Как сделать из полярного конденсатора неполярный и в чем их отличие между собой
Замена неполярных конденсаторов полярными конденсаторами
Если вы занимаетесь ремонтом радиотехники, то должны знать о том, что конденсаторы бывают полярными и неполярными. И если у мастеров своего дела проблем с заменой конденсаторов не возникает, то вот у новичков, чаще всего всё наоборот.
Многие из них задаются вопросами о том, можно ли заменить неполярный конденсатор полярным, и что будет? Как известно, основное отличие полярных конденсаторов от неполярных заключается в том, что у них присутствует плюс и минус. То есть, полярный конденсатор нужно впаивать только строго с соблюдением полярности, а иначе он обязательно взорвётся.
В свою очередь при установке неполярных конденсаторов нет нужды придерживаться полярности. Такие конденсаторы не имеют плюса и минуса, в схеме они обозначаются буквами «NP» – неполярный конденсатор. Соответственно назревает вопрос, а можно ли заменить неполярные конденсаторы полярными?
Принцип работы конденсатора
После подключения конденсатора к постоянному источнику питания, на его обкладках начинает накапливаться энергия. После накопления полного заряда, благодаря слою диэлектрика прерывается протекание электрического тока.
Когда отключен источник питания, в конденсаторе и на его выводах остается напряжение. Поскольку такой элемент имеет разную полярность, он может накапливать как положительную, так и отрицательную энергию.
На практике можно заметить, что работа конденсатора предусматривает различные утечки с потерями, несмотря на его предназначение.
Маркировка
Существует три основных параметра, характеризующие конденсатор: показатель номинальной емкости, допуска и штатного напряжения. В большинстве случаев применяется два метода маркировки – буквенно-числовой и числовой.
В первом случае буква обозначает величину емкости (μ, nF, pF) и играет роль десятичной запятой. Например, если неполярный конденсатор имеет маркировку 1 μ, значит это деталь с емкостью 1 мкф, а надпись 3μ3 – 3,3 мкФ.
Для обозначения допуска может использоваться буквенная кодировка, ее расшифровка представлена на рисунке 8.
Рисунок 8. Расшифровка буквенной маркировки допуска
Рабочее напряжение емкости также может обозначаться буквенным кодом, ниже приведена его раскодировка.
Таблица: расшифровка буквенной маркировки допустимого напряжения
Емкости небольшого размера, например, в SMD исполнении принято маркировать трехзначным цифровым кодом.
Трехзначный цифровой код параметра емкость
Чтобы не запоминать все значения таблицы, воспользуйтесь следующим правилом расшифровки: значения приводятся в пикофарадах, первое и второе значение – мантисса, третье – степень с основанием 10. Например, надпись 331 будет означать 330 пФ (33*10).
Предназначение конденсатора
Электролитические конденсаторы широко применяются в качестве фильтров в блоках питания. Также их можно использовать, если сгорел пусковой конденсатор. Емкость конденсатора зависит от нагрузки. Конденсаторы также применяются в фильтрах низких, высоких частот. Они позволяют разводить частоты, не используя при этом активные элементы.
Пленочные конденсаторы устанавливают последовательно с применением питающего устройства. Их часто можно увидеть в блоках питания для маленьких устройств, например радиоприемниках. С помощью конденсаторов можно снизить нагрузку на устройство, предотвратив его перегревание.
Как проверить неполярный конденсатор мультиметром
Эксплуатация радиоэлектроники подразумевает и устранение неисправностей в оборудовании. Поэтому, рассматривая неполярные емкости, нельзя абстрагироваться от темы диагностики их работоспособности.
Как показывает практика, в большинстве случаев причиной выхода из строя емкости является пробой, что приводит к уменьшению сопротивления утечки. То есть, элемент становится, практически, проводником. Такую неисправность часто можно определить по внешнему виду емкости (см. рисунок 5), если это не помогло, потребуется простейший цифровой или аналоговый мультиметр.
Рисунок 5. «Выгоревшая» (пробитая) емкость
С помощью прибора следует замерить сопротивление утечки, в рабочих элементах оно должно быть бесконечно большим. Проверка выполняется следующим образом:
- необходимо полностью демонтировать деталь, или отпаять один из ее выводов, чтобы исключить влияние других элементов цепи на показания мультиметра;
- устанавливаем на приборе режим прозвонки или измерения сопротивления (выбираем максимальный предел);
- подключаем щупы к выходным контактам (рисунок 6), при этом стараемся не прикасаться к ним, в противном случае прибор покажет сопротивление кожи;
Рисунок 6. Подключение емкости к измерительному прибору
Проводим измерение, если емкость исправна на экране отобразится единица (рисунок 7), что свидетельствует о бесконечно большом сопротивлении между обкладками.
Рисунок 7. Прибор в режиме прозвонки показывает бесконечно большое сопротивление
К сожалению, данным способом можно только проверить емкость на пробой, для определения внутреннего обрыва такой метод не подходит. В этом случае отличить поломанную деталь от работоспособной, можно измерив ее емкость, некоторые модели мультиметров имеют такую функциональную возможность. Принцип проверки практически не отличается от тестирования на пробой, за исключением того, что прибор необходимо перевести в режим измерения емкости.
Как провести замену конденсатора
Если конденсатор вышел из строя нужно найти ему замену. Для этого нужно выпаять нерабочий элемент и на его место поставить новый.
Но довольно часто такая простая процедура усложняется тем, что найти полностью соответствующий оригиналу конденсатор довольно сложно. Однако в таких ситуациях его можно заменить другим, с учетом нескольких условий.
- Для начала нужно учитывать напряжение. Если нет элемента с подходящим номиналом, лучше приобретать конденсатор с большим напряжением. Например, если на оригинале указано 30 В, необходим аналог с напряжением 40, 50, 65, 100 В. Должно быть увеличение. Аналоги с меньшим напряжением не подходят, поскольку они не выдержат нагрузку и взорвутся. Чтобы получить необходимое напряжение можно последовательно соединить несколько конденсаторов.
- Второе, что нужно учитывать – емкость. Зачастую, если это электролитические конденсаторы, то можно воспользоваться вариантами с большей от оригинала емкостью. Если не удалось найти конденсаторы с нужным или большим номиналом, можно параллельно поставить несколько элементов с меньшей емкостью и получить желаемый номинал.
Провести замену и найти аналог вышедшего из строя конденсатора довольно просто. Для этого необходимо знать особенности каждого вида конденсатора, его предназначение.
При выборе аналога обязательно учитывается максимальное напряжение, уровень емкости. Неправильно подобранный аналог не даст желаемого результата и придет в негодность.
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.
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.
Замена неполярных конденсаторов полярными — что нужно знать?
На самом деле, если под рукой нет неполярного конденсатора, а есть только полярные конденсаторы, то можно произвести их замену по следующей схеме:
- Сначала нужно определить, где именно на плате плюс, а где минус, и затем уже впаивать полярный конденсатор, соблюдая полярность;
- Использовать схему из двух полярных конденсаторов, вместо одного неполярного конденсатора.
Второй способ наиболее предпочтителен, ведь именно он позволяет новичку не углубляться слишком далеко в изучение схемы питания. Достаточно соединить два полярных конденсатора вместе, чтобы получить один неполярный конденсатор.
Соединяются два полярных конденсатора плюсами, а минусу уходят в схему. В итоге получается один неполярный конденсатор.
Например, нам нужно заменить один неполярный конденсатор на 5 мкФ, но его нет под рукой. Тогда мы берём два полярных конденсатора по 10 мкФ, соединяем их плюсами, а минусами впаиваем в плату. Соблюдать при этом полярность нет необходимости, ведь мы из двух полярных конденсаторов получили один неполярный конденсатор.
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.
Обратите внимание! Анод обеспечивает эмиссию электронов во внешнюю электрическую цепь, которые в процессе заряда электролита перемещаются по ней в сторону катода.
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.
Дополнительная информация. В результате этих реакций анод при разрядке окисляется, а катод, напротив, восстанавливается.
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.
Важно! В этом и состоит суть применения неполярных электролитов, которые востребованы в фильтрующих или времязадающих цепочках с большими номиналами ёмкостей.
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.
