Неполярный конденсатор

Среди большого разнообразия известных типов конденсаторов особую группу составляют электролитические изделия, которые способны работать только при условии соблюдения полярности их включения. Но существует и особый вид конденсаторных элементов, в которых данный фактор не имеет преимущественного значения. Это неполярный конденсатор, или НЭК (смотрите рисунок ниже).

Неполярные электролитические конденсаторы

Рассмотрим, в чём состоит конструктивное отличие неполярных электролитических конденсаторов (ЭК) от своих полярных аналогов, а также каким образом каждое из этих изделий включается в электрическую схему.

Особенности полярных изделий

Основное различие рассматриваемых модификаций конденсаторных изделий состоит в технологии изготовления перехода, образуемого на границе раздела двух контактов. У неполярных электролитов нет существенных отличий в характере сред, располагающихся по обеим сторонам раздела обкладки и диэлектрика. В полярных конденсаторах эти среды существенно различаются по своим физическим и химическим свойствам и образуют своеобразный переход с двумя полюсами (плюс и минус).

Полярные конденсаторы имеют специфические отличия от неполярных аналогов, прежде всего, в части своей конструкции и методики сборки при их массовом производстве. В их основу могут закладываться следующие хорошо известные проводящие материалы:

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

Рассмотрим каждый из указанных типов более подробно.

Алюминиевые электролиты

Для изготовления ЭК на основе алюминия используются две обкладки из фольгированной плёнки, между которыми размещается бумажный слой, пропитанный электролитом. Со стороны одной из обкладок, называемой анодной (на неё подается плюс питания) имеется слой окисла или оксида алюминия, особым способом нанесенный на предварительно протравленную поверхность плёнки.

Схема полярного ЭК

Отрицательный полюс или катод делается из «чистой» алюминиевой фольги, на поверхности которой в процессе перезарядки скапливаются электроны, поступающие из внешней электрической цепи. Бумажная прокладка или электролит выполняет в данном случае функцию среды, проводящей ионы и восстанавливающей электрический баланс в системе.

Электролиты на основе тантала

Аналогичным образом устроены танталовые конденсаторы, в которых в качестве анодного материала применяется порошок, на основе которого формируется особая оксидная плёнка. Последняя выполняет функцию диэлектрика, за которым следует полупроводниковый слой из диоксида марганца (он играет роль электролита). С другой стороны к нему примыкает посеребрённый катод, являющийся приёмником электронов, попадающих на эту обкладку в процессе разрядки.

Изделия из полимеров

В конденсаторах этого типа в качестве катода используется токопроводящий полимерный материал, все же остальные протекающие в них процессы аналогичны тем, что были описаны выше. Суть происходящих в них явлений – это реакции окислительно-восстановительного характера, подобные тем, что протекают в аккумуляторных батареях.

В заряженном ЭК на его отрицательной обкладке присутствует избыток электронов, сообщающий этому контакту соответствующий заряд. На аноде, наоборот, наблюдается их недостаток, превращающий его в положительный полюс. Вследствие этого образуется разность потенциалов между обкладками полярного конденсатора, необходимая для его нормального функционирования в рабочей схеме.

Особенности конструкции и включения НЭК

Конструкция

В составе типовых изделий типа «НЭК» также присутствует раздел двух сред между обкладкой и диэлектриком. Но только в этом случае постоянного смещения электронных носителей на их обкладках не наблюдается. Добиться этого удаётся за счёт того, что в процессе производства алюминиевая обкладка, аналогичная той, что используется в полярном конденсаторе, окисляется с обеих сторон диэлектрика.

Конструкция НЭК

Вследствие этого такое изделие представляет собой аналог двух включённых встречно полярных электролитов, которые суммарно не имеют заряда на своих обкладках. Именно поэтому при их включении во внешнюю цепь не возникает необходимости в привязке к определённым схемным потенциалам. Благодаря этому, они могут работать на любых участках электрической цепи, обеспечивая при этом требуемые значения электролитической ёмкости.

Одновременно с выполнением последнего условия необходимости привязывать эти элементы к определённым напряжениям в конкретной схемной цепочке не возникает.

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

Особенности включения

При некорректном включении полярного электролита (плюс и минус перепутаны местами) он не будет работать, как положено, поскольку нормальный режим зарядки и разрядки в этом случае невозможен. В отличие от них, неполярные электролитические изделия могут функционировать в любой схеме без соблюдения полярности их включения. Указанная возможность появляется вследствие того, что они не имеют ни положительно, ни отрицательно заряженных пластин (катода и анода).

В ситуации, когда требуется обеспечить неполярное подключение электролитических изделий, а под рукой имеются одни лишь полярные аналоги, единственно приемлемым вариантом является встречное включение двух элементов (смотрите рисунок ниже).

«Встречная» схема включения полярных изделий

В заключительной части обзора необходимо отметить ещё одну группу неполярных конденсаторов, в конструкции которых предусматриваются только обычные (неполяризованные) обкладки с размещённым между ними диэлектриком. Эти изделия не относятся к категории электролитов и устанавливаются в цепях в качестве разделительных, блокирующих и времязадающих элементов малой ёмкости.

Видео