Электролитические (оксидные) конденсаторы

Электролитический конденсатор представляет собой особый тип конденсатора, в котором в качестве диэлектрика используется тонкий слой оксида вентильного металла, образованного на поверхности этого металла электрохимическим путем. К основным вентильным металлам можно отнести алюминий, тантал, ниобий и титан.

К особенностям оксидного диэлектрика можно отнести следующие:

- Очень малая толщина изоляции, которая зависит от величины напряжения, прикладываемого к металлу в процессе создания оксидного слоя:

, [200]

где – формовочное напряжение, В;

– толщина оксидного слоя, Å;

– коэффициент, зависящий от рода вентильного металла и представляющий собой относительную толщину оксидного слоя, (, , , ).

- Сочетание малых толщин и больших площадей и также относительно больших (порядка 10-100) ведет к созданию больших номинальных емкостей до единиц. Верхняя граница рабочего напряжения для электролитических конденсаторов не превышает 450- 600 В.

- Оксидная пленка может быть получена на поверхности вентильного металла, служащего одной из обкладок (анод), а второй обкладкой является либо электролит, либо полупроводник, либо металл. Электрическая прочность оксидного слоя в несколько раз превышает электрическую прочность других диэлектриков, поэтому можно использовать тонкие слои.

- Но при изменении полярности электрическая прочность резко падает, проводимость растет. Электролитические конденсаторы имеют униполярную проводимость, их эксплуатация возможна при положительном потенциале на аноде. Изменение полярности используют в электролитических выпрямителях, но при этом возникает большой ток и конденсатор выходит из строя.

- Электролитические конденсаторы обладают большими потерями энергии, так как второй обкладкой служит электролит или полупроводник, которые имеют сопротивление больше, чем у металлов. Даже при частоте 50 Гц и температуре для ряда типов электролитических конденсаторов доходит до 0,1-0,2. С повышением частоты он должен возрастать почти линейно.

Электролитический конденсатор можно представить в виде последовательной эквивалентной схемы, составленной из емкости , сопротивления оксидного слоя и сопротивления электролита (рис. 78).

Тангенс угла потерь для такого конденсатора будет равен:

[201]

Наличие большого последовательно включенного сопротивления должно снижать величину эффективной емкости электролитического конденсатора по отношению к фактической емкости оксидного слоя согласно выражениям:

[202]

Поэтому, если в обычных типах конденсаторов с малым сопротивлением обкладок можно заметить снижение емкости с частотой только в верхней области радиочастот, то для электролитических конденсаторов уже в области звуковых частот емкость заметно снижается. При снижении температуры сопротивление электролита начинает резко возрастать; это влечет за собой резкое возрастание и снижение эффективной емкости, согласно выражению [202] (рис. 79). В связи с этим для электролитических конденсаторов критическим является нижний предел рабочей температуры, у них недостаточная стабильность емкости во времени, большой ток утечки, малая постоянная времени – .