Что такое электролитический конденсатор?

Что такое электролитический конденсатор?

Электролитический конденсатор — это конденсатор, в котором в качестве диэлектрика используется оксидная пленка алюминия или тантала.

Общими характеристиками электролитического конденсатора являются его высокая емкость и полярность напряжения. Электролитические конденсаторы подразделяются на жидкостные (мокрые) и твердоэлектролитные типы, а именно:

1. Жидкий электролит

• Алюминиевый электролитический конденсатор (мокрый)
• Танталовий электролитический конденсатор (мокрый)

2. Твердый электролит

• Твердый электролитический конденсатор на основе диоксида марганца
• Функциональный полимерный электролитический конденсатор
• Твердотельные электролитические конденсаторы на основе органических полупроводников
• Электрические двухслойные конденсаторы (суперконденсаторы) также иногда включаются в категорию электролитических конденсаторов

Применение электролитических конденсаторов

Электролитические конденсаторы используются в качестве сглаживающих цепей в источниках питания. Они также подходят для использования в качестве развязывающих конденсаторов и резервных конденсаторов.

Танталовые электролитические конденсаторы особенно подходят для развязывающих конденсаторов из-за их высокой емкости и низкого импеданса в широком диапазоне частот.

Принцип действия электролитических конденсаторов

Ниже на примере алюминиевого электролитического конденсатора описывается механизм действия электролитического конденсатора.

Алюминиевые электролитические конденсаторы используют оксидную пленку (Al2O3), образованную на поверхности анодного металла путем электрохимической обработки поверхности в качестве диэлектрика. Поверхность алюминиевой фольги протравливается для образования неровностей на поверхности, эффективно расширяя площадь поверхности и достигая большой емкости.

Электролит заполняется между электродами для удлинения катода, но поскольку электролит постепенно вытекает из корпуса и испаряется в течение длительного периода, снижение емкости со временем неизбежно. Это особенно заметно при высоких температурах, поэтому для продления срока службы изделия необходимо избегать повышения температуры окружающей среды.

Относительная диэлектрическая проницаемость оксида алюминия, образованного на поверхности алюминиевой фольги, составляет 7~10, а его диэлектрическое пробивное напряжение составляет 500 кВ/мм или выше. То есть, алюминиевые электролитические конденсаторы используют емкость обедненного слоя обратной полярности этого диода, но поскольку они используют эту обратную полярность, приложенное напряжение алюминиевых электролитических конденсаторов ограничено одним направлением. Это причина, по которой обратное напряжение использовать нельзя.

Танталовые электролитические конденсаторы используют пентаоксид тантала в качестве диэлектрика и диоксид марганца в качестве электролита. Поскольку электролит твердый, утечки не происходит. Танталовые электролитические конденсаторы имеют преимущество перед алюминиевыми электролитическими конденсаторами с точки зрения ожидаемого срока службы.

Типы электролитических конденсаторов

Все типы электролитических конденсаторов характеризуются высокой емкостью, но существуют приложения, которые используют преимущества характеристик каждого типа.

1. Алюминиевый электролитический конденсатор

Алюминиевые электролитические конденсаторы широко используются в цепях электропитания из-за их большой емкости и простоты производства. Поскольку они не обладают хорошими высокочастотными характеристиками, их используют в сглаживающих цепях после выпрямления коммерческих источников питания. Несмотря на свои компактные размеры, конденсаторы имеют большую емкость и доступны в самых разных типах. Еще одной особенностью этих конденсаторов является их относительно низкая цена.

2. Танталовый электролитический конденсатор

Хотя эти конденсаторы и малы, они имеют разумную емкость, но поскольку тантал является редким металлом и дорог, конденсаторы большой емкости не производятся. Верхний предел составляет около нескольких сотен мкФ. Благодаря своим превосходным высокочастотным и температурным характеристикам он используется в сглаживающих цепях для импульсных источников питания, которые включают и выключают ток на высоких частотах.

Как описано в разделе «Применение электролитических конденсаторов», они также используются в качестве развязывающих конденсаторов для поглощения пиковых шумов в цепях питания.

3. Электрические двухслойные конденсаторы

Из-за их относительно высокого внутреннего сопротивления (от нескольких сотен мОм до сотни Ом) они не могут использоваться для поглощения пульсаций или других целей. Они в основном используются в качестве вторичных батарей для резервного питания. Поскольку емкость очень велика и нет ограничений на количество циклов заряда/разряда, ее используют для резервного копирования схем памяти и т. д.