Небольшой звуковой ликбез по конденсаторам

Принцип работы конденсатора

После подключения конденсатора к источнику постоянного тока на обкладках начинает накапливаться энергия. После накопления полного заряда, благодаря диэлектрическому слою, прохождение электрического тока прерывается.

При отключении питания напряжение остается в конденсаторе и на клеммах. Поскольку такой элемент имеет разную полярность, он может накапливать как положительную, так и отрицательную энергию.

На практике видно, что работа конденсатора предусматривает различные утечки с потерями, несмотря на назначение.

Маркировка

Есть три основных параметра, характеризующих конденсатор: показатель номинальной емкости, допуск и номинальное напряжение. В большинстве случаев используются два метода маркировки – буквенно-цифровой и числовой.

В первом случае буква обозначает значение емкости (мк, нФ, пФ) и играет роль десятичной точки. Например, если неполярный конденсатор имеет маркировку 1 мкФ, то это деталь емкостью 1 мкФ, а надпись 3 мк3 — 3,3 мкФ.

Для обозначения допуска может быть использована буквенная кодировка, ее расшифровка показана на рисунке 8.

Рисунок 8. Расшифровка буквенной маркировки допуска

Рабочее напряжение емкости также может обозначаться буквенным кодом, его расшифровка приведена ниже.

Таблица: расшифровка буквенной маркировки допустимого напряжения

Небольшие контейнеры, например в исполнении SMD, обычно маркируются трехзначным цифровым кодом.

Трехзначный числовой код параметра производительности

Чтобы не запоминать все значения в таблице, воспользуйтесь следующим правилом расшифровки: значения даны в пикофарадах, первое и второе значение — мантисса, третье — степень с основанием 10. Например, надпись 331 будет означать 330 пФ (33*10).

Предназначение конденсатора

Электролитические конденсаторы широко используются в качестве фильтров в источниках питания. Также их можно использовать, если сгорел пусковой конденсатор. Емкость конденсатора зависит от нагрузки. Конденсаторы также используются в фильтрах нижних и верхних частот. Они позволяют разделять частоты без использования активных элементов.

Пленочные конденсаторы устанавливаются последовательно с использованием источника питания. Их часто можно увидеть в блоках питания для небольших устройств, таких как радиоприемники. С помощью конденсаторов можно снизить нагрузку на устройство и предотвратить его перегрев.

Что нужно знать про рабочую температуру конденсаторов

Ну и буквально пару слов о рабочей температуре электролитических конденсаторов. Если вы собираетесь менять электролитические конденсаторы, помимо напряжения и емкости обязательно следует учитывать их максимальную рабочую температуру. В противном случае электролитический конденсатор долго не протянет.

Относительно этого важного момента следует знать, что рабочая температура электролитического конденсатора должна быть такой же или выше, чем у заменяемого конденсатора. Также важно учитывать такой параметр конденсатора, как ESR — это соответствующее последовательное сопротивление.

СОЭ указано в паспорте продукта и должно быть правильным значением. Учитывая все вышеперечисленные советы, вы легко сможете поменять электролитические конденсаторы на плате, какие бы они ни были, полярные или неполярные.

Делаем неполярный конденсатор из полярного

Причин нештатного использования электролитов может быть несколько, начиная от отсутствия неполярных конденсаторов и заканчивая необходимостью сборки схемы, обеспечивающей подключение трехфазного электродвигателя к однофазной сети.

Вы можете решить проблему, завинтив два электролита в противоположном направлении, как показано на рисунке ниже. Оба элемента должны соответствовать как емкости, так и номинальному напряжению.

Пример подключения двух электролитов для работы в цепи переменного тока

Следует учитывать, что суммарная емкость такого соединения «С» будет составлять половину указанного значения элементов «С1» и «С2». То есть при наличии двух электролитов по 10 мкФ мы получим неполярный электролитический конденсатор на 5 мкФ (с учетом допустимой погрешности в 4 мкФ — 4,7 мкФ). Что касается напряжения, то необходимо учитывать амплитуду переменного тока, то есть для цепи на 220 вольт следует выбирать элементы с номинальным напряжением не менее 400 вольт.

Схема выше не идеальна, ее можно немного модернизировать, зашунтировав емкости диодами как показано на рисунке ниже, это обеспечит защиту от пробоя.

Добавление шунтирующих диодов

Вышеописанный принцип можно использовать для замены вышедшего из строя пускового конденсатора электродвигателя. Делать такую ​​замену звука мы не рекомендуем, так как электролиты, как и керамические емкости, в силу своих свойств стараются не использовать в аудиоаппаратуре.

Где плюс, а где минус у электролитического конденсатора

Помимо вышеперечисленных параметров важным свойством электролитических конденсаторов является полярность. Электролитические полярные конденсаторы ни в коем случае нельзя паять. Если перепутать плюс и минус местами, конденсатор сломается.

Чтобы свести к минимуму ущерб от этого неприятного процесса, на крышке сверху электролитического конденсатора крест-накрест имеются насечки. Именно они «вскрывают» корпус конденсатора при взрыве. Если бы не эти насечки на крышке, конденсатор расползался бы всей крышкой в ​​стороны, причиняя максимальный вред окружающим.

Поэтому, прежде чем паять и паять электролитический конденсатор, смотрим на корпус и плату. На корпусе должны быть знаки в виде плюса или светлой линии. Светлая полоска на корпусе конденсатора указывает на минус. Кроме того, отрицательная ветвь конденсатора короче положительной. Это надо запомнить на всю оставшуюся жизнь.

Можно ли менять напряжение и емкость конденсатора

Вот мы и выяснили плюс и минус полярного конденсатора, осталось понять можно ли менять рабочее напряжение и емкость конденсатора. Идеальный вариант тот, где вы меняете конденсатор на точно такой же, какой был впаян.

То есть показатели напряжения и емкости конденсатора сохраняются.

Но что делать, если подобного конденсатора нет в наличии? Оказывается есть выход. Можно использовать конденсаторы подходящего напряжения и емкости.

Например, нам нужно поменять конденсатор на 25 вольт, а такого напряжения как должно быть нет. Тогда для замены можно использовать конденсаторы на 35, 50 или 63 Вольта, но ни в коем случае нельзя ставить их на 16 Вольт. Поэтому первое правило, которое нужно помнить, это то, что напряжение устанавливаемого конденсатора не должно быть меньше, чем у меняемого конденсатора.

Что касается емкости конденсатора, то чем она больше, тем лучше. В этом случае пульсаций будет меньше. Поэтому, как и в случае с напряжением, допускается установка конденсаторов большей емкости, чем были раньше.

Читайте также: Термометр сопротивления: принцип работы платинового прибора, схемы подключения приборов Pt100 и ТС с НШ

Это правило особенно относится к радиоаппаратуре, так как улучшаются звуковые характеристики.

Как проверить неполярный конденсатор мультиметром

Эксплуатация радиоэлектроники предполагает также устранение неисправностей в аппаратуре. Поэтому, рассматривая неполярные емкости, нельзя обойти тему диагностики их работоспособности.

Как показывает практика, пробой в большинстве случаев является причиной выхода из строя емкости, что приводит к уменьшению сопротивления утечки. То есть элемент практически становится лидером. Такую неисправность часто можно определить по внешнему виду емкости (см рис. 5), если это не поможет, потребуется простой цифровой или аналоговый мультиметр.

Рис. 5. «Сгоревший» (пробитый) контейнер

С помощью прибора необходимо измерить сопротивление утечки, в рабочих элементах оно должно быть бесконечно большим. Проверка осуществляется следующим образом:

• необходимо полностью разобрать деталь, либо отпаять один из выводов, чтобы исключить влияние других элементов схемы на показания мультиметра;
• установить на приборе режим звонка или режим измерения сопротивления (выбрать максимальный предел);
• подключаем щупы к выходным контактам (рисунок 6), при этом стараясь их не задеть, иначе прибор покажет кожное сопротивление;

Рисунок 6. Подсоедините контейнер к измерительному устройству
Производим измерение, если емкость исправна, на экране появится прибор (рисунок 7), что свидетельствует о бесконечно большом сопротивлении между обкладками.

Рисунок 7. Устройство в режиме непрерывности показывает бесконечно большое сопротивление

К сожалению, этим методом можно проверить только емкость на пробой; этот метод не подходит для определения внутреннего перелома. В этом случае вы можете отличить сломанную деталь от годной к употреблению, измерив емкость; некоторые модели мультиметров имеют эту функцию. Принцип проверки практически такой же, как и при проверке на пробой, за исключением того, что прибор необходимо перевести в режим измерения емкости.

Как провести замену конденсатора

Если конденсатор вышел из строя, нужно найти ему замену. Для этого нужно отсоединить неработающий элемент и поставить на его место новый.

Но довольно часто такая простая процедура усложняется тем, что найти конденсатор, полностью соответствующий оригиналу, довольно сложно. Однако в таких ситуациях его можно заменить другим при соблюдении нескольких условий.

1. Во-первых, нужно учитывать напряжение. Если нет элемента с подходящим номиналом, лучше купить конденсатор с более высоким напряжением. Например, если в оригинале указано 30 В, требуется аналог с напряжением 40, 50, 65, 100 В. Должна быть прибавка. Аналоги с меньшим напряжением не подходят, так как не выдержат нагрузки и взорвутся. Для достижения необходимого напряжения можно последовательно соединить несколько конденсаторов.
2. Еще одна вещь, которую следует учитывать, — это емкость. Часто, если это электролитические конденсаторы, можно использовать альтернативы большей емкости, чем оригинал. Если не удалось найти конденсаторы нужного или большего номинала, можно поставить параллельно несколько элементов меньшей емкости и получить нужный номинал.

Заменить и найти аналог вышедшего из строя конденсатора достаточно просто. Для этого нужно знать функции каждого типа конденсатора, его назначение.

При выборе аналога необходимо учитывать максимальное напряжение и уровень емкости. Неправильно подобранный аналог не даст нужного результата и будет бесполезен.

В чем отличие полярного и неполярного конденсатора

Основное различие между этими двумя типами заключается в строении диэлектрика, точнее в его границе с лайнером. Для наглядности предлагаем рассмотреть рисунок 1, на котором изображен неполярный керамический конденсатор.

Рисунок 1. Устройство керамического бака в SMD корпусе

Обозначение элементов конструкции:

• А — контактные электроды;
• Б — покрытие;
• С — диэлектрик;
• D — внутренние электроды.

Как видно из рисунка, граница между диэлектриком и пластиной однородная, и взаимодействие между ними одинаковое. Поэтому этот тип элемента не требует соблюдения полярности при установке.

В случае электролитических (полярных) емкостей структура перехода между пластиной и диэлектриком различна для каждой из сторон последнего (катода и анода). Причем различия выражаются как в физических свойствах, так и в химическом составе. Рассмотрим, например, как устроены танталовые электролитические емкости.

Танталовый конденсатор полярного типа

Обозначения:

• А — метка, маркирующая анодный контакт;
• Б — контактная пластина к аноду;
• В — внутренний анод на основе гранулированного тантала, в качестве диэлектрика выступает оксид этого химического элемента (Ta2O5), образующийся в процессе эксплуатации;
• D – электролит из диоксида марганца (MnO2);
• Е — внутренний катод (смесь серебра и графита);
• F — клей на основе серебра, соединяющий внутренний катод с контактной пластиной;
• G — контактная пластина катода;
• Н — композитное покрытие.

При установке данного типа контейнера необходимо соблюдать полярность. В противном случае элемент не будет выполнять свои функции. Поэтому электролитические емкости можно использовать только в цепи постоянного (или пульсирующего) тока. Применение цепи переменного напряжения допускается также при соблюдении определенных условий включения электролитов. Можно ли заменить электролит на неполярную емкость, мы расскажем ниже.

Замена неполярных конденсаторов полярными — что нужно знать?

На самом деле, если под рукой нет неполярного конденсатора, а есть только полярные, заменить их можно по следующей схеме:

• Сначала нужно точно определить, где на плате плюс, а где минус, а затем припаять полярный конденсатор, соблюдая полярность;
• Используйте схему с двумя полярными конденсаторами вместо неполярного конденсатора.

Второй способ является наиболее предпочтительным, ведь именно он позволяет новичку не слишком углубляться в изучение схемы питания. Достаточно соединить два полярных конденсатора вместе, чтобы получить неполярный конденсатор.

Два полярных конденсатора соединены плюсами, а минусы входят в цепь. В результате получается один неполярный конденсатор.

Например, нам нужно заменить неполярный конденсатор на 5 мкФ, а его нет в наличии. Затем берем два полярных конденсатора по 10 мкФ, соединяем их плюсами и впаиваем в плату минусами. При этом соблюдать полярность не обязательно, потому что из двух полярных конденсаторов у нас получился неполярный.

Особенности полярных изделий

Основное отличие рассматриваемых модификаций конденсаторных изделий заключается в технологии изготовления перехода, образованного на границе раздела двух контактов. Неполярные электролиты не имеют существенных различий в характере среды, расположенной по обе стороны от границы раздела пластины и диэлектрика. В полярных конденсаторах эти среды существенно различаются по своим физико-химическим свойствам и образуют своеобразный переход с двумя полюсами (плюсом и минусом).

Полярные конденсаторы имеют специфические отличия от своих неполярных аналогов, прежде всего по конструкции и технологии сборки при серийном производстве. Они могут быть основаны на следующих известных токопроводящих материалах:

• Алюминиевая фольга (фольга);
• Танталовый порошок;
• Современные полимеры.

Рассмотрим каждый из этих видов более подробно.

Алюминиевые электролиты

Для производства ЭК на основе алюминия используют две пластины фольгированной пленки, между которыми помещают бумажный слой, пропитанный электролитом. Со стороны одной из пластин, называемой анодной (к ней подводится плюсовой ток), находится слой оксида или оксида алюминия, нанесенный особым образом на предварительно протравленную поверхность пленки.

Примечание! Анод обеспечивает эмиссию во внешнюю электрическую цепь электронов, которые в процессе зарядки электролита движутся по ней к катоду.

Схема для полярных ЭК

Отрицательный полюс или катод изготовлен из «чистой» алюминиевой фольги, на поверхности которой в процессе зарядки накапливаются электроны от внешней электрической цепи. Бумажная прокладка или электролит в этом случае выполняют функцию среды, проводящей ионы и восстанавливающей электрический баланс в системе.

Электролиты на основе тантала

Аналогично устроены танталовые конденсаторы, где в качестве материала анода используется порошок, на основе которого формируется специальная оксидная пленка. Последний выполняет функцию диэлектрика, за ним следует полупроводниковый слой диоксида марганца (он играет роль электролита). С другой стороны к ней примыкает посеребренный катод, являющийся приемником электронов, попадающих на эту пластину в процессе разряда.

Изделия из полимеров

В конденсаторах этого типа в качестве катода используется проводящий полимерный материал, но остальные процессы, протекающие в них, аналогичны описанным выше. Суть явлений, происходящих в них, составляют окислительно-восстановительные реакции, подобные тем, что происходят в аккумуляторах.

Дополнительная информация. В результате этих реакций анод при разряде окисляется, а катод, наоборот, восстанавливается.

В заряженном ЭК на его отрицательной пластине имеется избыток электронов, что придает соответствующий заряд этому контакту. На аноде, наоборот, их не хватает, что делает его положительным полюсом. В результате между обкладками полярного конденсатора образуется разность потенциалов, необходимая для нормальной работы рабочей схемы.

Основные свойства конденсатора

Конденсатор может работать как:

• индукционная катушка;
• зарядный аккумулятор;
• батарея получила заряд;
• зарядка для электродвигателя;
• компенсатор.

Вариантов использования этого элемента множество, все зависит от его функций.

Как соединить два конденсатора вместе и можно ли это делать

Однако бывает и так, что нет большего напряжения и емкости, чем необходимо для замены конденсаторов. В этом случае можно использовать два «маленьких» конденсатора вместо одного большого, соединив их последовательно или параллельно. Ниже на картинке вы увидите, как правильно соединить два конденсатора. Делать это нужно только после проверки конденсаторов мультиметром .

Для этого минусовую клемму одного конденсатора соединяем с плюсовой клеммой другого, а две свободные клеммы припаиваем к плате. Однако стоит помнить, что при последовательном соединении конденсаторов их напряжение увеличивается, а емкость уменьшается.

Это важно учитывать при выборе сменных конденсаторов. Допускается также параллельное соединение конденсаторов. То есть плюс подключается к плюсу, а минус к минусу. Однако конденсатор в данном случае комбинированный.

Особенности конструкции и включения НЭК

Конструкция

Конденсатор

В типовых изделиях типа «НЭК» также имеется разделение двух сред между вкладышем и диэлектриком. Но только в этом случае постоянного смещения носителей электронов на своих обкладках не наблюдается. Это достигается за счет того, что в процессе изготовления алюминиевая прокладка, аналогичная той, что используется в полярном конденсаторе, окисляется с обеих сторон диэлектрика.

Дизайн НЭК

В результате такой продукт является аналогом двух противоположно полярных электролитов, которые в сумме не имеют заряда на пластинах. Именно поэтому при их включении во внешнюю цепь нет необходимости привязываться к определенным потенциалам цепи. Благодаря этому они могут работать на любом участке электрической цепи, обеспечивая при этом необходимые значения электролитической емкости.

Важно! В этом суть использования неполярных электролитов, востребованных в фильтрационных или газораспределительных цепях с высокими показателями емкости.

В то же время, как и выполнение последнего условия, нет необходимости привязывать эти элементы к определенным напряжениям в определенной цепи цепи.

Такие особенности в их собственной конструкции, как наличие оксидной пленки на обеих пластинах, приводят к усложнению состава всего изделия и увеличению его размеров. По этому принципу изготавливаются и другие модели NEC, основное назначение которых – работа в цепях 220 Вольт со стандартными частотами 50-60 Герц.