plik


ÿþLISTY OD PIOTRA KONDENSATORY cz[ 1 Ostatnio zajmowali[my si rezysto- rami, dzi[ porozmawiamy o kondensa- torach. Czy pamitasz stare, czarno-biaBe te- lewizory jak choby Belweder, Koral, Tosca czy WisBa? Czy zdarzyBo ci si mo|e spotka w nich rozwijajce si kondensatory? MBodszym czytelnikom trzeba wyja[ni, |e w tamtych zamierzchBych czasach królo- waBy kondensatory w postaci zwinitej wstgi folii aluminiowej i impregnowanego papieru, klejone czym[ podobnym z wygldu do krochmalu. Std zreszt nazywane byBy po- tocznie kartoflakami. Te majstersztyki ów- czesnego przemysBu elektrotechnicznego op- rócz cech wBa[ciwych kondensatorom miaBy przedziwn skBonno[ do stopniowego rozwi- jania si. Najprostsz form  naprawy byBo obcinanie odwinitych zwojów, |eby metalo- wa folia nie spowodowaBa zwarcia. CaBa spra- wa jest tym bardziej intrygujca, poniewa| znana byBa opinia, i| je[li w starym, czarno- biaBym  ruskim telewizorze zaczynaj rozwi- - ceramiczne ramki podam ci w jednym z nastpnych od- ja si kondensatory, to zaczyna on lepiej od- - z tworzyw sztucznych. cinków. A tymczasem opowiem ci o popular- biera. Z czasem jednak zaprzestano pro- Na pocztek zajmiesz si pierwsz grup. nych  elektrolitach . dukcji takich  kartoflaków i niestety od tej po- ry nikt nie wiedziaB ju| co zrobi, |eby popra- Kondensatory elektrolityczne wi odbiór w starych radzieckich telewizo- Kondensatory elektrolityczne rach. Przyznam ci si, |e cho ze wspomnia- Tyle anegdoty wystarczy. Nie bd ci opo- nych przedmiotów miaBem oceny bardzo dob- aluminiowe wiadaB zabawnych perypeti- re, bardzo dBugo nie rozumiaBem jak napraw- i z wyschnitymi elektrolitami, masz si prze- d zbudowane s i dziaBaj kondensatory cie| dzi[ w koDcu czego[ konkretnego nau- elektrolityczne. Dopiero lektura oryginalnych Dawno ju| niczego nie zepsuBe[, wic czy. katalogów firmowych rozja[niBa mi obraz ca- mo|esz na dobry pocztek rozebra kilka ty- Je[li wkBadano ci do gBowy mdre rozwa- Bej sprawy. Zmiem wic przypuszcza, i| ty powych  elektrolitów , ale pod warunkiem, |e |ania o wy|szo[ci kondensatorów pró|nio- te| mo|esz mie podobne kBopoty, pozwól zachowasz ostro|no[, nie skaleczysz si wych nad powietrznymi, olejowych nad su- wic |e opowiem ci troch o budowie kon- przy otwieraniu obudowy i nie poplamisz rk chymi czy mikowych nad papierowymi, spró- densatorów. Nie jest to jaka[ sucha teoria, ani otoczenia elektrolitem. W zasadzie elek- buj o tym wszystkim szybko i skutecznie... szybko przekonasz si o praktycznej przydat- trolit nie powinien by |rcy ani trujcy, ale zapomnie. no[ci takiej wiedzy. Nie bdzie to tak|e suchy w nowszych kondensatorach mog wystpo- Ja te| chodziBem do szkoBy; na zajciach wykBad, poniewa| zaczniesz od rozebrania wa  wynalazki o nie wiadomych wBa[ciwo[- z materiaBoznawstwa i podzespoBów uczono kilku mokrych  elektrolitów . Serdecznie ci ciach. Na wszelki wypadek na czas rozwija- mnie mdrych klasyfikacji, potem okazaBo zachcam, |eby[ rzeczywi[cie przeprowa- nia zwijki zaBó| gumowe rkawice. si, |e prawie wszystkie wiadomo[ci s deli- dziB zalecane eksperymenty, a nie tylko po- Je[li ju| oddzieliBe[ wilgotny papier, przy- katnie mówic nie[wie|e i nieprzydatne przestaB na przeczytaniu tego artykuBu. Jedna jrzyj si dokBadnie obu aluminiowym elektro- w praktyce. taka lekcja praktyczna prawdopodobnie da ci dom. Czy maj jednakowy wygld? W ma- Dzi[ kondensatorów papierowych, miko- wicej ni| teoria wykBadana w szkolprzez póB Bych kondensatorach zapewne wygldaj tak wych, szklanych, olejowych w typowym roku. samo. Jednak w starszych krajowych elektro- sprzcie nie spotkasz. Masz natomiast do ZebraBem dla ciebie w zwizBej postaci litach o wikszych wymiarach folia dodatnia - dyspozycji trzy gBówne grupy kondensatorów: podstawowe wiadomo[ci o dostpnych kon- anoda jest bardziej matowa i szara ni| folia - elektrolityczne densatorach i ich parametrach, ale stosowne ujemna. Jak zauwa|yBe[ folia anodowa za- ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96 55 LISTY OD PIOTRA ujemne zawieraj tlen, dodatnie wodór. Nie powiedziaBem ci te| dotychczas jak wytwarza si warstewk tlenku glinu. Otó| naturalna warstewka tlenku jest nadzwyczaj cienka, rzdu 1...2nm i dla uzyskania grubszych warstw stosuje si metod elektrochemiczn polegajc ogólnie rzecz biorc na podBcze- niu do kondensatora w trakcie produkcji zród- Ba napicia staBego. W obwodzie biegun do- datni zródBa-anoda kondensatora-elektrolit- biegun ujemny popBynie prd staBy. Poniewa| w elektrolicie przepByw prdu polega na prze- mieszczaniu jonów, a jony ujemne zawieraj tlen, wic w tym procesie zwanym formowa- niem, na powierzchni anody wytwarza si warstwa tlenku glinu, a z drugiej strony jako produkt uboczny powstaje gazowy wodór. Powstajca stopniowo warstwa izolujcego Rys. 1 Przekrój kondensatora aluminiowego mokrego tlenku coraz bardziej zmniejsza warto[ pBy- ncego prdu, a po pewnym czasie prd sta- wsze jest matowa. Pod mikroskopem okazu- wierzchni czynnej, rozwija si powierzchni bilizuje si na nieznacznej warto[ci i proces je si, i| jest bardzo chropowata, przypomina folii anodowej w procesie trawienia chemicz- tworzenia tlenku ustaje. Zwró uwag, |e troch wygldem skalist pustyni. Dziki te- nego. grubo[ tak powstaBej warstwy tlenku zale|y mu rzeczywista powierzchnia dodatniej okBa- Jakie znaczenie ma w tym elektrolit? Otó| od przyBo|onego napicia - tzw. napicia for- dziny - anody jest znacznie wiksza ni| wyni- tak naprawd to elektrolit jest elektrod ujem- mowania, które zawsze jest wiksze kaBoby to z wymiarów folii. Tak znaczne po- n, natomiast drugi pasek foli- o 20...100% od zaBo|onego nominalnego na- wikszenie powierzchni (rozwinicie) uzys- i aluminiowej, potocznie zwany katod, picia kondensatora. Dlaczego napicie for- kuje si przez chemiczne trawienie folii. w rzeczywisto[ci jest tylko doprowadzeniem mowania powinno by wiksze od napicia Wiadomo, |e wedBug definicji ka|dy kon- prdu do tej prawdziwej, pBynnej katody. Po- densator skBada si z dwóch przewodników nadto tylko zastosowanie jakiego[  w[cibs- Czy  elektrolity mog by polaryzo- (okBadek) przedzielonych warstw dielektry- kiego elektrolitu, który wci[nie si w ka|d wane napiciem staBym o odwrotnej bie- ka (izolatora). Wydaje si, |e okBadki mamy. dziur, pozwala wykorzysta zalety rozwini- gunowo[ci? Co jednak jest dielektrykiem w naszych kon- tej powierzchni anody. A porowaty papier peB- Nie jest do koDca prawd, |e kondensato- densatorach? Czy papier? Nie! Przecie| jest ni rol zbiornika ciekBego elektrolitu oraz za- ry elektrolityczne nie mog pracowa przy od- on nasczony przewodzcym elektrolitem! bezpiecza przed bezpo[rednim zetkniciem wrotnej biegunowo[ci przyBo|onego napicia. No wic co? obu metalowych elektrod, co mogBoby spo- Jak wynika z zamieszczonych rozwa|aD mo- Czy wiesz, |e aluminium w obecno[ci tle- wodowa uszkodzenie delikatnej warstwy g pracowa przy napiciach, które nie spo- nu natychmiast pokrywa si cieniuteDk war- tlenku i zwarcie. Uproszczony przekrój jednej woduj formowania folii katodowej (i nieod- stewk nieprzewodzcego tlenku (Al2O3). Co warstwy kondensatora elektrolitycznego Bcznego gazowania). Dlatego niektóre kata- najwa|niejsze, tlenek ten jest znakomitym mokrego mo|esz obejrze na rysunku 1. logi podaj dopuszczalne staBe napicie izolatorem i ma du| warto[ staBej dielekt- Teraz ju| wiesz, na czym polega tajemni- wsteczne równe 2V, jednak bezpieczn war- rycznej. Wyobraz sobie, |e warstwa tlenku ca du|ej pojemno[ci i maBych wymiarów kon- to[ci wydaje si napicie 1V. Napicie to wy- glinu o grubo[ci 1µm (1/1000 mm) wytrzymu- densatorów elektrolitycznych. Decydujce nika z grubo[ci istniejcej, naturalnej warstwy je bez przebicia napicie rzdu 700V! znaczenie maj: tlenku na powierzchni folii katodowej. W takiej Masz ju| kilka wa|nych informacji: w kon- - du|a, trawiona powierzchnia, sytuacji nale|y si jednak liczy ze zwikszo- densatorach elektrolitycznych izolatorem jest - bardzo cienka warstwa dielektryka nymi prdami upBywu. warstewka tlenku glinu o grubo[ci znacznie (Al2O3) mniejszej ni| 1µm, a dla zwikszenia po- - znaczna staBa dielektryczna Al2O3. Pozostaje jednak jeszcze istotny problem: Mo|e sByszaBe[, |e kondensatory mog dlaczego typowe kondensatory elektrolitycz- si przeformowa na inne napicie - jest to ne musz by polaryzowane napiciem sta- pracy? Poniewa| w czasie pracy przez kon- cz[ciowo prawda. Kondensator pozosta- Bym? densator praktycznie nie powinien pByn wiony pod napiciem nieco wikszym od no- Otó|  winny jest elektrolit. Zanim konkret- prd staBy (tzw. prd upBywu). minalnego przeformuje si na to napicie... nie odpowiem na to pytanie, musz ci przy- Je[li w przyszBo[ci  wgryziesz si w kata- pod warunkiem, |e wcze[niej nie wybuch- pomnie pewne podstawowe wiadomo[ci. logi, to znajdziesz wykonania oznaczone LL nie. Nie polecam ci wic tej metody  ulep- Jak pewnie pamitasz, w elektrolitach (dawniej typ 1) oraz GP (dawniej typ 2). LL szania kondensatorów. no[nikami Badunku elektrycznego s jony. jest skrótem od Long Life (dBugowieczny), W elektrolicie naszych kondensatorów jony A GP - General Purpose (ogólnego przezna- 56 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96 LISTY OD PIOTRA wia si symbol diody. Kto[ uwa|ny zauwa|y jednak, |e przecie| po odwróceniu biegunowo[ci przyBo|onego napicia rol anody peBni bdzie druga alu- miniowa elektroda. Rzeczywi[cie na to wy- glda. Czy to nie zmieni sytuacji? Nie, ponie- wa| ta druga elektroda peBnica wcze[niej rol doprowadzenia do pBynnej katody nie by- Ba uformowana i pokryta jest jedynie natural- Rys 2 Schemat kondensatora elektrolitycznego n cieniutk warstw tlenku (std jasna, bByszczca folia katodowa w niektórych kon- czenia). Kondensatory LL s formowane wy- densatora elektrolitycznego zrobi si stopnio- densatorach). Owszem, przy przepBywie  od- |szym napiciem ni| kondensatory GP o ta- wo dobry kondensator powietrzny, tyle |e wrotnego prdu zacznie na niej narasta kim samym napiciu nominalnym. Wy|sze o pojemno[ci kilkudziesiciu... pikofaradów. warstwa izolacyjnego tlenku, zanim jednak napicie formowania daje grubsz warstw Dlatego niech nie przychodzi ci do gBowy, |e- zd|y si ona utworzy i ograniczy prd, tlenku, a w konsekwencji mniejszy prd upBy- by  odpowietrzy elektrolita przez wywierce- kondensator eksploduje! wu i mniejsze prawdopodobieDstwo uszko- nie w obudowie maleDkiej dziurki. A je[li w procesie produkcji byByby ufor- dzenia. Grubsza warstwa dielektryka daje Czy rozumiesz teraz, dlaczego kondensa- mowane obie folie aluminiowe? jednak mniejsz pojemno[, wic kondensa- tory elektrolityczne z ciekBym elektrolitem Genialna my[l! Wtedy przy danej biegu- tory LL mog mie wiksze wymiary ni| kon- skBadowane przez dBu|szy czas bez napicia nowo[ci jedna z elektrod peBniBaby rol ano- densatory o takich samych nominaBach w wy- maj znaczny prd upBywu, który po niedBu- dy, a po zmianie biegunowo[ci - druga! Mo|e konaniu zwykBym. gim czasie pozostawania pod napiciem Z podanych informacji mo|esz wycign zmniejsza si do pomijalnej warto[ci? Po kilka wa|nych wniosków. prostu podczas skBadowania cieniuteDka Po pierwsze, chyba ju| rozumiesz, |e warstwa tlenku ulega drobnym uszkodze- uszkodzenie kondensatora podwy|szonym niom, które pózniej po podaniu napicia s napiciem nie jest spowodowane przebiciem samoczynnie reperowane przez jony ujemne warstwy tlenku, tylko powtórnym rozpocz- d|ce do anody. ciem procesu formowania, zwizanego nie- Dlatego w ukBadach, gdzie wymagana jest odBcznie z wydzielaniem gazu, który w koD- niezawodno[ i pewno[ dziaBania, konden- cu powoduje eksplozj kondensatora. satory elektrolityczne musz pozostawa pod &! Mo|e te| miaBe[ do czynienia z  elektroli- napiciem, wtedy w sposób cigBy nastpuje tami , które... wyschBy. Znów wypadaBoby proces regeneracji, a upBywno[ i pojemno[ przypomnie wyroby dawnego ZSRR, ale mieszcz si w przewidzianych granicach. spu[my na t spraw zasBon milczenia. PomaBu dochodzimy wreszcie do podsu- Je[li obudowa kondensatora nie bdzie mowania odpowiedzi na pytanie dlaczego Rys. 3 UkBad pomiarowy prdu szczelna, podwy|szone ci[nienie zwizane omawiane kondensatory powinny by spola- upBywu z normalnym gazowaniem podczas pracy ryzowane napiciem staBym. Jak ju| wiesz, mo|e spowodowa utrat elektrolitu i z kon- jony ujemne dochodzce do anody powodu- ci zaskocz - takie kondensatory s produ- j powstawanie tlenku glinu. Jednak je[li od- kowane - s to kondensatory elektrolityczne wróci si biegunowo[ przyBo|onego napi- bipolarne, zwane te| niebiegunowymi. Mog cia staBego, to nasza aluminiowa anoda staje one pracowa bez ograniczeD przy napiciu si katod. Wdruj teraz do niej lekkie jony zmiennym bez skBadowej staBej. W kraju kon- dodatnie, które bez wikszych kBoptów prze- densatory takie z oznaczeniami BPT, BPU dostaj si przez warstw tlenku, a po doB- i BPE byBy produkowane (a mo|e jeszcze s) czeniu elektronu wydziela si gazowy wodór. przez fili Elwy w KoBobrzegu. PByncy prd staBy mo|e mie du| warto[, Dlaczego wic nasze popularne  elektroli- bowiem warstwa tlenku glinu nie jest znacz- ty nie s wykonywane w ten sposób? Powo- c przeszkod dla w[cibskich jonów dodat- dy s przynajmniej dwa: kondensatory nie- Czy mo|na samodzielnie zrobi konden- nich, a wydzielajcy si gazowy wodór dodat- biegunowe maj zdecydowanie wikszy prd sator niebiegunowy? kowo niszczy istniejc ju| warstw tlenku. upBywu, a ponadto przy danych wymiarach Tak! I to w prosty sposób przez przeciw- Znów kondensator ulegnie uszkodzeniu ich pojemno[ jest prawie dwukrotnie mniej- sobne poBczenie szeregowe dwóch jedna- wskutek eksplozji zwizanej z wydzielaniem sza ni| odpowiednich kondensatorów bipo- kowych kondensatorów biegunowych (kato- gazu. Zauwa|, |e w kondensatorze elektroli- larnych. Wynika to z szeregowego poBcze- da do katody). Pojemno[ takiego zestawu tycznym wystpuje zjawisko jednokierunko- nia pojemno[ci obu okBadek. Pokazuje to ry- jest równa poBowie pojemno[ci jednego wego przewodzenia prdu, podobnie jak sunek 2. Co prawda w kondensatorach bie- kondensatora. w diodzie. Dlatego na schematach zastp- gunowych pojemno[ jest tak samo wypad- czych kondensatorów elektrolitycznych poja- kow wspomnianych dwóch pojemno[ci. ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96 57 LISTY OD PIOTRA Jednak z uwagi na znikom grubo[ warstwy tlenku na ujemnej okBadce (a tym samym du- Kondensatory tantalowe | pojemno[), decydujca jest pojemno[ W tych kondensatorach anoda wykonana jest nie z aluminium, tylko ze spiekanego prosz- zwizana z anod. ku tantalowego. W wyniku spiekania otrzymuje si struktur porowat, przypominajc nie- A teraz pora na praktyczne sprawdzenie co gbk - uzyskuje si w ten sposób w niewielkiej objto[ci bardzo du| powierzchni. Na- przeczytanych wiadomo[ci. Prosz ci jed- stpnie, analogicznie jak przy kondensatorach aluminiowych, metodami elektrochemicznymi nak, nie sprawdzaj jak wybuchaj kondensa- wytwarza si na powierzchni izolacyjn warstewk piciotlenku tantalu (Ta2O5), która podob- tory - wybuchaj z hukiem, dymem i... nazwij- nie jak Al2O3 ma bardzo dobre wBa[ciwo[ci dielektryczne. Wreszcie porowat anod wypeB- my to zapachem. Wiem, bo par razy w |yciu nia si elektrolitem. W popularnych  pereBkach jest to dwutlenek manganu MnO2. Mniej po- odwrotnie wlutowaBem elektrolita w pBytk. pularne s kondensatory z elektrolitem ciekBym, a wBa[ciwie |elowym. W kraju byBy, a mo|e A znam te| paru go[ci, którzy mówi, |e mie- nawet s produkowane, kondensatory |elowe typu ETO przeznaczone do celów profesjonal- li szcz[cie, bo rozerwana obudowa konden- nych. Mimo dobrych parametrów, najlepszych z kondensatorów elektrolitycznych, kondensa- satora nie trafiBa ich w oko, tylko przeleciaBa tory tantalowe z ciekBym elektrolitem nie s popularne. obok ucha. Najcz[ciej spotyka si  tantale suche . Ich schematyczny przekrój pokazano na rysun- Prosz ci jednak, sprawdz prdy upBywu ku. Nale|y pamita, |e struktura jest trój- dBugo nieu|ywanych kondensatorów o ró|- wymiarowa i wszystkie elementy anody nych nominaBach przy pierwszym wBczeniu (tantal) narysowane oddzielnie, w rzeczy- i po kilku minutach pozostawania pod napi- wisto[ci s ze sob elektrycznie poBczo- ciem. Sprawdz te| prdy upBywu dobrze za- ne. formowanych kondensatorów aluminiowych Za spraw dwutlenku manganu, który jest o nominaBach, powiedzmy 10, 100 i 1000µF rodzajem póBprzewodnika, kondensatory przy ró|nych napiciach polaryzujcych. Nie tantalowe maj wBasno[ci biegunowe. Po- przekrocz tylko ich napicia nominalnego. winny wic by spolaryzowane napiciem Bdziesz miaB wyobra|enie jakiego rzdu staBym o okre[lonej biegunowo[ci, jednak mog by prdy upBywu, Pomo|e ci to zrozu- w niektórych katalogach mo|na znalez mie dlaczego trzeba by ostro|nym przy informacj, |e dopuszczalna jest polaryzacja napiciem przeciwnym o warto[ci 5...15% na- stosowaniu aluminiowych  elektrolitów picia nominalnego. w ukBadach czasowych zawierajcych rezys- Piciotlenek tantalu jest bardzo odporny na uszkodzenia, dlatego upBywno[ kondensa- tory o nominaBach rzdu megaomów i dlacze- torów tantalowych jest mniejsza ni| aluminiowych, a prdy upBywu praktycznie nie zmieniaj go w ukBadach wymagajcych du|ej nieza- si nawet po kilkuletnim okresie skBadowania bez napicia. DBugo nieu|ywanych  tantali nie wodno[ci stale powinny one pozostawa pod trzeba wic formowa, zreszt nie ma to sensu, bo bez elektrolitu zawierajcego jony proces napiciem. formowania nie wystpuje. Rzadziej spotykan odmian s kondensatory aluminiowe staBe, w firmowych katalogach Sprawdz te| parametry posiadanych  tan- oznaczane solid aluminium capacitors. Ró|ni si one od popularnych mokrych materiaBem tali . Czy zauwa|yBe[ ró|nice? katody. Elektrod dodatni - anod - nadal jest trawiona folia aluminiowa, a dielektrykiem - tle- Eksperymenty mo|esz przeprowadzi nek glinu (Al2O3). Tym razem katod stanowi dwutlenek manganu (MnO2). Pokazuje to rysu- w ukBadzie z rysunku 3 u|ywajc cyfrowego nek. voltomierza. Prd obliczysz dzielc zmierzo- ne napicie przez rezystancj rezystora. ZdobyBe[ oto sporo wa|nego materiaBu o  elektrolitach . Zanim zajmiesz si czym[ innym zapytaj sam siebie, czy wszystko zro- zumiaBe[. Je[li nie, przeczytaj materiaB jesz- cze raz i postaraj si poukBada pod czaszk dotychczasowe i nowe informacje. Piotr Górecki Poniewa| nie ma tu ciekBego elektrolitu, nie ma te| jonów w roli no[ników prdu. Teoretycz- nie wic kondensatory takie mogByby pracowa przy dowolnej biegunowo[ci napicia staBego. Jednak ze wzgldu na obecno[ choby [ladów wilgoci i zwizane z tym ryzyko wystpienia przewodnictwa jonowego niszczcego dielektryk zaleca si polaryzowanie tych kondensato- rów odpowiednim napiciem staBym. 58 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
EdW 04 96 Kondensatory cz2
edw 03 s56
edw 03 s61
edw 03 s56
edw 03 s12
edw 03 s20
edw 03 s13
edw 03 s20
edw 03 s51
edw 03 s55
edw 03 s54
edw 03 s68
edw 03 s61

więcej podobnych podstron