

9 0132 5 мм X 7 мм

22 мкФ

16 В

Nichicon

USP1C220M

6. 3 мм X 7 мм

22 мкФ

25V

Nichicon

USP1E220M

6,3 мм X 7 мм

33 мкФ

16V

Panasonic

ECE-A1CN330U

ECE-A1CN330U

33 мкФ

10 В

Nichicon

UVP1A330M

5 мм x 11 мм

33 мкФ

16 В

Nichicon

UVP1C330M

5 мм x 11 мм

Nichicon

USP1A330M

6.3 мм X 7 мм

33 мкФ

16V

Nichicon

USP1C330M

6,3 мм X 7 мм

Panasonic

5 мм x 11 мм

47 мкФ

10 В

Nichicon

UVP1A470M

5 мм x 11 мм

47 мкФ

16V

Nichicon

47 мкФ

10 В

Nichicon

USP1A470M

6,3 мм X 7 мм

47 мкФ

16V

16V

Nichicon

6,3 мм X 7 мм

Почему биполярный или неполяризованный конденсатор?

Итак, что произойдет, если в цепи используется питание переменного тока, например, в аудиосхемах.Конкретнее при работе с динамиками?

Оказывается, что использование этих других типов конденсаторов (не AL) приведет к получению физически большого и дорогого конденсатора.

Введите биполярный конденсатор AL. Это может быть сделано с помощью «трюка со схемой», заключающегося в размещении двух поляризованных AL-конденсаторов в последовательной конфигурации «BACK to BACK». Отрицательные клеммы обоих конденсаторов связаны друг с другом и изолированы, оставляя только две положительные клеммы свободными для подключения цепи.Оба конденсатора должны быть ТОЧНО одной марки и модели конденсатора. Так устроены эти биполярные AL-конденсаторы. Производитель просто помещает эти два конденсатора в один корпус, придавая ему вид одного конденсатора.

Что такое неполяризованный конденсатор

Неполяризованный конденсатор – это один из многих конденсаторов. По полярности конденсатора конденсатор можно разделить на неполяризованный конденсатор и поляризованный конденсатор.И эта статья подробно расскажет: что такое неполяризованный конденсатор? Для чего его используют? Как выбрать неполяризованные конденсаторы? В чем разница между электролитическими конденсаторами и неполяризованными конденсаторами?

Поляризованный конденсатор против неполяризованного конденсатора

Как проверить неполяризованный конденсатор?

Неполяризованные конденсаторы – это конденсаторы без положительной или отрицательной полярности. Два электрода неполяризованных конденсаторов могут быть произвольно вставлены в схему и не будут протекать, в основном используются в схемах связи, развязки, обратной связи, компенсации и колебаний. На рисунке ниже показана справочная схема неполяризованного конденсатора.

Рисунок 1. Конденсатор неполяризованный

Идеальный конденсатор не имеет полярности. Однако на практике для получения большой емкости используются некоторые специальные материалы и конструкции, что приводит к тому, что сами конденсаторы несколько поляризованы. Общие поляризованные конденсаторы включают алюминиевые электролитические конденсаторы и танталовые электролитические конденсаторы. Электролитические конденсаторы обычно имеют относительно большую емкость. Сделать неполяризованный конденсатор большой емкости не так-то просто, потому что объем станет очень большим. Вот почему в реальной цепи так много поляризованных конденсаторов. Поскольку его размер небольшой, а напряжение в этой цепи имеет только одно направление, поляризованные конденсаторы могут пригодиться.

Мы используем поляризованные конденсаторы, чтобы избежать их недостатков и воспользоваться их преимуществами.Мы можем понять это так: Поляризованный конденсатор на самом деле является конденсатором, который может использоваться только в одном направлении напряжения. Для неполяризованных конденсаторов можно использовать оба направления напряжения. Следовательно, только с точки зрения направления напряжения неполяризованные конденсаторы лучше, чем поляризованные. Вполне возможно заменить поляризованные конденсаторы на неполяризованные, если емкость, рабочее напряжение, объем и т. Д. Могут соответствовать требованиям.

Неполяризованные конденсаторы, применяемые в цепях чистого переменного тока, и из-за своей небольшой емкости также могут применяться для фильтрации высоких частот.Вот пример, иллюстрирующий применение конденсатора:

В данном случае в основном используется RC-искрогаситель. Когда антенна принимает радио- и телепрограмму, если люминесцентная лампа включена, а люминесцентная лампа мигает, будет слышен нерегулярный звук радио или динамика телевизора. Многие сильные яркие линии и яркие пятна на экране телевизора – это высокочастотные помехи, вызванные электрическими искрами.

Когда цепи с индуктивностью отключены, между контактами образуется искра.Как показано в схеме слева на рисунке 2, переключатель S внезапно выключается, и ток быстро исчезает, то есть изменение тока велико, поэтому на обоих концах катушки создается большая самоиндукция. . Эта электродвижущая сила может препятствовать изменению тока, и ее направление согласуется с направлением приложенного напряжения. Когда они накладываются друг на друга, напряжение U1 на переключателе будет очень высоким, а когда напряжение выше определенного значения, это «резкое» напряжение разрушит воздух и образует электрическую искру.

Искра может вызвать абляцию контактов и окисление, что приведет к неисправности. Поэтому важно исключить искру между контактами. При отключении цепи, пока ток управляющей катушки не упал, напряжение на двух концах катушки не будет слишком большим, поэтому искры не будет, как показано в cicuit справа внизу, RC-цепочка искрогасителя подключена к обоим концам индуктора. Когда переключатель внезапно выключается, i1 заряжает конденсатор.Часть энергии магнитного поля в катушке индуктивности рассеивается на R и r, а часть преобразуется в энергию электрического поля в конденсаторе C, что вызывает повторный разряд конденсатора C, тем самым устраняя искру.

Рисунок 2. Цепь с индуктивностью и цепью поглощения искры

Неполяризованные конденсаторы очень удобны в выборе и использовании.Вы можете напрямую выбрать конденсаторы той же модели и тех же технических характеристик. Если ни одно из вышеперечисленных условий не выполняется, вы можете обратиться к следующим методам:

1. Выберите конденсатор разумной точности. В большинстве случаев требования к емкости не очень высоки, и допустимо иметь емкость, примерно равную эталонной емкости. В колебательных схемах, схемах фильтрации, схемах задержки и схемах тональных сигналов абсолютное значение ошибки должно быть в пределах 0. 3% -0,5%.

2. Выберите конденсатор в соответствии с требованиями схемы. Бумажный конденсатор обычно используется в цепи байпаса переменного тока низкой частоты. Слюдяной конденсатор или керамический конденсатор обычно используются в цепях с высокой частотой или высоким напряжением.

3. Можно выбрать конденсаторы с номинальным напряжением больше или равным фактическим потребностям.

4. Высокочастотные конденсаторы нельзя заменить низкочастотными.

5. Учитывайте рабочую температуру, рабочий диапазон, температурный коэффициент конденсатора в зависимости от случая применения.

6. Последовательный или параллельный метод может использоваться, когда номинальная емкость не может быть достигнута, но добавляемое к конденсатору напряжение должно быть меньше выдерживаемого напряжения конденсатора.

И полярные, и неполяризованные конденсаторы имеют одинаковые принципы, то есть накопление и высвобождение зарядов; напряжение на пластине (здесь электродвижущая сила накопления заряда называется напряжением) не может внезапно измениться

Различные носители, разная производительность, разная емкость и разная структура приводят к разным условиям использования и использованию. И наоборот, с развитием науки и технологий и открытием новых материалов появятся более совершенные и разнообразные конденсаторы.

Рисунок 3. Различные типы конденсаторов

Что такое диэлектрик? Другими словами, это вещество между двумя пластинами конденсатора. В большинстве конденсаторов полярности в качестве диэлектрика используются электролиты, благодаря чему конденсатор полярности имеет большую емкость по сравнению с другими конденсаторами того же объема.Кроме того, конденсаторы полярности, произведенные из различных материалов и процессов электролита, будут иметь разную емкость. Между тем, устойчивость к напряжению в основном связана с диэлектрическим материалом. Также существует множество неполяризованных материалов, в том числе наиболее часто используемые металлооксидные пленки и полиэстер, использование полярности и неполяризованных конденсаторов определяется тем, является ли природа диэлектрика обратимой.

Рисунок 4. Неполяризованный конденсатор и поляризованный конденсатор

Производительность и максимизация спроса – это требование использования. Если в источнике питания телевизора используется металлооксидный пленочный конденсатор в качестве фильтра, и если емкость и выдерживаемое напряжение требуются для соответствия фильтру, я боюсь, что внутри корпуса можно установить только источник питания. Следовательно, фильтр может использовать только конденсатор полярности, а емкость полярности необратима. Как правило, электролитический конденсатор имеет более 1 МФ, который участвует в связи, развязке, фильтрации источника питания и т. Д.Неполярный конденсатор обычно меньше 1 MF, который участвует в резонансе, связи, выборе частоты, ограничении тока и так далее. Конечно, существуют также неполярные конденсаторы большой емкости и высокого напряжения, которые в основном используются для компенсации реактивной мощности, фазового сдвига двигателя, фазового сдвига мощности с преобразованием частоты и других целей. Есть много видов неполяризованных конденсаторов.

Рисунок 5. Конденсаторы

Как упоминалось ранее, конденсаторы одного объема имеют разную емкость при разном диэлектрике.

В принципе, можно использовать конденсатор любой формы в окружающей среде без учета точечного разряда. Чаще всего используются электролитические конденсаторы круглой формы, а квадратные – редко. Конденсаторы имеют различную форму: трубчатые, деформированные прямоугольные, листовые, квадратные, круглые, комбинированные квадратные или круглые и т. Д., В зависимости от того, где они используются. Конечно, есть и невидимые конденсаторы, называемые распределенными конденсаторами, которые нельзя игнорировать в устройствах высокой и промежуточной частоты.

Из-за внутреннего материала и структуры емкость конденсатора полярности (например, электролиз алюминия) может быть очень большой, но его высокочастотные характеристики не очень хороши, поэтому он подходит для фильтра питания и в других случаях. Есть еще полярные конденсаторы с хорошими высокочастотными характеристиками – танталовые электролизные, цена которых относительно высока;

Включая керамические конденсаторы, монолитные конденсаторы, полиэтиленовые (CBB) конденсаторы и т. Д., Эти неполяризованные конденсаторы имеют небольшие размеры, низкую цену и хорошие высокочастотные характеристики, но они не подходят для большой емкости.Керамические конденсаторы обычно используются в высокочастотной фильтрации, колебательном контуре.

Рисунок 6. Конденсаторы разные

Магнитные диэлектрические конденсаторы используют керамический материал в качестве мезона и слой серебра на поверхности в качестве электрода. Обладая стабильной производительностью и малой утечкой, магнитные диэлектрические конденсаторы подходят для применения в высокочастотных и высоковольтных цепях.

Вообще говоря, в зависимости от изоляционного материала между двумя полюсами конденсатора.Материал с большой диэлектрической проницаемостью (например, сегнетоэлектрическая керамика, электролит) подходит для конденсаторов большой емкости и небольшого объема, потери которых также велики. Материал с небольшой диэлектрической проницаемостью (например, керамика) имеет низкие потери и подходит для высокочастотных применений.

Ⅵ FAQ

1. Можно ли использовать неполяризованный конденсатор вместо поляризованного?

Практически всегда можно заменить электролитический (полярный) конденсатор на электростатический (неполярный) того же номинала с необходимым номинальным напряжением.Однако обратное невозможно.

2. В чем основное отличие полярного конденсатора от неполярного (кроме наличия или отсутствия полюсов)? Где мы их используем?

Главное отличие в том, из чего они сделаны. Кстати, это также определяет, насколько они должны быть большими для данной емкости и сколько они стоят.

Полярные конденсаторы также известны как электролитические конденсаторы, поскольку в качестве диэлектрика они используют электролит. Он обеспечивает чрезвычайно высокую емкость с небольшим током утечки в небольшом корпусе. Керамический конденсатор с эквивалентной емкостью должен быть очень и очень большим.

Существует множество различных типов неполярных конденсаторов. Два самых распространенных из них – керамика и слюда. Керамика дешевая, слюда дороже, но я считаю, что слюдяные конденсаторы выдерживают более высокое напряжение. В целом они предлагают меньший ток утечки, чем электролитические, но также меньшую емкость в зависимости от размера. Основным преимуществом является то, что они сохраняют свою емкость при смещении в обоих направлениях.

Электролитические конденсаторы полезны в местах, где напряжение никогда не изменит полярность на них при правильных условиях использования. Их высокая емкость означает, что их можно более эффективно использовать для фильтрации источника питания, уменьшения пульсаций в выпрямителе и смягчения включения / выключения.

Но для развязки компонентов они не так хороши, потому что без очень хорошего смещения они получат обратное напряжение, а при обратном напряжении они ломаются, теряют свою емкость и утекают как сумасшедшие.

Они также испускают «волшебный дым» при слишком высоком обратном смещении. Неполярные конденсаторы этого не делают.

3. Что такое полярные и неполярные конденсаторы?

Все электростатические конденсаторы могут быть подключены к цепям переменного или постоянного тока без ссылки на какие-либо соединения, маркированные для положительной или отрицательной полярности. Каким бы способом они ни были связаны, они обладают одинаковыми свойствами. Это неполярные конденсаторы.

Электролитические конденсаторы имеют диэлектрик, сформированный в виде оксидного слоя на одном электроде за счет химического воздействия под действием тока в одном направлении.Пропускание тока в обратном направлении приведет к повреждению конденсатора.

Поэтому клеммы электролитических конденсаторов имеют специальную маркировку с положительной и отрицательной полярностью (в большинстве случаев маркирована отрицательная клемма). Конденсаторы обязательно должны быть подключены в цепи с одинаковой соответствующей полярностью. Это полярные конденсаторы.

Вам может понравиться:

Как выбрать конденсатор

Что такое коррекция коэффициента мощности (компенсация)

Что такое технология распознавания лиц?

Что произойдет, если мы неправильно подключим полярный конденсатор?

Что происходит, когда вы подключаете электролитический поляризованный конденсатор с обратной полярностью?

Существуют разные типы конденсаторов, например, полярные (конденсаторы постоянной емкости, например.грамм. электролитические, псевдоконденсаторы, ELD и суперконденсаторы) и неполярные конденсаторы (керамические, слюдяные, пленочные, бумажные и переменные конденсаторы). Конденсаторы играют активную и важную роль в цепях переменного и постоянного тока (например, фильтры, RC-цепи, связь и развязка, повышение коэффициента мощности, генераторы, демпфер и пускатели двигателей и т. Д.). Остановимся на теме поляризованных электролитических конденсаторов.

Электролитический полярный конденсатор – это тип полярного конденсатора, полярность которого на выводах обозначена катодом и анодом (положительная и отрицательная клеммы).

В электролитическом конденсаторе есть изолирующий слой, используемый в качестве диэлектрика (твердый, жидкий или газовый материал), расположенный между двумя электродами. Есть две металлические пластины, где первая пластина в качестве положительного «анода» покрыта изолирующим оксидным слоем посредством анодирования, а электролит используется в качестве второй клеммы, известной как «катод». Существует три типа электролитических конденсаторов: алюминиевые, танталовые и ниобиевые.

В алюминиевых электролитических конденсаторах электроды состоят из чистого алюминия, однако анодный (положительный) электрод выполнен путем формирования изолирующего слоя оксида алюминия (Al ₂ O ₃ ) путем анодирования. Электролит (твердый или нетвердый) помещается на изолирующую поверхность анода. Этот электролит технически действует как катод. Второй алюминиевый электрод помещается поверх электролита, который действует как его электрическое соединение с отрицательной клеммой конденсатора.

Алюминиевая фольга с бумагой между ними наматывается. Они пропитаны электролитом и затем покрыты алюминиевым кожухом. Хватит брифинга, давайте сосредоточимся на теме прямо сейчас.

Мы знаем, что конденсатор блокирует постоянный ток и пропускает переменный ток.Полярный, то есть электролитический конденсатор, должен быть подключен к правым клеммам источника питания постоянного тока для правильной работы при использовании в цепях постоянного тока. Другими словами, положительный и отрицательный источники постоянного тока должны быть подключены к положительной и отрицательной клеммам конденсатора соответственно.

Несчастные случаи реальны и часто происходят намеренно или случайно. Теперь давайте посмотрим, что произойдет, если полярный или электролитный конденсатор подключен к обратному выводу источника питания постоянного тока, т. Е. От отрицательного к положительному и наоборот.

Давайте обсудим последний сценарий как первый, чтобы обезопасить себя в первую очередь. В случае обратного подключения конденсатор не будет работать вообще, а если приложенное напряжение выше номинального значения конденсатора, начнет протекать больший ток утечки и нагревать конденсатор, что приведет к повреждению диэлектрической пленки (алюминий слой очень тонкий и его легко сломать) по сравнению с приложенным постоянным напряжением) даже конденсатор взорвать.

Следует соблюдать осторожность при подключении поляризованного конденсатора к источнику постоянного тока с соответствующими клеммами. В противном случае обратное напряжение может вывести из строя конденсатор в целом за очень короткое время (несколько секунд). Это может привести к серьезным травмам или опасному возгоранию (танталовые конденсаторы прекрасно справляются с этим).

Алюминиевые слои в электролитическом конденсаторе выдерживают только прямое напряжение постоянного тока (такое же, как диод прямого смещения). Обратное постоянное напряжение на полярном конденсаторе приведет к выходу конденсатора из строя из-за короткого замыкания между его двумя выводами через диэлектрический материал (то же самое, что и диод обратного смещения, работающий в области пробоя).Это явление известно как эффект клапана.

Имейте в виду, что электролит, используемый в фольге и электролитическом конденсаторе, может залечить и вернуть конденсатор в нормальное положение, если через конденсатор пройдет очень низкое обратное напряжение. Поэтому, если вы применили обратное напряжение к полярному конденсатору и используете его для хобби, вы должны протестировать и проверить конденсатор перед включением в цепь или заменить его новым в случае коммерческого и промышленного использования.

В случае обратного напряжения (отрицательный источник на положительный вывод и наоборот) взорвется алюминиевый электролитический конденсатор в соответствии с теорией ионов водорода.При таком неправильном подключении проводки на электролитическом катоде возникает положительное напряжение, а на оксидном слое появляется отрицательное напряжение. В этой ситуации ионы водорода (H ₂ ), собранные в оксидном слое, пройдут через диэлектрическую среду между двумя пластинами и достигнут металлического слоя, где они преобразуются в газообразный водород. Давление, создаваемое газообразным водородом, достаточно, чтобы сломать конденсатор, и корпус может разорваться от взрыва и пара.

При обратном подключении положительной и отрицательной клемм.Водород будет генерироваться без образования оксидной пленки, которая необходима для диэлектрической среды. По этой причине удельное сопротивление электролитического конденсатора с обратным подключением меньше по сравнению с правильным подключением, то есть положительным и отрицательным источником к положительной и отрицательной клеммам соответственно. Весь этот процесс приведет к сбою и повреждению всего конденсатора.

Диэлектрическая среда, используемая между двумя электродами электролитического конденсатора, является однонаправленной i.е. он будет пропускать ток только и только в одном направлении, как и диод PN-перехода. В случае обратного подключения диэлектрическая среда не будет действовать как сопротивление или изоляционный материал. Газообразный водород будет генерироваться в течение нескольких секунд, и конденсатор будет действовать как короткое замыкание для источника постоянного тока, что приведет к отказу конденсатора (с выпуклостью верхней части или общим износом компонента).

Полезно знать:

• Поляризованный и электролитический конденсатор не будут подключаться к источнику переменного тока (как прямое, так и обратное соединение), поскольку они специально разработаны для правильной эксплуатации только и только в цепях постоянного тока .В этом случае конденсатор немедленно взорвется. Мы обсудим весь сценарий в следующей статье.
• Неполярный электролитический конденсатор на самом деле представляет собой два последовательно соединенных друг с другом электролитических конденсатора (то же самое, что и последовательно соединенные диоды или две батареи). Эти конденсаторы иногда используются из-за низкой надежности и эффективности, большого количества потерь и способности выдерживать низкое напряжение.

Связанное сообщение: Разница между переменным и постоянным током (ток и напряжение)

Внимание:

Всегда проверяйте положительную и отрицательную клеммы электролитических и полярных конденсаторов. Тот, на котором напечатан знак «-» (отрицательная полоса или полоса стрелки) или короткая ножка, называется «катодом» или отрицательной клеммой, а другой с длинной ножкой известен как «анод» или положительный вывод.

Маленький чувак, как поляризованный конденсатор, очень опасен и радостно взрывается и вытягивает кровь в случае изменения и реверсирования его клемм или большей утечки или прямого тока и напряжения, отличного от номинального напряжения. Надевайте защитные очки и не прикасайтесь к каким-либо частям схемы во время игры и проектирования схем с использованием конденсаторов.

Похожие сообщения:

Типы конденсаторов – Типы конденсаторов »Электроника

Есть много разных типов конденсаторов, которые используются в электронном оборудовании, каждый из них имеет свои особенности: проверьте различия и какие из них применимы для разных приложений.

Capacitor Tutorial:
Использование конденсатора Типы конденсаторов Электролитический конденсатор Керамический конденсатор Танталовый конденсатор Пленочные конденсаторы Серебряный слюдяной конденсатор Супер конденсатор Конденсатор SMD Технические характеристики и параметры Как купить конденсаторы – подсказки и подсказки Коды и маркировка конденсаторов Таблица преобразования

Конденсаторы используются практически во всех электронных схемах, которые строятся сегодня. Конденсаторы производятся миллионами каждый день, но существует несколько различных типов конденсаторов.

Каждый тип конденсатора имеет свои преимущества и недостатки, которые можно использовать в различных приложениях.

Соответственно, необходимо немного знать о каждом типе конденсатора, чтобы можно было выбрать правильный для любого конкретного использования или применения.

Существует множество вариантов, в том числе, фиксированный или регулируемый конденсатор, выводной ли он или с использованием технологии поверхностного монтажа, и, конечно же, диэлектрик: электролитический алюминий, тантал, керамика, пластиковая пленка, бумага и многое другое.

Полярный и неполярный

Одно из основных различий между различными типами конденсаторов заключается в том, являются ли они поляризованными.

По сути, поляризованный конденсатор – это конденсатор, который должен работать с напряжением на нем определенной полярности.

Некоторые из наиболее популярных типов поляризованных конденсаторов включают алюминиевый электролитический и танталовый. Они отмечены для обозначения положительного или отрицательного вывода, и они должны работать только с напряжением смещения в его направлении – обратное смещение может повредить или разрушить их.Поскольку конденсаторы выполняют множество задач, таких как связь и развязка, на них будет постоянное напряжение постоянного тока, и они будут пропускать только любые компоненты переменного тока.

Другой вид конденсатора – это неполяризованный или неполярный конденсатор. Для этого типа конденсатора не требуется полярность, и он может быть подключен любым способом в цепи. Керамика, пластиковая пленка, серебряная слюда и ряд других конденсаторов являются неполярными или неполяризованными конденсаторами.

Конденсаторы с выводами и поверхностным монтажом

доступны в виде выводов и конденсаторов для поверхностного монтажа.Практически все типы конденсаторов доступны в свинцовом исполнении: электролитические, керамические, суперконденсаторы, пластиковая пленка, серебряная слюда, стекло и другие специальные типы.

немного более ограничены. Конденсаторы SMD должны выдерживать температуры, используемые в процессе пайки. Поскольку у конденсатора нет выводов, а также в результате используемых процессов пайки, компоненты SMD, включая конденсаторы, подвергаются полному повышению температуры самого припоя. В результате не все варианты доступны в качестве конденсаторов SMD.

К основным типам конденсаторов для поверхностного монтажа относятся керамические, танталовые и электролитические. Все они были разработаны, чтобы выдерживать очень высокие температуры пайки.

Конденсаторы переменной и постоянной емкости

Еще одно различие между типами конденсаторов заключается в том, являются они постоянными или переменными.

На сегодняшний день подавляющее большинство конденсаторов – это конденсаторы постоянной емкости, т.е. они не имеют никакой регулировки. Однако в некоторых случаях может потребоваться регулируемый или переменный конденсатор, где может потребоваться изменение емкости конденсатора. Обычно эти конденсаторы имеют относительно низкую стоимость, иногда максимальные значения до 1000 пФ.

Переменные конденсаторы также могут быть классифицированы как переменные и предварительно установленные. Основные переменные можно регулировать с помощью ручки управления и использовать для настройки радио и т. Д. Предустановленные переменные конденсаторы обычно имеют регулировку винтом и предназначены для регулировки во время настройки, калибровки, тестирования и т. Д. Они не предназначены для регулироваться при нормальном использовании.

Типы конденсаторов постоянной емкости

Существует очень много различных типов конденсаторов фиксированной емкости, которые можно купить и использовать в электронных схемах.

Эти конденсаторы обычно классифицируются по диэлектрику, который используется внутри конденсатора, так как он определяет основные свойства: электролитические, керамические, серебряно-слюдяные, металлизированная пластиковая пленка и ряд других.

В то время как в приведенном ниже списке приведены некоторые из основных типов конденсаторов, не все из них могут быть перечислены и описаны, и есть несколько менее используемых или менее распространенных типов, которые можно увидеть.Однако он включает в себя большинство основных типов конденсаторов.

• Керамический конденсатор: Как видно из названия, этот тип конденсатора получил свое название из-за того, что в нем используется керамический диэлектрик. Это дает множество свойств, включая низкий коэффициент потерь и разумный уровень стабильности, но это зависит от конкретного типа используемой керамики. Керамические диэлектрики не дают такого высокого уровня емкости на единицу объема, как некоторые типы конденсаторов, и в результате керамические конденсаторы обычно имеют значение от нескольких пикофарад до значений около 0.1 мкФ.

  Для компонентов с выводами широко используются дисковые керамические конденсаторы. Керамический конденсатор этого типа широко используется в таких приложениях, как развязка и связь. Конденсаторы с более высокими техническими характеристиками, особенно используемые в конденсаторах для поверхностного монтажа, часто имеют определенные типы керамического диэлектрика. Наиболее часто встречающиеся типы включают:
  

  • COG: Обычно используется для низких значений емкости. Он имеет низкую диэлектрическую проницаемость, но обеспечивает высокую стабильность.
  • X7R: Используется для более высоких уровней емкости, поскольку он имеет гораздо более высокую диэлектрическую проницаемость, чем COG, но более низкую стабильность.
  • Z5U: используется для еще более высоких значений емкости, но имеет более низкую стабильность, чем COG или X7R.
  Керамические конденсаторы доступны как в традиционных устройствах с выводами, так и в проходных вариантах. Наиболее широко используемый формат для керамических конденсаторов – это конденсатор для поверхностного монтажа – формат представляет собой многослойный керамический конденсатор, также сокращенный до MLCC. Эти MLCC используются миллиардами каждый день, поскольку они образуют наиболее часто используемый тип конденсаторов для массового производства.
  
  
• Электролитический конденсатор: Этот тип конденсатора является наиболее популярным типом с выводами для значений более 1 мкФ, имея один из самых высоких уровней емкости для данного объема. Конденсатор этого типа состоит из двух тонких пленок алюминиевой фольги, один из которых покрыт оксидным слоем в качестве изолятора.Между ними помещается пропитанный электролитом бумажный лист, затем две пластины наматываются друг на друга и затем помещаются в банку.

  Электролитические конденсаторы поляризованы, то есть их можно размещать в цепи только в одном направлении. Если они подключены неправильно, они могут быть повреждены, а в некоторых крайних случаях могут взорваться. Также следует соблюдать осторожность, чтобы не превышать номинальное рабочее напряжение. Обычно они должны работать при значении ниже этого значения.

  Этот тип конденсатора имеет большой допуск.Обычно значение компонента может быть указано с допуском -50% + 100%. Несмотря на это, они широко используются в аудиоприложениях в качестве конденсаторов связи и в сглаживающих устройствах для источников питания. Они плохо работают на высоких частотах и ​​обычно не используются для частот выше 50–100 кГц.

  Электролитические конденсаторы выпускаются как традиционные устройства с выводами. У некоторых даже есть клеммы для пайки или даже винтовые клеммы, хотя они, как правило, зарезервированы для версий с более высоким током и емкостью, часто используемых в источниках питания.Электролитические компоненты также доступны в виде конденсаторов для поверхностного монтажа. Первоначально они не были доступны в формате для поверхностного монтажа из-за трудностей, возникающих в результате высоких температур, которым подвергаются конденсаторы при пайке. Теперь они преодолены, и электролиты широко доступны в качестве конденсаторов для поверхностного монтажа.
  

  
  
• Конденсаторы с пластиковой пленкой: Конденсаторы с пластиковой пленкой бывают двух основных форматов:
  
  • Металлизированная пленка: В пленочных конденсаторах этого типа пластиковая пленка имеет очень тонкий слой металлизации, нанесенный на фильм.Эта металлизация подключается к соответствующему разъему на одной или другой стороне конденсатора.
  • Пленочная фольга: Пленочный конденсатор этой формы имеет два электрода из металлической фольги, разделенных пластиковой пленкой. Клеммы присоединяются к торцам электродов с помощью сварки или пайки.
  В пластиковых пленочных конденсаторах можно использовать различные диэлектрики. Поликарбонат, полиэстер и полистирол – одни из самых распространенных.У каждого есть свои свойства, что позволяет использовать их в определенных приложениях. Их значения могут варьироваться от нескольких пикофарад до нескольких микрофарад в зависимости от фактического типа.
  Конденсатор из полиэфирной пленки Обычно они неполярные. В общем, это хорошие конденсаторы общего назначения, которые можно использовать для различных целей, хотя их высокочастотные характеристики обычно не так хороши, как у керамических типов. Некоторые из наиболее распространенных типов включают:
  
  • Майлар – может создавать шум при использовании в приложениях, где есть вибрация.
  • Поликарбонат – Умеренный уровень потерь, который может увеличиваться с частотой. Очень высокое сопротивление изоляции.
  • Полиэстер – Умеренный уровень потерь, который может увеличиваться с частотой. Очень высокое сопротивление изоляции.
  • Полистирол – имеет очень низкие потери, но объемный. Иметь температурный коэффициент около -150 ppm / C
  Пленочные конденсаторы доступны в виде традиционных устройств с выводами, но редко используются в качестве конденсаторов для поверхностного монтажа.Причина этого – высокие температуры, которые испытывает весь конденсатор SMT во время процессов пайки, используемых при поверхностном монтаже.
  
  
• Тантал: Обычные алюминиевые электролитические конденсаторы довольно большие для многих применений. В приложениях, где важен размер, можно использовать танталовые конденсаторы. Они намного меньше, чем алюминиевые электролиты, и вместо использования пленки оксида на алюминии они используют пленку оксида на тантале.Обычно они не имеют высоких рабочих напряжений, максимум 35 В, а некоторые даже имеют значения всего вольта или около того.

  Танталовый конденсатор с выводами Как и электролитические конденсаторы, тантал также поляризован, и они очень нетерпимы к обратному смещению, часто взрываясь при воздействии напряжения. Однако их небольшой размер делает их очень привлекательными для многих приложений.

  Тантал уже давно доступен в формате конденсатора для поверхностного монтажа. До того, как стали доступны электролиты SMT, эти конденсаторы стали основой для дорогостоящих конденсаторов для поверхностного монтажа.В настоящее время они все еще широко используются, хотя также доступны электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа.
  

  
  
• Silver Mica: Серебряные слюдяные конденсаторы производятся путем нанесения серебряных электродов непосредственно на диэлектрик слюдяной пленки. Для достижения необходимой емкости используется несколько слоев. Добавляются провода для соединений, а затем вся сборка инкапсулируется. Значения конденсаторов из серебряной слюды варьируются от нескольких пикофарад до двух или трех тысяч пикофарад.
  Серебряный слюдяной конденсатор Этот тип конденсаторов не так широко используется в наши дни. Однако их все еще можно получить и использовать там, где стабильность стоимости имеет первостепенное значение и где требуются низкие потери. Ввиду этого одно из их основных применений – в настраиваемых элементах схем, таких как генераторы, или в фильтрах.
  
• Supercap Суперконденсаторы с уровнем емкости от Фарада и выше становятся все более обычным явлением.Эти суперконденсаторы обычно используются для таких приложений, как задержка памяти и тому подобное.
  Суперконденсатор или суперконденсатор Они слишком велики для использования в большинстве схем, и их частотная характеристика ограничена, но они представляют собой идеальные удерживающие конденсаторы, способные обеспечивать остаточный ток и напряжение для сохранения памяти на периоды, когда может быть отключено питание.
  

Обзор типов конденсаторов

Даже из выбора наиболее часто используемых типов конденсаторов видно, что доступно множество форм.У каждого есть свои преимущества и недостатки, и если для каждой работы выбрать правильный, то он может очень хорошо работать в цепи. Именно по этой причине при построении схем важно использовать конденсатор правильного типа. Если используется неправильная сортировка, то его производительность может не соответствовать стандарту, необходимому для схемы.

Другие электронные компоненты: Резисторы
Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты». . .

Часть 4 – Диэлектрическая поляризация

Добро пожаловать в серию «Основы работы с конденсаторами», где мы расскажем вам обо всех достоинствах и недостатках микросхем конденсаторов – их свойствах, классификации продуктов, стандартах испытаний и сценариях использования – чтобы помочь вам принимать обоснованные решения о подходящих конденсаторах для ваших конкретных приложений. После описания факторов, влияющих на емкость в нашей предыдущей статье, давайте обсудим поляризацию диэлектрика и ее связь с частотой

Что такое диэлектрическая поляризация?

Когда к конденсатору прикладывается электрическое поле, диэлектрический материал (или электрический изолятор) становится поляризованным, так что отрицательные заряды в материале ориентируются в направлении положительного электрода, а положительные заряды смещаются в сторону отрицательного электрода.Поскольку заряды не могут свободно перемещаться в изоляторе, эффект поляризации, который противостоит приложенному полю, притягивает заряды к электродам, таким образом сохраняя энергию в конденсаторе.

Чем легче поляризовать материал, тем большее количество заряда может храниться в конденсаторе. Эта способность сохранять энергию в электрическом поле называется диэлектрической проницаемостью K или относительной диэлектрической проницаемостью ε _r . Степень поляризации P связана с диэлектрической проницаемостью K и напряженностью электрического поля E следующим образом:

P = ε ₀ (К-1) E

, где ε ₀ – физическая постоянная, известная как диэлектрическая проницаемость вакуума

Полная поляризация диэлектрика складывается из четырех источников смещения заряда: электронного смещения P _e , ионного смещения P _i , ориентации постоянных диполей P _d и смещения пространственного заряда P _s .

P _t = P _e + P _i + P _d + P _s

Рисунок 1. Четыре типа механизмов поляризации (источник: ACRHEM )

Электронная поляризация: Этот эффект возникает во всех атомах под действием электрического поля. Ядро атома и центр его электронного облака удаляются друг от друга, создавая крошечный диполь с очень небольшим эффектом поляризации.

Ионная поляризация: В ионных твердых телах, таких как керамические материалы, ионы симметрично расположены в кристаллической решетке с чистой нулевой поляризацией. При приложении электрического поля катионы и анионы притягиваются в противоположных направлениях. Это создает относительно большое ионное смещение (по сравнению с электронным смещением), которое может вызвать высокие диэлектрические постоянные в керамике, широко используемой в конденсаторах.

Дипольная (или ориентационная) поляризация : Некоторые твердые тела имеют постоянные молекулярные диполи, которые под действием электрического поля вращаются в направлении приложенного поля, создавая общий средний дипольный момент на молекулу.Дипольная ориентация более распространена в полимерах, поскольку их атомная структура допускает переориентацию.

Поляризация пространственного заряда (или межфазной): В керамике это явление возникает из-за посторонних зарядов, которые возникают из-за загрязнений или неправильной геометрии на границах раздела поликристаллических твердых тел. Эти заряды частично подвижны и перемещаются под действием приложенного поля, вызывая этот внешний тип поляризации.

Как частота влияет на поляризацию и диэлектрические потери?

Интересно, что каждый тип поляризации по-разному реагирует на частоту приложенного поля, что означает, что суммарный эффект поляризации для диэлектрической проницаемости зависит от частоты.

• Электронное смещение очень быстрое, поэтому эта поляризация происходит на частотах до 10 ¹⁷
• Ионная поляризация немного медленнее и происходит на частотах до 10 ¹³
• Дипольная поляризация возникает на частотах меньше 10 ¹⁰
• Поляризация пространственного заряда является самой медленной и происходит при значениях менее 10 ⁴

Следовательно, диэлектрическая проницаемость (и, следовательно, значение емкости) всегда уменьшается с увеличением частоты, поскольку механизмы поляризации становятся менее эффективными.

Рисунок 2. Влияние частоты на механизмы поляризации

В цепи переменного тока напряжение и ток на идеальном конденсаторе сдвинуты по фазе на 90 градусов. Однако реальные диэлектрики не идеальны, и поэтому запаздывание или «время релаксации» механизмов поляризации с частотой порождает диэлектрические потери. Можно определить угол, на который ток конденсатора не совпадает по фазе с идеальным, и тангенс этого угла является свойством материала, называемым тангенсом потерь (Tan δ) или коэффициентом рассеяния.На практике материалы с более высокими диэлектрическими постоянными (и, следовательно, с высокими механизмами поляризации) демонстрируют более высокие коэффициенты рассеяния.

Рис. 3. Касательные потери или коэффициент рассеяния реального конденсатора

Частота, на которой используется диэлектрик, имеет важное влияние на механизмы поляризации, особенно на время релаксации, отображаемое материалом при отслеживании инверсий поля в переменной цепи.

• Случай 1: Если время релаксации поляризации намного больше и медленнее, чем инверсия поля, ионы вообще не могут следовать за полем и потери малы.
• Случай 2: Если время релаксации намного быстрее, чем инверсия поля, поляризационные процессы могут легко следовать за частотой поля, а потери невелики.
• Случай 3: Если время релаксации и частота поля одинаковы, значки могут следовать за полем, но ограничены своим запаздыванием, что приводит к наибольшим потерям с частотой.

Следовательно, диэлектрические потери максимальны на частоте, на которой приложенное поле имеет такой же период релаксации.Керамические диэлектрические составы всегда показывают диапазон времен релаксации по частотному спектру, поскольку эти материалы состоят из поликристаллического вещества. В высокочастотных приложениях этот параметр часто называют Q-фактором, который является обратной величиной тангенса угла потерь: Q = 1 / (tan δ)

Рис. 4. Изменения диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь, вызванные частотой

Надеюсь, часть 4 дала вам лучшее понимание диэлектрической поляризации и того, как она влияет на ваше конкретное приложение.