Опис ниобиевих і танталових конденсаторів

В електротехніці і радіотехніці не обійтися без використання конденсаторів. Якщо в першому випадку головна вимога – це надійність і довговічність, то в другому випадку особлива увага приділяється ще і розмірами. Мініатюризація радіотехнічних та електронних приладів стала можлива з винаходом танталових і ниобиевих конденсаторів, розміри яких становлять всього кілька міліметрів.

Тантал сприявпрогресу

З самого зародження радіоелектроніки велися дослідження, які були спрямовані на зменшення розмірів конструктивних елементів. Основний напрямок в цьому питанні – це збільшення робочої частоти сигналу. Якщо порівняти два силових трансформатора з частотою роботи 50 і 400 Гц, то другий приблизно в 8 разів менше за розмірами, ніж перший.

Застарілі конструкції конденсаторів є згорнуті рулони тонкої фольги з алюмінію, які поміщаються в електроліт. Досягнення великої місткості було можливо тільки за рахунок збільшення розмірів самого елемента. Ще один недолік такої конструкції – це велика паразитна індуктивність при роботі на частотах 100 кГц і вище.

Прорив у виробництві конденсаторів великої ємності і малого розміру був досягнутий при використанні танталу. Цей рідкоземельні метал дорожче золота і його видобуток досить складна, але потрібно його для виготовлення одного елемента дуже мало – не більше декількох мікрограмів. Поступово танталові електролітичні конденсатори витіснили застарілі на основі алюмінієвої фольги, так як їх виробництво вдосконалювалося, а вартість стала досить низькою.

І це ще не межа для прогресу і вдосконалення конструкції конденсаторів. Приймачами танталових стали ніобієві конденсатори, які за своєю конструкцією та технології виробництва ідентичні попередникам, але перевершують їх за експлуатаційними характеристиками.

Конструктивні особливості пристрою

Фізико-хімічні властивості, якими володіють тантал і ніобій, дозволяють створювати з них анод особливої ​​пористої структури. Такі структури мають внутрішню поверхню в кілька десятків разів більше, ніж зовнішню. А це дає можливість накопичувати значний електричний заряд.

Будь-який сучасний електролітичний конденсатор складається з трьох конструктивних елементів:

• катода і анода;
• діелектричного шару;
• одного з видів електроліту (луги, кислоти, води, твердого або м'якого речовини).

У ролі діелектрика виступає найтонша оксидна плівка. Її отримують методом електрохімічної корозії при пропущенні електричного струму через анод на стадії виробництва.

Електролітом служить тверда речовина – діоксид марганцю. Він має малий коефіцієнт лінійного розширення, не випливає і не висихає, як рідкі електроліти. Внутрішня частина катода виготовляється зі срібла для збільшення провідності.

Вся внутрішня начинка заливається схожим на пластмасу речовиною з діелектричними властивостями – компаундом.

Достоїнства і недоліки

Як і танталові, так і ніобієві конденсатори мають свої позитивні і негативні якості. Головна їхня перевага – це малий розмір при відносно великій ємності. А недолік, який значно обмежує сферу їх застосування, це мала електрична міцність. Найпотужніші зразки здатні стабільно і надійно функціонувати при напрузі до 35 В.

Прийнята стандартна маркування танталових конденсаторів складається з вказівки плюсового контакту і чисельного значення. А колір корпусу вказує робоча напруга. наприклад:

• рожевий колір – напруга до 35 В;
• білий колір – до 30 В;
• сірий колір – до 35 В;
• блакитний колір – до 20 В;
• зелений колір – до 16 В;
• чорний колір – до 10 В;
• жовтий колір – до 6,3 В.

Система старої маркування складніша і незручна, тому від неї відмовилися. Вона складалася з трьох смуг і точки різного кольору. Колір смуг відповідав чисельним значенням, а колір точки вказував множник, на який множилося чисельне значення. Така система часто вводила в оману радіотехніків і вимагала підвищеної уваги при роботі з конденсаторами, тому від неї і відмовилися і розробили нове маркування.

Діагностика можливих несправностей

Найчастіше зустрічається така несправність, як пробій діелектричної плівки на аноді. Її товщина складає всього кілька тисяч ангстрем, а це тонше за людську волосину приблизно в 500 разів.

Незначний стрибок напруги може привести до пробою, При якому діелектрична плівка набуває кристалічної структури і стає провідником електрики. У цьому випадку конденсатор стає провідником і опір між анодом і катодом наближається до нульового значення. На корпусі при пробої часто візуально помітно потемніння і іноді обвуглювання захисного покриття з фарби.

Більш складно діагностувати втрату номінального значення ємності. У домашніх умовах виявити таку несправність неможливо, для цього потрібне спеціалізоване діагностичне обладнання.

Вартість танталових і ниобиевих конденсаторів настільки мала, що проводити складні вимірювальні роботи немає сенсу. Підозрілий елемент просто замінюють на новий або справний.