Co to jest kondensator elektrolityczny? Budowa, zalety i rodzaje.

Obecne w każdym urządzeniu układy elektroniczne nie istniałyby gdyby nie kondensatory. W dążeniu do większej pojemności kondensatora przy zachowaniu jego niewielkich rozmiarów powstały kondensatory elektrolityczne, których pojemność jest idealną odpowiedzią na duże potrzeby układów elektronicznych.

Co to jest kondensator elektrolityczny?

Kondensator elektrolityczny to odrębny typ kondensatora, w którym jedna z elektrod jest elektrolitem, a druga jest metalowa (aluminiowa, tantalowa lub niobowa). Dielektrykiem, czyli izolatorem w tej sytuacji jest cienka warstwa tlenku, który w zależności od posiadanego przez nas kondensatora może być tlenkiem glinu, pięciotlenkiem tantalu lub pięciotlenkiem niobu.

Zalety kondensatorów elektrolitowych:

• Duża pojemność
• Niewielkie rozmiary

Kondensatory elektrolityczne cechują się dużo większą pojemnością przy małej objętości urządzenia ze względu na strukturę elektrod, a także zastosowaniu cieniutkiej warstwy dielektryka.

Budowa kondensatora elektrolitycznego

Budowa kondensatorów elektrolitycznych wygląda nieco inaczej niż budowa zwykłych kondensatorów. Izolatorem w tym przypadku jest cienka warstwa tlenku umieszczona na powierzchni jednej z okładek. Drugą okładką i zarazem połączeniem staje się wtedy elektrolit, którym pokryty jest tlenek. Dzięki niezwykle małej grubości tlenku i dużej powierzchni okładek kondensatory elektrolityczne  cechują się bardzo wysoką pojemnością. Okładka metalowa jest dodania, a okładka elektrolitowa ujemna.

Rodzaje kondensatorów elektrolitowych:

• Aluminiowe
• Tantalowe
• Niobowe

Kondensatory elektrolityczne aluminiowe zbudowane są z dwóch pasków (okładek) folii aluminiowej przedzielonych papierem nasączonym elektrolitem. Okładki wyglądają tak samo, jednak różnią się od siebie ze względu na dodatniość jednej i ujemność drugiej – różnicę widać doskonale pod mikroskopem. Dielektryk w kondensatorach elektrolitowych aluminiowych to cieniutka warstwa tlenu pokrywająca okładki. Powstający na powierzchni tlenek glinu jest doskonałym izolatorem i charakteryzuje się dużą wartością stałej dielektrycznej.

Kondensatory elektrolityczne tantalowe zbudowane są z dwóch pasków (okładek), z których jedna jest ze spiekanego proszku tantalowego. Dzięki takiemu rozwiązaniu tworzy się ogromną powierzchnię przy niewielkiej objętości dzięki porowato-gąbczastej strukturze. Na powierzchni tantalowych okładek wytwarza się pięciotlenek tantalu, który tak jak i tlenek glinu jest doskonałym dielektrykiem. Anodę w kondensatorach elektrolitycznych tantalowych również wypełnia się elektrolitem, od którego zależy scharakteryzowanie kondensatora na „tantal suchy” i „tantal ciekły” . W kondensatorach elektrolitycznych tantalowych suchych elektrolitem jest dwutlenek manganu. W drugim rozwiązaniu używa się elektrolitów ciekłych lub żelowych. Zdecydowanie bardziej popularne są kondensatory tantalowe suche.

Kondensatory elektrolityczne niobowe zbudowane są z dwóch pasów (okładek) z których jedna jest z metalu niobu. W tym rozwiązaniu dielektrykiem staje się pięciotlenek niobu. Taki kondensator charakteryzuje się, podobnie do kondensatora elektrolitycznego tantalowego wysoką stałą dielektryka i bardzo stabilną pojemnością.

Jak połączyć kondensatory?

Kondensatory elektrolityczne i zwykłe można ze sobą łączyć. Po połączeniu ich otrzymamy pojemność wypadkową, którą bardzo łatwo określić znając pojemności składowe kondensatorów.

Wyróżniamy dwa podstawowe sposoby na połączenie kondensatorów:

• Szeregowe
• Równoległe

W połączeniu szeregowym kondensatory, są naładowane takim samym ładunkiem ponieważ ładunek dodatni doprowadzony do pierwszego kondensatora wytwarza pole przyciągające ten sam ładunek przeciwnego znaku. Z kolei po przeciwnej stronie ładunek minusowy dopływa z zewnątrz. Pojemność całkowita kondensatorów w połączeniu szeregowym jest sumą odwrotności pojemności każdego kondensatora. 

W połączeniu równoległym kondensatory z każdej strony połączone są ze sobą okładkami. Oznacza to, że potencjał połączonych ze sobą okładkami kondensatorów jest jednakowy po każdej ze stron, dzięki czemu na każdym z kondensatorów różnica potencjałów jest taka sama. Pojemność całkowita kondensatorów w połączeniu równoległym jest sumą ich pojemności.

Polaryzacja kondensatorów elektrolitycznych – jak połączyć by uniknąć wybuchu?

Kondensatory można podzielić na dwa rodzaje:

• Biegunowe (spolaryzowane)
• Bezbiegunowe (niespolaryzowane)

Oznacza to, że dla kondensatorów spolaryzowanych ważny jest odpowiedni kierunek włączania do obwodu. Dla kondensatorów niespolaryzowanych nie ma to znaczenia.

Kondensatory elektrolityczne są spolaryzowane. Określenie polaryzacji jest dość łatwe, ponieważ obudowa kondensatora w większości przypadków jest odpowiednio opisana. Czasem zdarza się, że nóżki kondensatora w celu lepszego odróżnienia są różnej długości. Znakiem minusa (-) oznaczona jest nóżka, którą należy podłączyć do masy układu. Znakiem plusa (+) oznaczamy nóżkę, która powinna zostać podłączona do zasilania. Niezwykle istotną spraw jest odpowiednie podłączenie kondensatora elektrolitycznego biegunowego. Jeśli kondensator zostanie podłączony źle w najlepszym przypadku uszkodzimy go, w najgorszym doprowadzimy do wybuchu.

Rozładowywanie kondensatora elektrolitycznego

Proces rozładowywania kondensatora zależy przede wszystkim od jego pojemności. Im większa pojemność, tym większe niebezpieczeństwo przy nieodpowiednim procesie rozładowywania, które może zakończyć się wybuchem. Kondensatory elektrolityczne cechują się dużo większą pojemnością niż standardowe kondensatory. Do rozładowania kondensatora elektrolitycznego wystarczy żarówka lub rezystor. Po podłączeniu do obciążenia rezystancyjnego ładunek zostanie wykorzystany, a kondensator rozładowany. Czas na rozładowanie kondensatora będzie różny w zależności od pojemności urządzenia i ze względu na obciążenie, które wykorzystamy i które musi być odpowiednio dobrane do kondensatora, który posiadamy. Zbyt duży rezystor to ryzyko spalenia kondensatora, a zbyt mały to ryzyko zniszczenia rezystora.