Polymerní elektrolytické kondenzátory – Jedná se o speciální typ elektrolytických kondenzátorů, které se od jednoduchých kondenzátorů liší svou strukturou a vlastnostmi. Jsou jedním z nejoblíbenějších typů kondenzátorů a jsou široce používány v různých elektronických zařízeních.

Hlavním rozdílem mezi polymerními elektrolytickými kondenzátory a jednoduchými kondenzátory je jejich materiál použitý jako elektrolyt. Polymerní kondenzátory používají polymerní materiál místo tradičního elektrolytu na bázi kapaliny nebo gelu. To umožňuje, aby byly kondenzátory kompaktnější a měly vyšší kapacitu.

Polymerní elektrolytické kondenzátory mají také nižší vnitřní odpor a nižší elektrické ztráty ve srovnání s jednoduchými kondenzátory.

Důležitým rozdílem mezi polymerními elektrolytickými kondenzátory je jejich zvýšená stabilita a dlouhá životnost. Mají vysokou spolehlivost a stabilitu v různých podmínkách. Navíc mají nízký paměťový efekt, díky čemuž jsou preferovanou volbou v mnoha aplikacích.

Polymerní elektrolytické kondenzátory jsou tedy vylepšeným a poměrně účinným typem kondenzátorů s vyšší kapacitou, nízkým vnitřním odporem a vysokou stabilitou. Jsou široce používány v různých oblastech elektroniky, jako jsou mobilní zařízení, počítače, telekomunikační zařízení a další.

Vlastnosti polymerních elektrolytických kondenzátorů

Zde jsou hlavní vlastnosti polymerních elektrolytických kondenzátorů:

  1. Nízký odpor: Polymerové kondenzátory mají nízký odpor, což jim umožňuje poskytovat efektivnější přenos elektrického signálu.
  2. Velká kapacita: Polymerové kondenzátory mají vyšší kapacitu ve srovnání s jinými typy kondenzátorů. To jim umožňuje ukládat velké množství elektrické energie a poskytovat stabilní napájení po dlouhou dobu.
  3. Dlouhá životnost: Polymerové kondenzátory jsou vysoce stabilní a mohou pracovat po dlouhou dobu bez výrazného snížení výkonu.
  4. Nízká hladina elektrolytické kapaliny: Na rozdíl od běžných elektrolytických kondenzátorů neobsahují polymerové kondenzátory kapalný elektrolyt. Díky tomu jsou odolnější vůči vysokým teplotám a mechanickému namáhání.
  5. Malé rozměry a nízká hmotnost: Polymerové kondenzátory jsou kompaktní a lehké, takže jsou ideální pro použití v mnoha elektronických zařízeních.

Celkově jsou polymerní elektrolytické kondenzátory spolehlivými a účinnými součástmi, které jsou široce používány v různých oblastech elektroniky a elektrotechniky.

Princip činnosti polymerních elektrolytických kondenzátorů

Polymerní elektrolytické kondenzátory se od jednoduchých kondenzátorů liší svou konstrukcí a principem činnosti. Namísto klasického provedení s elektrolytickou kapalinou používají polymerní kondenzátory jako dielektrikum polymerní film.

Proces tvorby dielektrika nastává zavedením elektrolytické kapaliny do polymerního filmu při nízkém tlaku a vysoké teplotě. Po ochlazení materiálu se vytvoří vrstva polymerního elektrolytu, která poskytuje kondenzátoru vysokou kapacitu.

ČTĚTE VÍCE
Které prostory jsou vybaveny samostatnými systémy přívodu a odvodu ventilace?

Výhodou polymerních elektrolytických kondenzátorů je jejich nízký sériový odpor a vysoká stabilita provozních parametrů. Díky použití polymerního elektrolytu jsou kondenzátory vysoce spolehlivé a odolné.

Výhody Omezení
Nízký sériový odpor Vysoká cena ve srovnání s jednoduchými kondenzátory
Vysoká stabilita parametrů Relativně malá kapacita
Vliv nízké teploty
Malé rozměry a hmotnost

V důsledku toho jsou polymerní elektrolytické kondenzátory široce používány v různých elektronických zařízeních, která vyžadují spolehlivý provoz a stabilní parametry, jako jsou chytré telefony, notebooky, televizory a další elektronická zařízení.

Výhody polymerních elektrolytických kondenzátorů

1. Trvanlivost

Jednou z klíčových výhod polymerních elektrolytických kondenzátorů je jejich vysoká životnost. Polymerové kondenzátory jsou díky své speciální konstrukci a použití polymerních materiálů jako je polyimid, polyethylentereftalát a další schopny odolávat výrazným teplotním změnám, vibracím a vlhkosti, což jim umožňuje provoz ve ztížených provozních podmínkách.

2. Malé rozměry a hmotnost

Díky použití polymerních materiálů a pokročilých technologií mohou být polymerní elektrolytické kondenzátory výrazně menší a lehčí ve srovnání s jednoduchými elektrolytickými kondenzátory. Díky tomu jsou ideální volbou pro kompaktní a přenosná elektronická zařízení, kde záleží na každém krychlovém milimetru a gramu.

3. Nízká impedance

Polymerní elektrolytické kondenzátory mají nízkou elektrickou impedanci, což jim umožňuje poskytovat stabilní a spolehlivou elektrickou energii elektronickým zařízením. To je zvláště důležité při použití kondenzátorů ve vysokofrekvenčních obvodech, kde nízká impedance pomáhá zabránit zkreslení signálu.

4. Minimální energetické ztráty

Polymerní elektrolytické kondenzátory mají nízké energetické ztráty a vysokou účinnost. To znamená, že mohou umožnit elektronickým zařízením pracovat efektivněji, což je důležité zejména u dobíjecích nebo bateriově napájených zařízení.

5. Nízký vnitřní odpor

Polymerní elektrolytické kondenzátory mají nízký vnitřní odpor, což jim umožňuje poskytovat vysokou stabilitu a přesnost v širokém rozsahu provozních podmínek. To je důležité zejména u zařízení, která vyžadují vysokou přesnost, jako jsou lékařské vybavení nebo telekomunikační systémy.

Souhrnně lze říci, že polymerní elektrolytické kondenzátory představují moderní řešení s mnoha výhodami oproti jednoduchým elektrolytickým kondenzátorům. Jejich vysoká životnost, nízký vnitřní odpor a energetické ztráty a malé rozměry a hmotnost z nich činí optimální volbu pro širokou škálu elektronických zařízení a aplikací.

Rozdíly mezi polymerními elektrolytickými kondenzátory a jednoduchými

Polymerní elektrolytické kondenzátory jsou speciálním typem elektrolytických kondenzátorů, které se liší od jednoduchých kondenzátorů v několika důležitých ohledech. Zde jsou hlavní rozdíly mezi polymerními elektrolytickými kondenzátory a jednoduchými:

ČTĚTE VÍCE
Jaký je rozdíl mezi vibrolitými dlaždicemi a vibrolisovanými dlaždicemi?

Materiál elektrolytu: Polymerní elektrolytické kondenzátory používají jako elektrolyt polymerní materiál, jako je organický polymer. Jednoduché kondenzátory používají nejčastěji elektrolyt na bázi vodných nebo organických roztoků.

Provozní napětí: Polymerové elektrolytické kondenzátory mají často vysoké provozní napětí ve srovnání s konvenčními kondenzátory. To umožňuje jejich použití v aplikacích, které vyžadují vysokou spolehlivost a stabilitu.

Hodnota kapacity: Polymerové elektrolytické kondenzátory mají obecně nižší hodnotu kapacity ve srovnání s konvenčními kondenzátory. Je to dáno vlastnostmi použitých materiálů a technologií výroby.

Velikosti a tvary: Polymerové elektrolytické kondenzátory lze vyrábět v kompaktnějších velikostech a v jiných tvarech pouzdra než jednoduché kondenzátory. To umožňuje jejich použití ve složitějších a menších zařízeních.

Teplotní rozsah: Polymerní elektrolytické kondenzátory mají obvykle široký rozsah provozních teplot, díky čemuž jsou odolnější vůči extrémním provozním podmínkám.

Pokud pravidelně vytváříte elektrické obvody, pravděpodobně jste použili kondenzátory. Je to standardní součástka obvodu, stejně jako rezistor, kterou bez přemýšlení chytíte z police. Kondenzátory používáme k vyhlazení zvlnění napětí/proudu, k přizpůsobení zátěže, jako zdroj energie pro zařízení s nízkou spotřebou a další aplikace.

Kondenzátor ale není jen bublina se dvěma vodiči a pár parametry – provozním napětím a kapacitou. K výrobě kondenzátorů se používá obrovské množství technologií a materiálů s různými vlastnostmi. A ačkoli ve většině případů téměř jakýkoli kondenzátor vhodné kapacity postačí pro jakýkoli úkol, dobré pochopení toho, jak tato zařízení fungují, vám může pomoci vybrat nejen ten správný, ale i ten nejvhodnější. Pokud jste někdy měli problém s teplotní stabilitou nebo úkol najít zdroj dodatečného hluku, oceníte informace v tomto článku.

Začněme jednoduše

Nejlepší je začít jednoduše a popsat základní principy fungování kondenzátorů, než přejdete ke skutečným zařízením. Ideální kondenzátor se skládá ze dvou vodivých desek oddělených dielektrikem. Náboj se shromažďuje na deskách, ale nemůže mezi nimi proudit – dielektrikum má izolační vlastnosti. Takto kondenzátor akumuluje náboj.

Kapacita se měří ve faradech: kondenzátor o velikosti jednoho farada vytváří napětí jednoho voltu, pokud obsahuje náboj o velikosti jednoho coulombu. Stejně jako mnoho jiných jednotek SI má nepraktickou velikost, takže pokud nepočítáte superkondenzátory, o kterých zde nebudeme mluvit, pravděpodobně skončíte u mikro-, nano- a pikofaradů. Kapacitu libovolného kondenzátoru lze odvodit z jeho rozměrů a dielektrických vlastností – v případě zájmu lze vzorec najít na Wikipedii. Nemusíte se ho učit nazpaměť, pokud se neučíte na zkoušku, ale obsahuje jeden užitečný fakt. Kapacita je úměrná dielektrické konstantě εr použité dielektrikum, což mělo za následek komercializaci různých kondenzátorů s použitím různých dielektrických materiálů pro dosažení větších kapacit nebo zlepšení napěťových charakteristik.

ČTĚTE VÍCE
Kam jít, když teče teplá voda z horkého kohoutku?

Parazitní indukčnost a odpor reálného kondenzátoru

S použitím dielektrik v kondenzátorech je jeden problém, spolu se skutečností, že dielektrikum s požadovanými charakteristikami má nepříjemné vedlejší účinky. Všechny kondenzátory mají malý parazitní odpor a indukčnost, které mohou někdy ovlivnit jejich výkon. Elektrické konstanty se mění s teplotou a napětím, piezoelektrikou nebo šumem. Některé kondenzátory jsou příliš drahé a některé mají poruchové stavy. A nyní se dostáváme k hlavní části článku, ve které budeme hovořit o různých typech kondenzátorů a jejich vlastnostech, užitečných i škodlivých. Nebudeme pokrývat všechny možné technologie, i když většinu běžných popíšeme.

Hliníkový elektrolytický

Hliníkové elektrolytické kondenzátory používají anodickou oxidační vrstvu na hliníkovém plechu jako jednu dielektrickou desku a elektrolyt z elektrochemického článku jako druhou desku. Přítomnost elektrochemického článku je činí polárními, to znamená, že stejnosměrné napětí musí být aplikováno v jednom směru a eloxovaná deska musí být anoda nebo kladná.

V praxi jsou jejich desky vyrobeny ve formě sendviče z hliníkové fólie, zabaleného ve válci a umístěného v hliníkové plechovce. Provozní napětí závisí na hloubce eloxované vrstvy.

Elektrolytické kondenzátory mají největší kapacitu mezi běžnými, od 0,1 do tisíců mikrofaradů. Vzhledem k těsnému uložení elektrochemického článku mají velkou ekvivalentní sériovou indukčnost (ESI nebo efektivní indukčnost), proto je nelze použít při vysokých frekvencích. Obvykle se používají pro vyhlazování a oddělování výkonu a také pro spojování na zvukových frekvencích.

Tantalový elektrolytický

Povrchově montovaný tantalový kondenzátor

Tantalové elektrolytické kondenzátory jsou vyráběny jako slinutá tantalová anoda s velkým povrchem, na které narůstá silná vrstva oxidu a následně je jako katoda umístěn elektrolyt oxidu manganičitého. Kombinace velkého povrchu a dielektrických vlastností oxidu tantalu má za následek vysokou kapacitu na objem. V důsledku toho jsou takové kondenzátory mnohem menší než hliníkové kondenzátory srovnatelné kapacity. Stejně jako posledně uvedené mají tantalové kondenzátory polaritu, takže stejnosměrný proud musí proudit přesně jedním směrem.

Jejich dostupná kapacita se pohybuje od 0,1 do několika stovek mikrofaradů. Mají mnohem nižší svodový odpor a ekvivalentní sériový odpor (ESR), díky čemuž se používají při testování, přístrojovém vybavení a špičkových audio aplikacích, kde jsou tyto vlastnosti užitečné.

ČTĚTE VÍCE
Jak pochopit, pro kolik metrů čtverečních je klimatizace určena?

U tantalových kondenzátorů je nutné zejména zajistit, aby nedocházelo k jejich poruše – stává se, že v tomto případě dojde k jejich vznícení. Amorfní oxid tantalu je dobré dielektrikum a v krystalické formě se stává dobrým vodičem. Nesprávné použití tantalového kondenzátoru – například použití příliš velkého zapínacího proudu – může způsobit změnu tvaru dielektrika, což zvýší proud, který jím prochází. Je pravda, že dřívější generace tantalových kondenzátorů měly pověst kvůli problémům s ohněm a vylepšené výrobní metody vedly ke spolehlivějším produktům.

Polymerní filmy

Celá rodina kondenzátorů používá polymerní filmy jako dielektrika a film je buď vložen mezi zkroucené nebo prokládané vrstvy kovové fólie, nebo má na povrchu metalizovanou vrstvu. Jejich provozní napětí může dosahovat až 1000 V, ale nemají vysoké kapacity – to je obvykle od 100 pF do několika mikrofarad. Každý typ fólie má své klady a zápory, ale obecně má celá rodina nižší kapacitu a indukčnost než elektrolytické. Proto se používají ve vysokofrekvenčních zařízeních a pro oddělení v elektricky hlučných systémech, stejně jako v systémech pro všeobecné použití.

Polypropylenové kondenzátory se používají v obvodech, které vyžadují dobrou tepelnou a frekvenční stabilitu. Používají se také v energetických systémech, k potlačení EMI, v systémech využívajících vysokonapěťové střídavé proudy.

Polyesterové kondenzátory, i když nemají stejné teplotní a frekvenční charakteristiky, jsou levné a snesou vysoké teploty při pájení pro povrchovou montáž. Z tohoto důvodu se používají v obvodech určených pro použití v nekritických aplikacích.

Polyethylennaftalátové kondenzátory. Nemají stabilní teplotní a frekvenční charakteristiky, ale snesou mnohem vyšší teploty a namáhání ve srovnání s polyesterovými.

Polyethylensulfidové kondenzátory mají teplotní a frekvenční charakteristiky polypropylenu a navíc snesou vysoké teploty.

Ve starých zařízeních můžete narazit na polykarbonátové a polystyrenové kondenzátory, ale nyní se již nepoužívají.

Keramika

Historie keramických kondenzátorů je poměrně dlouhá – používají se od prvních desetiletí minulého století až do současnosti. Dřívější kondenzátory byly z jedné vrstvy keramiky, pokovené na obou stranách. Pozdější jsou i vícevrstvé, kde jsou proloženy desky s metalizací a keramikou. V závislosti na dielektriku se jejich kapacity pohybují od 1 pF do desítek mikrofaradů a napětí dosahují kilovoltů. Ve všech odvětvích elektroniky, kde je vyžadována nízká kapacita, lze nalézt jak jednovrstvé keramické disky, tak vícevrstvé kondenzátory pro povrchovou montáž.

ČTĚTE VÍCE
Jaký odpor by měl mít snímač teploty vytápěné podlahy?

Nejjednodušší způsob klasifikace keramických kondenzátorů je podle dielektrik, protože právě ony dávají kondenzátoru všechny jeho vlastnosti. Dielektrika jsou klasifikována podle třípísmenných kódů, které šifrují jejich provozní teplotu a stabilitu.

C0G má lepší stabilitu v kapacitě s ohledem na teplotu, frekvenci a napětí. Používá se ve vysokofrekvenčních obvodech a dalších vysokorychlostních obvodech.

X7R nemají tak dobré teplotní a napěťové charakteristiky, proto se používají v méně kritických případech. To obvykle zahrnuje decoupling a různé univerzální aplikace.

Y5V mají mnohem vyšší kapacitu, ale jejich teplotní a napěťové charakteristiky jsou ještě nižší. Používá se také pro odpojení a v různých aplikacích pro všeobecné použití.

Protože keramika má často také piezoelektrické vlastnosti, některé keramické kondenzátory také vykazují mikrofonní efekt. Pokud jste pracovali s vysokým napětím a frekvencemi v oblasti zvuku, jako jsou elektronkové zesilovače nebo elektrostatika, možná jste slyšeli kondenzátory „zpívat“. Pokud byste pro stabilizaci frekvence použili piezoelektrický kondenzátor, možná zjistíte, že jeho zvuk je modulován vibracemi okolí.

Jak jsme již zmínili, tento článek si neklade za cíl pokrýt všechny technologie kondenzátorů. Když se podíváte do katalogu elektroniky, zjistíte, že některé dostupné technologie zde nejsou zahrnuty. Některé nabídky z katalogů jsou již zastaralé nebo mají tak úzký výklenek, že na ně nejčastěji nenarazíte. Naší nadějí bylo demystifikovat některé oblíbené modely kondenzátorů a pomoci vám vybrat ty správné komponenty při navrhování vašich vlastních zařízení. Pokud jsme vám nahnali chuť k jídlu, možná se budete chtít podívat na náš článek o induktorech.

O případných nepřesnostech nebo chybách, které najdete, pište prostřednictvím soukromých zpráv na stránce. Děkuji.