Elektrolyyttikondensaattorit (oksidi) - kondensaattorityyppi , jossa levyjen välinen eriste on metallioksidikalvo , jossa anodi on valmistettu metallista ja katodi on kiinteä, nestemäinen tai geelimäinen elektrolyytti. Anodin pinnalla oleva oksidikerros saadaan sähkökemiallisella anodisoinnilla , mikä varmistaa kondensaattorin eristeen paksuuden ja dielektristen ominaisuuksien suuren tasaisuuden. Teknologinen helppous saada ohut homogeeninen dielektrinen kalvo suurelle elektrodialueelle mahdollisti massatuotannon halpoja kondensaattoreita erittäin korkeilla arvoillasähköinen kapasiteetti .
Yleisimmin käytetyt alumiinielektrolyyttikondensaattorit, jossa alumiinifoliota käytetään yhtenä levynä . Yleisiä ovat myös tantaalija niobiumiaelektrolyyttikondensaattorit, joissa tantalista tai niobiumista valmistettu huokoinen metallisieni toimii metallielektrodina , jonka pinta on peitetty oksidikalvoilla. Elektrolyyttikondensaattorin toinen levy on nestemäinen tai kiinteä elektrolyytti - aine tai ainekoostumus, joka tarjoaa sähkönjohtavuuden ja oksidikalvon säilymisen.
Sähkökemialliset prosessit dielektrisen oksidikalvon saamiseksi ja stabiloimiseksi vaativat tietyn jännitteen polariteetin metalli-elektrolyyttirajapinnassa. Metallielektrodin on oltava anodi (eli sillä on oltava positiivinen potentiaali) ja elektrolyytin on oltava katodi (negatiivinen potentiaali). Napaisuuden huomiotta jättäminen aiheuttaa oksidikalvon dielektristen ominaisuuksien menetyksen ja mahdollisen oikosulun levyjen välillä. Jos tämän negatiivisen jännitteen lähde ei rajoita virtaa turvalliselle alhaiselle tasolle, elektrolyytti lämpenee virtaavan virran vaikutuksesta, kiehuu ja tuloksena olevien kaasujen paine rikkoo kondensaattorin kotelon. Valmistetaan myös ns. ei- polaarisia elektrolyyttikondensaattoreita , joissa kaksi tavanomaista polaarista elektrolyyttikondensaattoria on rakenteellisesti sijoitettu peräkkäin sarjaan, mikä mahdollistaa käytetyn jännitteen napaisuuden muuttamisen.
Elektrolyytin koostumus valitaan siten, että oksidikalvon pienet vauriot palautuvat käytön aikana sähkökemiallisella anodisoinnilla kondensaattorin käyttöjännitteillä. Tämä kemiallinen elektrolyysiprosessi vapauttaa kuitenkin kaasua, jonka paine johtaa kotelon turpoamiseen ja jopa sen mahdolliseen repeämiseen. Myös suuri virta kondensaattorin läpi voi johtaa elektrolyytin kiehumiseen, esimerkiksi kun napaisuus on käänteinen tai kun suuri loisvirta kulkee kondensaattorissa suurilla jännitteen aaltoiluilla.
Nestemäisellä elektrolyytillä varustetuissa kondensaattoreissa on kuivumisongelma , kun elektrolyytin liuotin haihtuu kondensaattorista kotelon tiivisteen vuotojen kautta. Kun kondensaattori kuivuu, se menettää kapasitanssin ja sarjan loisvastus kasvaa.
Elektrolyyttikondensaattorit on järjestetty pääsääntöisesti seuraavasti: elektrolyyttikerros on metallisen johtavuuden omaavien elektrodien välissä , joista toinen on peitetty ohuella dielektrisellä kerroksella (oksidikalvo). Eristeen erittäin pienestä paksuudesta johtuen kondensaattorin kapasitanssi saavuttaa merkittäviä arvoja. Kahden ohuella eristeellä erotetun johtavan levyn kosketus ei kuitenkaan ole ihanteellinen, ilmavälin poistamiseksi levyjen väliseen tilaan johdetaan elektrolyyttiä.
Elektrolyyttitäytön tyypin mukaan elektrolyyttikondensaattorit voidaan jakaa: nestemäisiin, kuiviin, oksidipuolijohteisiin ja oksidimetalliin.
Nestekondensaattoreissa käytetään nestemäistä elektrolyyttiä, kapasitanssin lisäämiseksi anodi tehdään tilavuushuokoiseksi esimerkiksi puristamalla metallijauhetta ja sintraamalla se korkeassa lämpötilassa. Kuivat kondensaattorit käyttävät viskoosia elektrolyyttiä. Tässä tapauksessa kondensaattori on valmistettu kahdesta kalvoliuskasta (hapettuneesta ja hapettamattomasta), joiden väliin asetetaan elektrolyytiin kostutettu paperista tai kankaasta valmistettu välike.
Oksidipuolijohdekondensaattorit käyttävät johtavaa oksidia ( mangaanidioksidia ) katodina.
Oksidimetallikondensaattoreissa katodin toiminnot suorittaa oksidikerroksen metallikalvo.
Kaupallisesti valmistetut alumiinielektrolyyttikondensaattorit koostuvat kahdesta ohuesta alumiinifoliolevystä . Levyjen väliin asetetaan tiiviste - huokoinen paperi, joka on kyllästetty elektrolyytillä. Kalvo ja välike rullataan ja asetetaan koteloon, jonka läpi tehdään kaksi sähköpistorasiaa. Elektrolyytin kemiallisen vaikutuksen alaisena, kun sähköjännitettä käytetään, anodin alumiinikalvon pinta hapettuu, - kalvon pinnalle muodostuu ohut kerros dielektristä - alumiinioksidia .
Käänteisellä napajännitteellä dielektrisen kerroksen regenerointiprosessi pysähtyy, se tuhoutuu vähitellen, mikä johtaa vuotovirtojen kohonneisiin arvoihin, mikä voi johtaa sähköpiirin vaurioitumiseen ja kondensaattorin vikaantumiseen suurvirrassa. piireihin liittyy lämmön vapautuminen, savun ja kaasujen vapautuminen kondensaattorin sisällä, mikä voi johtaa hänen ruumiinsa tuhoutumiseen. Siksi elektrolyyttikondensaattorit on suunniteltu toimimaan vain piireissä, joiden sykkivä jännite on yksi napaisuus, tai piireissä, joissa on tasavirta.
Elektrolyyttikondensaattorit (radiotekniikassa yleistä nimeä käytetään usein - "elektrolyytit") ovat sähköpiirin matalataajuisia elementtejä, niitä käytetään harvoin toimimaan yli 30 kHz:n taajuuksilla. Ne toimivat pääasiassa tasoittamaan sykkivää virtaa AC-tasasuuntaajapiireissä. Esimerkiksi elektrolyyttikondensaattoreita käytetään laajalti äänen toisto- ja äänenvahvistustekniikassa. Monivaiheisissa vahvistimissa olevat välivaiheiset elektrolyyttikondensaattorit erottavat sykkivän virran (äänitaajuusvirta + DC-komponentti) vaihtokomponentiksi - äänitaajuusvirraksi, joka syötetään seuraavaan vahvistusvaiheeseen, ja vakiokomponentiksi, joka ei siirry seuraavaan vahvistusvaiheeseen. Tällaisia kondensaattoreita kutsutaan erottaviksi.
Koska elektrolyyttikondensaattorit ovat polaarisia, niiden levyissä on käytön aikana säilytettävä merkkiä vaihtamaton jännite, mikä on niiden haitta. Kondensaattorin sisällyttäminen sähköpiiriin, jossa on käänteinen napaisuus työpiiriin nähden, aiheuttaa vuotovirran kasvun, parametrien huononemisen ja voi jopa johtaa kondensaattorin räjähtämiseen riittävällä piiriteholla. Tästä syystä niitä voidaan käyttää vain piireissä, joissa kondensaattorin jännitteen napaisuus on muuttumaton (sykkivä tai vakiojännite).
Elektrolyyttikondensaattoreissa on huomattava sarja loisvastus , joka voi saavuttaa luokkaa 1 ohm matalilla taajuuksilla, ja tämä vastus kasvaa käyttötaajuuden kasvaessa . Syynä tähän vaikutukseen on elektrolyytti-ionien suhteellisen alhainen johtavuus ja liikkuvuus. Yleensä nestemäisen elektrolyytin koostumus on ammoniumboraatin , boorihapon ja etyleeniglykolin vesiliuos [1] .
Laajalti käytetyillä alumiinikondensaattoreilla on tiettyjä erityisominaisuuksia verrattuna muihin kondensaattoreihin, jotka tulee ottaa huomioon niitä käytettäessä. Koska elektrolyyttikondensaattorien alumiinilevyt on kierretty rullaksi sylinterimäiseen koteloon sijoittamista varten, muodostuu loissarjainduktanssi , tämä induktanssi ei ole toivottava monissa sovelluksissa.
Joidenkin elektrolyyttikondensaattorien sylinterimäisen rungon yläosaan on tehty suojaava lovi - varoventtiili. Jos kondensaattori toimii suurvirran vaihtojännitepiirissä, se lämpenee ja nestemäinen elektrolyytti laajenee ja haihtuu. Lauhduttimen kotelo voi räjähtää liiallisesta sisäisestä paineesta. Siksi käytetään suojaventtiiliä, joka romahtaa ylipaineen vaikutuksesta ja estää kondensaattorikotelon räjähdyksen elektrolyyttihöyryn vapautuessa ulos.
Koska joissakin elektrolyyttikondensaattorimalleissa ei ole mahdollista saavuttaa riittävää kotelon tiivistystä, nestemäinen elektrolyytti kuivuu ajan myötä. Tässä tapauksessa kondensaattorin kapasitanssi menetetään ja sarjavastus kasvaa. Myös kohonnut käyttölämpötila edistää elektrolyytin nopeutettua kuivumista. Siksi melkein minkä tahansa elektrolyyttikondensaattorin tapauksessa sallittu käyttölämpötila-alue ilmoitetaan yleensä. Esimerkiksi -40 - +105 °C.
Viallinen elektrolyyttikondensaattori, joka johtuu elektrolyytin kuivumisesta, on useimmissa tapauksissa kotitalouksien radioelektronisten laitteiden vikojen pääasiallinen syy [2] .