Как сделать из полярного конденсатора неполярный и в чем их отличие между собой

В чем отличие полярного и неполярного конденсатора

Основное отличие между этими двумя типами заключается в структуре диэлектрика, точнее, в его границе с обкладкой. Для наглядности предлагаем рассмотреть рисунок 1, где изображен неполярный керамический конденсатор.

Советуем изучить Что собой представляет контактор, его особенности и схемы подключения

Рисунок 1. Устройство керамической емкости в SMD корпусе

Обозначение элементов конструкции:

• А – контактные электроды;
• В – покрытие;
• С – диэлектрик;
• D – внутренние электроды.

Как видно из рисунка, граница между диэлектриком и обкладкой однородная, соответственно, и взаимодействие между ними одинаковое. Поэтому данный тип элементов не требует соблюдения полярности при монтаже.

Что касается электролитических (полярных) емкостей, то в них структура перехода между обкладкой и диэлектриком отличается для каждой из сторон последнего (катода и анода). Причем различия выражаются как в физических свойствах, так и химическом составе. Для примера рассмотрим, как устроены танталовые электролитические емкости.

Устройство танталового конденсатора полярного типа

Обозначения:

• А – метка, маркирующая анодный контакт;
• В – контактная пластина анода;
• С – внутренний анод на основе гранулированного тантала, в качестве диэлектрика выступает оксид этого химического элемента (Та2О5), формирующийся в процессе работы;
• D – электролит из диоксида марганца (MnO2);
• Е – внутренний катод (смесь серебра и графита);
• F – адгезив на основе серебра, соединяющий внутренний катод с контактной пластиной;
• G – контактная пластина катода;
• H – компаундное покрытие.

При монтаже данного типа емкости необходимо соблюдать полярность. В противном случае элемент не будет выполнять свои функции. Поэтому использовать электролитические емкости можно только в цепи постоянного тока (или импульсного). Применение в цепи переменного напряжения также допустимо, если включение электролитов отвечает определенным условиям. Можно ли заменить электролит неполярной емкостью, расскажем ниже.

По внешнему виду

Если маркировка стерлась или неясна, то определение полярности конденсатора иногда возможно путем анализа внешнего вида корпуса. У многих емкостей с расположением выводов на одной стороне и не подвергавшихся монтажу плюсовая ножка длиннее, чем отрицательная. Изделия марки ЭТО, ныне устаревшие, имеют вид 2 цилиндров, поставленных друг на друга: большего диаметра и небольшой высоты, и меньшего диаметра, но существенно более высокий. Контакты расположены по центру торцов цилиндров. Положительный вывод смонтирован в торце цилиндра большего диаметра.

У некоторых мощных электролитов катод выведен на корпус, который соединен пайкой с шасси электрической схемы. Соответственно, положительный вывод изолирован от корпуса и расположен на его верхней части.

Полярность широкого класса зарубежных, а теперь и отечественных электролитических конденсаторов, определяется по светлой полосе, ассоциированной с отрицательным полюсом прибора. Если же ни по маркировке, ни по внешнему виду полярность электролита определить нельзя, то и тогда задача “как узнать полярность конденсатора” решается путем применения универсального тестера – мультиметра.

Обозначение минуса

Принцип маркировки полярности импортных изделий отличается от традиционных стандартов отечественной промышленности и состоит в алгоритме: “чтобы узнать, где плюс, сначала нужно найти, где минус”. Местоположение отрицательного контакта показывают как специальные знаки, так и цвет окраски корпуса.

Например, на черном цилиндрическом корпусе на стороне отрицательного вывода, иногда называемого катодом, нанесена светло-серая полоса по всей высоте цилиндра. На полосе напечатана прерывистая линия, или вытянутые эллипсы, или знак “минус”, а также 1 или 2 угловые скобки, острым углом направленные на катод. Модельный ряд с другими номиналами отличается синим корпусом и бледно-голубой полосой на стороне отрицательного контакта.

Применяют для маркировки и другие цвета, следуя общему принципу: темный корпус и светлая полоса. Такая маркировка никогда полностью не стирается и поэтому всегда можно уверенно определить полярность “электролита”, как для краткости на радиотехническом жаргоне называют электролитические конденсаторы.

Читать также: Требования к стропам канатным

Корпус емкостей SMD, изготовленных в виде металлического алюминиевого цилиндра, остается неокрашенным и имеет естественный серебристый цвет, а сегмент круглого верхнего торца закрашивается интенсивным черным, красным или синим цветом и соответствует позиции отрицательного вывода. После монтажа элемента на поверхность печатной платы частично закрашенный торец корпуса, указывающий полярность, хорошо просматривается на схеме, поскольку по сравнению с плоскими элементами имеет большую высоту.

На поверхность платы наносится соответствующее маркировке обозначение полярности цилиндрического SMD-прибора: это окружность с заштрихованным белыми линиями сегментом, где располагается отрицательный контакт. Однако следует учесть, что некоторые фирмы-производители предпочитают белым цветом отмечать положительный контакт прибора.

Полярные и неполярные конденсаторы – в чем отличие

Всевозможные типы конденсаторов, используемые сегодня практически всюду в электронике и электротехнике, в качестве диэлектрика содержат различные вещества

Однако, что касается конкретно электролитических конденсаторов, в частности также танталовых и полимерных, то для них при включении в схему важно строгое соблюдение полярности. Если такой конденсатор включить в цепь неправильно, то он не сможет нормально работать

Данные конденсаторы называются поэтому полярными. В чем же заключается принципиальное отличие полярного конденсатора от неполярного, почему одним конденсаторам все равно как быть включенными в схему, а другим принципиально важно соблюдение полярности?

Будет интересно Чем отличаются параллельное и последовательное соединение конденсаторов

В этом и попробуем сейчас разобраться. Дело здесь в том, что процесс изготовления электролитических конденсаторов сильно отличается от, скажем, керамических или полипропиленовых. Если у последних двух как обкладки, так и диэлектрик однородны по отношению друг к другу, то есть нет различия в структуре на границе обкладка-диэлектрик с обеих сторон диэлектрика, то электролитические конденсаторы (цилиндрические алюминиевые, танталовые, полимерные) имеют различие в структуре перехода диэлектрик-обкладка с двух сторон диэлектрика: анод и катод отличаются по химическому составу и физическим свойствам.

Когда изготавливают электролитический алюминиевый конденсатор, то не просто скручивают в рулон две одинаковые обкладки из фольги, проложенные пропитанной электролитом бумагой. Со стороны анодной обкладки (на которую подается +) присутствует слой оксида алюминия, нанесенный на травленую поверхность фольги особым способом. Анод призван отдавать электроны через внешнюю цепь катоду в процессе заряда конденсатора. Отрицательная обкладка (катод) – просто алюминиевая фольга, на нее в процессе заряда приходят электроны по внешней цепи. Электролит здесь служит проводником ионов.

Полярные и неполярные конденсаторы.

Так же обстоит дело и с танталовыми конденсаторами, где в качестве анода служит порошок тантала, на котором формируется пленка пентаоксида тантала (анод связан с оксидом!), несущего функцию диэлектрика, затем идет слой полупроводника — диоксида марганца в качестве электролита, затем серебряный катод, с которого будут уходить электроны в процессе разряда.

Полимерные электролитические конденсаторы в качестве катода используют легкий проводящий полимер, а в остальном все процессы аналогичны. Суть — окислительная и восстановительная реакции, как в аккумуляторной батарее. Анод окисляется во время электрохимической реакции разрядки, а катод восстанавливается.

Когда электролитический конденсатор заряжен, то имеет место избыток электронов на его катоде, на минусовой обкладке, сообщающий как раз отрицательный заряд этой клемме, а на аноде — недостаток электронов, дающий положительный заряд, таким образом получаем разность потенциалов. Если заряженный электролитический конденсатор замкнуть на внешнюю цепь, то избыточные электроны побегут от отрицательно заряженного катода к положительно заряженному аноду, и заряд будет нейтрализован. В электролите положительные ионы движутся в этот момент от катода к аноду.

Если включить такой полярный конденсатор в цепь неправильно, то описанные реакции не смогут нормально протекать, и конденсатор не будет нормально работать. Неполярные же конденсаторы могут работать в любом включении, поскольку в них нет ни анода, ни катода, ни электролита, и их обкладки взаимодействуют с диэлектриком одинаково, ровно как и с источником.

Полярность конденсатора.

А что если под рукой есть только полярные электролитические конденсаторы, а нужно осуществить включение конденсатора в цепь тока с меняющейся полярностью? Для этого существует одна хитрость. Нужно взять два одинаковых полярных электролитических конденсатора, и соединить их между собой последовательно одноименными клеммами. Получится один неполярный конденсатор из двух полярных, емкость которого будет в 2 раза меньше каждого из двух его составляющих.

Будет интересно Что такое ионистор?

На этой основе, кстати, изготавливают неполярные электролитические конденсаторы, в которых слой оксида присутствует на обеих обкладках. По этой причине неполярные электролитические конденсаторы имеют значительно больший размер, чем полярные аналогичной емкости. Основываясь на данном принципе, изготавливают также электролитические пусковые неполярные конденсаторы, рассчитанные на работу в цепях переменного тока частотой 50-60 Гц.

Полярный и неполярный конденсатор

Маркировка

Обозначение емкости на таких изделиях состоит из трех цифр. Последняя из них показывает число нулей, другие две – значение параметра в пикофарадах. Например, если на устройстве имеются цифры 123, емкость можно посчитать так: 12 пФ и 3 нуля – 12 000 пФ, то есть 0,012 мкФ. Маркировка малоемких элементов (меньше 10 пФ) отличается использованием латинской литеры R в качестве символа, разделяющего целую и дробную части числа.

Неполярные керамические изделия для smd-монтажа маркировкой не снабжаются вовсе. Емкость таких компонентов может находиться в диапазоне от 1 пФ до 10 мкФ. Танталовые и алюминиевые элементы имеют цифровую или цифробуквенную кодировку. Они различаются формой корпуса: у первых она прямоугольная, у вторых – цилиндрическая.

Будучи менее требовательными к условиям подключения, чем поляризованные изделия, неполярные элементы широко используются при монтаже электросхем. Они способны правильно работать в любом месте электроцепи и давать нужное значение емкости.

Рекомендации по проверке конденсаторов

Есть у конденсаторных деталей одно неприятное свойство — при пайке после воздействия тепла они восстанавливаются очень редко. В то же время качественно проверить элемент можно только выпаяв его со схемы. Иначе его будут шунтировать элементы, находящиеся рядом. По этой причине следует учитывать некоторые нюансы.

После того как проверенный конденсатор будет впаян в схему, нужно ввести в работу ремонтируемое устройство. Это даст возможность проследить за его работой. Если его работоспособность восстановилась или оно стало функционировать лучше, проверенный элемент меняют на новый.

Комбинированный прибор мультиметр, особенно оснащенный режимом проверки емкости, дает возможность точно, быстро, а главное достоверно проверить конденсаторные детали

Чтобы сократить проверку, выпаивают не два, а только один из выводов конденсатора. Необходимо знать, что для большинства электролитических элементов этот вариант не подходит, что связано с конструктивными особенностями корпуса.

Если схема отличается сложностью и включает большое число конденсаторов, неисправность определяют посредством измерения напряжения на них. Если параметр не соответствует требованиям, элемент, вызывающий подозрения, необходимо изъять и выполнить проверку.

При обнаружении сбоев в схеме нужно проверить дату выпуска конденсатора. Усыхание элемента в течение 5 лет работы в среднем составляет около 65%. Такую деталь, даже если она в рабочем состоянии, лучше заменить. В противном случае она будет искажать работу схемы.

Для мультиметров нового поколения максимумом для измерения является емкость до 200 мкФ. При превышении этого значения контрольный прибор может выйти со строя, хотя он и оснащен предохранителем. В аппаратуре последнего поколения присутствуют smd электроконденсаторы. Они отличаются очень маленькими размерами.

Среди конденсаторов в корпусах smd самой популярной является серия FK. Они обладают емкостью 1500 мФ максимум, предельным рабочим напряжением 100 В. Имеют автомобильный сертификат AEC-Q200

Отпаять один из выводов такого элемента очень сложно. Здесь лучше приподнять один вывод после отпаивания, изолировав его от остальной схемы, или отсоединить оба вывода.

О том, как мультиметром проверять напряжение в розетке, узнаете из следующей статьи, прочитать которую мы очень советуем.

С помощью мультиметра

Перед проведением экспериментов важно собрать схему так, чтобы испытательное напряжение источника постоянного тока (ИП) не превышало 70-75% от номинала, указанного на корпусе накопителя или в справочнике. Например, если электролит рассчитан на 16 В, то ИП должен выдавать не более 12 В

Если номинал электролита неизвестен, начинать эксперимент следует с малых значений в диапазоне 5-6 В, и затем постепенно повышать напряжение на выходе ИП.

Конденсатор должен быть полностью разряжен – для этого нужно соединить его ножки или выводы накоротко на несколько секунд металлической отверткой или пинцетом. Можно подключить к ним лампу накаливания от карманного фонарика, пока она не потухнет или резистор. Затем следует внимательно осмотреть изделие – на нем не должно быть повреждений и вздутий корпуса, особенно защитного клапана.

Потребуются следующие устройства и компоненты:

• ИП – батарея, аккумулятор, блок питания компьютера или специализированное устройство с регулируемым выходным напряжением;
• мультиметр;
• резистор;
• монтажные принадлежности: паяльник с припоем и канифолью, бокорезы, пинцет, отвертка;
• маркер для нанесения знаков полярности на корпус проверяемого электролита.

Затем следует собрать электрическую схему:

• параллельно резистору с помощью “крокодилов” (т.е. щупов с зажимами) присоединить мультиметр, настроенный на измерение постоянного тока;
• плюсовую клемму ИП соединить с выводом резистора;
• другой вывод резистора соединить с контактом емкости, а ее 2 контакт присоединить к минусовой клемме ИП.

Если полярность подключения электролита правильная, мультиметр ток не зафиксирует. Т.о., контакт, соединенный с резистором, будет плюсовым. В противном случае мультиметр покажет наличие тока. В этом случае с минусовой клеммой ИП был соединен плюсовой контакт электролита.

Другой способ проверки отличается тем, что мультиметр, параллельно подключенный к сопротивлению, переводится в режим измерения постоянного напряжения. В этом случае при правильном подключении емкости прибор покажет напряжение, величина которого затем будет стремиться к нулю. При неправильном подключении напряжение сначала будет падать, но потом зафиксируется на ненулевой величине.

Согласно 3 способу прибор, измеряющий постоянное напряжение, присоединяется параллельно не сопротивлению, а проверяемой емкости. При правильном подключении полюсов емкости напряжение на ней достигнет величины, выставленной на ИП. Если же минус ИП будет соединен с плюсом емкости, т.е. неправильно, напряжение на конденсаторе поднимется до значения, равного половине величины, выдаваемой ИП. Например, если на клеммах ИП 12 В, то на емкости будет 6 В.

После окончания проверок емкость следует разрядить так же, как и в начале эксперимента.

Этот неотъемлемый элемент практически всех эл/цепей выпускается в нескольких модификациях. Необходимость определения полярности конденсатора относится к конденсаторам электролитическим, которые являются, в силу конструктивных особенностей, чем-то средним между полупроводником и пассивным элементом схемы. Разберемся, как это можно сделать.

определение мощности по цветовой маркировке

Как и резисторы, конденсаторы являются обязательными элементами любой электронной схемы. Если они миниатюрные, то встречаются сложности в обозначении параметров непосредственно на корпусе. Для этого существуют кодовые обозначения.

Внешний вид танталовых конденсаторов

Конденсаторы из тантала

Танталовые конденсаторы представляют собой полюсные элементы, использующие анодный электрод из тантала с тонким изолирующим слоем оксида в качестве диэлектрика. Они обладают твердым или жидким электролитом, образующим катод. Такие детали обеспечивают большую емкость на малый объем в сочетании с незначительным весом. В последнее время оксид марганца в них заменяют на полимерный материал, что позволило сделать их безопасными и использовать в схемах с большими токами.

Учитывая сохраняющуюся тенденцию миниатюризации в электронике, поставщики танталовых конденсаторных элементов ставят все большие емкости в уменьшающиеся корпуса. Компания KEMET уже выпускает компоненты размерами 1х1,8х0,8 мм.

Танталовые элементы широко применяются в мобильных устройствах, автомобильной электронике. Они используются в цепях удержания облачных устройств, чтобы предотвратить потерю данных даже в случае сбоя питания. Полимерные детали особенно подходят для этих целей, благодаря длительному сроку службы и высокой плотности энергии.

Маркировка танталовых элементов

Существует несколько разработанных вариантов кодов конденсаторов из тантала. Старые детали шифровали с помощью цветов. В последнее время наносят численно-буквенные коды.

Цветовая маркировка конденсаторов из тантала

Цветной код состоит из трех полос и точки:

• верхние две полосы – значение емкости;
• точка, или цветное пятно – это коэффициент, на который умножается закодированное в двух полосах значение;
• третья полоса – рабочее напряжение.

Важно! Плюсовой вывод определяется положением цветного пятна. Если повернуть к себе поверхность корпуса с точкой, то положительным полюсом считается левый контакт

Маркировка из цифр и букв танталовых конденсаторов может быть нескольких видов:

1. Двузначный код. Идентификатор состоит из буквы, за которой следует число. Заглавные буквы соответствуют значению емкости стандартной серии Е24 с допуском ±5%. Если код начинается с маленькой буквы, то это специальная величина в другой градации. Результирующее значение емкости состоит в том, чтобы умножить пикофарады при декодировании на экспоненту 10 в степени n. Примеры: S4 = 4,7 пФ х 10000 = 47 нФ, а5 = 2,5 пФ х 100000 = 250 нФ, W9 = 6,8 пФ х 0,1 = 0,68 пФ;
2. Трехзначный код. Емкости берутся из той же стандартной серии Е24 при допуске ±5%. Первые две цифры умножаются на 10 в степени третьего числа. Если третье число 8 или 9, это соответствует множителю 0,01 и 0,1. Примеры: 479 = 47пФ х 0,1 = 4,7 пФ, 564 = 56 пФ х 10000 = 560 нФ, 105 = 10пФ х1 00000 = 1 мкФ;

Расшифровка буквенных обозначений емкости

1. Короткий трехзначный код из маленькой буквы и цифр читается в зависимости от буквы, которая обозначает емкостную единицу. По ее положению можно судить о десятичном знаке. Примеры: p22 = 0,22 pF, 56p = 56 pF, 4n7 = 4,7 nF, μ1 (0)= 0,1 мкФ = 100 нФ.

Маркировка для танталовых SMD конденсаторов

На конденсаторах значительных габаритов величины емкости и напряжения не кодируются. В основном шифрование алфавитно-цифровыми символами состоит из двух чисел и буквы

Важно обозначить различие между танталовыми и алюминиевыми электролитическими конденсаторами. Для танталовых конденсаторов SMD базовое значение емкости – в пФ, а положительный вывод маркируется широкой полосой

Для алюминиевых элементов базовая емкость – микрофарады, а отрицательный полюс снабжен черной полосой.

Танталовые SMD конденсаторы

Четырехзначный код, которым обозначается маркировка танталовых SMD конденсаторов, расшифровывается так:

• первые два числа – емкость в пФ;
• третье – множащий коэффициент;
• буква, находящаяся в конце или в начале, сообщает значение напряжения.

Коды напряжения для SMD тантала:

• e – 2,5B;
• G – 4B;
• J – 6,3B;
• A – 10B;
• C – 16B;
• D – 20B;
• E – 25B;
• V – 35B;
• H – 50B.

Танталовые SMD конденсаторы применяются в схемах, где требуется обеспечить большие емкости, имея детали компактных размеров. Развитие систем кодовых обозначений позволяет маркировать элементы сколь угодно малые, гарантируя быструю идентификацию.

Как определить номинал и напряжение

Очень многие производители не указывают на своих изделиях такие основные для любого конденсатора характеристики, как рабочее напряжение и номинал (номинальная емкость).

Определение номинала данных электронных компонентов производится следующими способами:

С помощью такого имеющего функцию измерения номинала контрольно-измерительного прибора, как мультиметр. Для измерения значения номинала контрольные щупы прибора подключают к специальным разъемам. Затем переключатель устанавливается на самый большой по значению предел измерения (в большинстве мультиметров это 200 мкФ). После этого щупы прикладывают к контактам конденсатора, спустя несколько секунд на дисплее прибора получают значение номинала накопительного устройства.

Важно! Перед измерением емкости смд накопитель обязательно разряжают – оставшийся в обкладках заряд может повредить электронные схемы мультиметра. С помощью специализированного измерительного прибора RLC

С помощью специализированного измерительного прибора RLC.

Для того чтобы узнать рабочее напряжение накопительного SMD устройства, пользуются следующей простой методикой:

• При помощи мультиметра измеряют напряжение между выводами включенного в схему компонента;
• Полученное значение умножают на 1,5.

Рассчитанное таким способом рабочее напряжение будет примерным, более точное значение данной характеристики можно узнать из маркировочного кода конденсатора или его описания.

Обозначение плюса конденсатора

На отечественных советских изделиях обозначался только положительный контакт — знаком «+». Этот знак наносился на корпус рядом с положительным выводом. Иногда в литературе плюсовой вывод электролитических конденсаторов называют анодом, поскольку они не только пассивно накапливают заряд, но и применяются для фильтрации переменного тока, т.е. обладают свойствами активного полупроводникового прибора. В ряде случаев знак «+» ставят и на печатной плате, вблизи от положительного вывода размещенного на ней накопителя.

На изделиях серии К50-16 маркировку полярности наносят на дно, выполненное из пластмассы. У других моделей серии К50, например К50-6, знак «плюс» нанесен краской на нижнюю часть алюминиевого корпуса, рядом с положительным выводом. Иногда по низу также маркируются изделия импортные, произведенные в странах бывшего социалистического лагеря. Современная отечественная продукция отвечает общемировым стандартам.

Маркировка конденсаторов типа SMD (Surface Mounted Device), предназначенных для поверхностного монтажа (SMT — Surface Mount Technology), отличается от обыкновенной. Плоские модели имеют черный или коричневый корпус в виде маленькой прямоугольной пластины, часть которой у положительного вывода закрашена серебристой полосой с нанесенным на нее знаком «плюс».