Если говорить о твердотельных конденсаторах, это тот же электролитический конденсатор, однако в нем используется специальный токопроводящий полимер или полимеризованный органический полупроводник. В то время как в других конденсаторах используется обычный жидкий электролит.
Общая характеристика
Как уже говорилось, отличие между твердотельными и обычными конденсаторами состоит во внутренней "начинке" устройства. Так чем же они лучше?
Первое и самое существенное отличие кроется именно в том, что в твердотельных конденсаторах используется твердый полимерный электролит, а не жидкий. Это исключает возможность протекания или испарения электролита. Вторым существенным плюсом у твердотельных устройств стало их последовательное эквивалентное сопротивление, которое называют ESR. Снижение этого показателя привело к тому, что стало возможным использование менее емкостных конденсаторов, а также меньших размеров в тех же условиях. Еще одним существенным плюсом твердотельных конденсаторов стало то, что они менее чувствительны к перепадам температуры. Это преимущество также говорит о том, что продолжительность срока службы такого объекта будет больше примерно в шесть раз, а значит и объект, в котором он установлен, прослужит намного дольше.
Электролитические
В твердотельном электролитическом конденсаторе в качестве диэлектрика используется тонкий слой оксида металла. Образование данного слоя осуществляется посредством электрохимического способа. Протекание данного процесса осуществляется на обложке из этого же металла.
Вторая обложка у данного конденсатора может быть представлена в виде жидкого или сухого электролита. В обычных электролитических используется жидкий, а в твердотельных — сухой. Для создания металлического электрода в этом типе твердотельных конденсаторов используется такой материал, как тантал или алюминий.
Стоит отметить, что к группе электролитических принадлежат также и танталовые конденсаторы.
Асимметричные
Асимметричный конденсатор с твердотельным электролитом — это относительно недавнее изобретение, так как ранее использовались другие устройства. Первым и простейшим конденсатором из этой группы стал Т-образный. В этом объекте пластины располагались в одной плоскости. Последующее развитие асимметричных конденсаторов привело к появлению дискового типа. Состоял он из плоского кольца, а также расположенного внутри него диска. Последующее совершенствование асимметричных конденсаторов привело к еще большему упрощению конструкции, и были получены устройства с двумя электродами. Один из них был представлен в виде тонкого провода, а второй — тонкой пластиной или же тонкой полоской металла. Но стоит заметить, что использование именно этого типа конденсаторов затруднено в связи с применением высоковольтного оборудования.
Маркировка
Существует маркировка твердотельных конденсаторов, которая описывает их характеристики. Наличие данной маркировки поможет понять определенные свойства конденсатора:
- Опираясь на маркировку устройства, можно точно определить рабочее напряжение для каждого конденсатора. Также стоит отметить, что данное значение должно превышать то напряжение, которое присутствует в цепи, использующей этот объект. Если не соблюсти это условие, то будут либо сбои в работе всей цепи, либо конденсатор просто взорвется.
- 1 000 000 пФ (пикофарад) = 1 мкФ. Данная маркировка у многих конденсаторов одинакова. Это связано с тем, что практически у всех устройств емкость равна или же близка к этому значению, а потому может указываться как в пикофарадах, так и в микрофарадах.
Вздутие конденсатора
Несмотря на то что конденсаторы этого типа довольно устойчивы к поломкам, они все же не вечные, и их также приходится менять. Замена твердотельного конденсатора может понадобиться в нескольких случаях:
- Причин поломки, то есть вздутия этого устройства, может быть довольно много, однако главной из них называют плохое качество самой детали.
- К причинам вздутия можно также отнести выкипание или испарение электролита. Несмотря на то что здесь используется твердый электролит, такие неполадки все равно не исключается полностью, и при очень высоких температурах такое все же случается.
Важно отметить, что перегрев этого устройства может произойти как из-за воздействия внешней среды, так и из-за внутренней. К внутреннему воздействию можно отнести неверную установку. Другими словами, если перепутать полярность при монтаже этой детали, то при ее запуске она практически моментально нагревается и, скорее всего, взорвется. Кроме этих причин, возможен также сильный перегрев из-за несоблюдения правил эксплуатации. Это может быть неверный вольтаж, емкость или работа в слишком высокой температурной среде.
Как избежать вздутия и частой замены
Начать стоит с того, как же избежать вздутия твердотельного конденсатора.
- Первое, что советуют — это использовать только качественные детали.
- Второй совет, который может помочь избежать таких проблем — это не давать конденсатору перегреваться. Если температура достигает 45 градусов или больше, то необходимо срочное охлаждение, а еще лучше размещать эти устройства как можно дальше от источников тепла.
- Так как чаще всего конденсаторы вздуваются в блоках питания компьютера, рекомендуют использовать стабилизаторы напряжения, защищающие сеть от резких скачков напряжения.
Если вздутие все же произошло, то требуется замена устройства. Главное правило ремонта — это подобрать конденсатор с такой же емкостью. Допускается отклонение данного параметра в большую сторону, но лишь немного. Отклонения в меньшую сторону недопустимы. Те же правила касаются и напряжения объекта. Также стоит добавить, что при замене электролитических конденсаторов на твердотельные можно использовать устройства и с меньшей емкостью. Это возможно из-за меньшего ESR, о котором говорилось ранее. Но перед этим все же стоит посоветоваться со специалистом. Сам же процесс замены заключается в удалении сгоревшей детали посредством пайки и припаивании нового.
Ремонт
Довольно часто приходится проводить профилактический ремонт конденсаторов. Допустим, при разборке компьютера был найден подозрительный конденсатор. Его необходимо проверить и при необходимости заменить. Для замены потребуется паяльник мощностью от 25 до 40 ВТ. Это приборы средней мощности. Их использование обосновано тем, что менее мощные паяльники не смогут отпаять конденсатор, а более мощные слишком большие, и ими неудобно проводить работы.
Лучше всего иметь под рукой паяльник с конической формой жала. Для осуществления ремонта старый конденсатор выпаивают, но делать это необходимо очень осторожно, так как платы, в которых они установлены, чаще всего многослойные — до 5 слоев. Повреждение хотя бы одного из них выведет из строя всю плату, и ремонту она уже не подлежит. После выпаивания старого устройства отверстия для установки пробиваются иглой, лучше всего медицинской, она более тонкая. Припаивание нового объекта лучше всего проводить, используя канифоль.
Полимерные твердотельные конденсаторы
Можно сказать, что все устройства этого типа являются полимерными, так как внутри этого устройства используется твердый полимер вместо жидкого электролита. Применение твердого материала в стандартных твердотельных конденсаторах дало такие преимущества:
- при высоких частотах — низкое эквивалентное сопротивление;
- высокое значение тока пульсации;
- срок эксплуатации конденсатора значительно выше;
- более стабильная работа при высоких температурных режимах.
Если говорить подробнее, то, к примеру, пониженное ESR — это меньшие затраты энергии, а значит, и меньший нагрев конденсатора при тех же нагрузках. Более высокая степень пульсации тока обеспечивает стабильную работу всей платы в целом. Естественно, что именно замена жидкого электролита на твердый и привела к тому, что срок службы значительно вырос.
Если говорить о твердотельных конденсаторах, это тот же электролитический конденсатор, однако в нем используется специальный токопроводящий полимер или полимеризованный органический полупроводник. В то время как в других конденсаторах используется обычный жидкий электролит.
Общая характеристика
Как уже говорилось, отличие между твердотельными и обычными конденсаторами состоит во внутренней "начинке" устройства. Так чем же они лучше?
Первое и самое существенное отличие кроется именно в том, что в твердотельных конденсаторах используется твердый полимерный электролит, а не жидкий. Это исключает возможность протекания или испарения электролита. Вторым существенным плюсом у твердотельных устройств стало их последовательное эквивалентное сопротивление, которое называют ESR. Снижение этого показателя привело к тому, что стало возможным использование менее емкостных конденсаторов, а также меньших размеров в тех же условиях. Еще одним существенным плюсом твердотельных конденсаторов стало то, что они менее чувствительны к перепадам температуры. Это преимущество также говорит о том, что продолжительность срока службы такого объекта будет больше примерно в шесть раз, а значит и объект, в котором он установлен, прослужит намного дольше.
Электролитические
В твердотельном электролитическом конденсаторе в качестве диэлектрика используется тонкий слой оксида металла. Образование данного слоя осуществляется посредством электрохимического способа. Протекание данного процесса осуществляется на обложке из этого же металла.
Вторая обложка у данного конденсатора может быть представлена в виде жидкого или сухого электролита. В обычных электролитических используется жидкий, а в твердотельных — сухой. Для создания металлического электрода в этом типе твердотельных конденсаторов используется такой материал, как тантал или алюминий.
Стоит отметить, что к группе электролитических принадлежат также и танталовые конденсаторы.
Асимметричные
Асимметричный конденсатор с твердотельным электролитом — это относительно недавнее изобретение, так как ранее использовались другие устройства. Первым и простейшим конденсатором из этой группы стал Т-образный. В этом объекте пластины располагались в одной плоскости. Последующее развитие асимметричных конденсаторов привело к появлению дискового типа. Состоял он из плоского кольца, а также расположенного внутри него диска. Последующее совершенствование асимметричных конденсаторов привело к еще большему упрощению конструкции, и были получены устройства с двумя электродами. Один из них был представлен в виде тонкого провода, а второй — тонкой пластиной или же тонкой полоской металла. Но стоит заметить, что использование именно этого типа конденсаторов затруднено в связи с применением высоковольтного оборудования.
Маркировка
Существует маркировка твердотельных конденсаторов, которая описывает их характеристики. Наличие данной маркировки поможет понять определенные свойства конденсатора:
- Опираясь на маркировку устройства, можно точно определить рабочее напряжение для каждого конденсатора. Также стоит отметить, что данное значение должно превышать то напряжение, которое присутствует в цепи, использующей этот объект. Если не соблюсти это условие, то будут либо сбои в работе всей цепи, либо конденсатор просто взорвется.
- 1 000 000 пФ (пикофарад) = 1 мкФ. Данная маркировка у многих конденсаторов одинакова. Это связано с тем, что практически у всех устройств емкость равна или же близка к этому значению, а потому может указываться как в пикофарадах, так и в микрофарадах.
Вздутие конденсатора
Несмотря на то что конденсаторы этого типа довольно устойчивы к поломкам, они все же не вечные, и их также приходится менять. Замена твердотельного конденсатора может понадобиться в нескольких случаях:
- Причин поломки, то есть вздутия этого устройства, может быть довольно много, однако главной из них называют плохое качество самой детали.
- К причинам вздутия можно также отнести выкипание или испарение электролита. Несмотря на то что здесь используется твердый электролит, такие неполадки все равно не исключается полностью, и при очень высоких температурах такое все же случается.
Важно отметить, что перегрев этого устройства может произойти как из-за воздействия внешней среды, так и из-за внутренней. К внутреннему воздействию можно отнести неверную установку. Другими словами, если перепутать полярность при монтаже этой детали, то при ее запуске она практически моментально нагревается и, скорее всего, взорвется. Кроме этих причин, возможен также сильный перегрев из-за несоблюдения правил эксплуатации. Это может быть неверный вольтаж, емкость или работа в слишком высокой температурной среде.
Как избежать вздутия и частой замены
Начать стоит с того, как же избежать вздутия твердотельного конденсатора.
- Первое, что советуют — это использовать только качественные детали.
- Второй совет, который может помочь избежать таких проблем — это не давать конденсатору перегреваться. Если температура достигает 45 градусов или больше, то необходимо срочное охлаждение, а еще лучше размещать эти устройства как можно дальше от источников тепла.
- Так как чаще всего конденсаторы вздуваются в блоках питания компьютера, рекомендуют использовать стабилизаторы напряжения, защищающие сеть от резких скачков напряжения.
Если вздутие все же произошло, то требуется замена устройства. Главное правило ремонта — это подобрать конденсатор с такой же емкостью. Допускается отклонение данного параметра в большую сторону, но лишь немного. Отклонения в меньшую сторону недопустимы. Те же правила касаются и напряжения объекта. Также стоит добавить, что при замене электролитических конденсаторов на твердотельные можно использовать устройства и с меньшей емкостью. Это возможно из-за меньшего ESR, о котором говорилось ранее. Но перед этим все же стоит посоветоваться со специалистом. Сам же процесс замены заключается в удалении сгоревшей детали посредством пайки и припаивании нового.
Ремонт
Довольно часто приходится проводить профилактический ремонт конденсаторов. Допустим, при разборке компьютера был найден подозрительный конденсатор. Его необходимо проверить и при необходимости заменить. Для замены потребуется паяльник мощностью от 25 до 40 ВТ. Это приборы средней мощности. Их использование обосновано тем, что менее мощные паяльники не смогут отпаять конденсатор, а более мощные слишком большие, и ими неудобно проводить работы.
Лучше всего иметь под рукой паяльник с конической формой жала. Для осуществления ремонта старый конденсатор выпаивают, но делать это необходимо очень осторожно, так как платы, в которых они установлены, чаще всего многослойные — до 5 слоев. Повреждение хотя бы одного из них выведет из строя всю плату, и ремонту она уже не подлежит. После выпаивания старого устройства отверстия для установки пробиваются иглой, лучше всего медицинской, она более тонкая. Припаивание нового объекта лучше всего проводить, используя канифоль.
Полимерные твердотельные конденсаторы
Можно сказать, что все устройства этого типа являются полимерными, так как внутри этого устройства используется твердый полимер вместо жидкого электролита. Применение твердого материала в стандартных твердотельных конденсаторах дало такие преимущества:
- при высоких частотах — низкое эквивалентное сопротивление;
- высокое значение тока пульсации;
- срок эксплуатации конденсатора значительно выше;
- более стабильная работа при высоких температурных режимах.
Если говорить подробнее, то, к примеру, пониженное ESR — это меньшие затраты энергии, а значит, и меньший нагрев конденсатора при тех же нагрузках. Более высокая степень пульсации тока обеспечивает стабильную работу всей платы в целом. Естественно, что именно замена жидкого электролита на твердый и привела к тому, что срок службы значительно вырос.
Конденсаторы широко применяются в электротехнике в качестве элементов, сглаживающих пульсации переменного тока, фильтров частоты, или накопителей энергии. Кроме того, эти радиодетали можно применять в качестве гальванической развязки. Технологий изготовление множество, принцип общий: между двумя обкладками кроме диэлектрика размещается особое химическое вещество, определяющее характеристики. Для электроустановок постоянного тока, применяются электролиты. Это недорогая технология, которая имеет серьезный недостаток: жидкость может закипеть от перегрузки или высокой температуры, и тогда конденсатор буквально взрывается. К счастью, такой «экстрим» случается редко: в большинстве случаев корпус просто разрушается, теряет герметичность, и электролит вытекает на монтажную плату.
Поэтому в ответственных узлах применяются конденсаторы, изготовленные по иной технологии. Вместо жидкого электролита применяется токопроводящий органический полимер. Он имеет фактически твердую консистенцию, поэтому при экстремальных нагрузках (включая температурные) опасности не представляет. Такие конденсаторы называются твердотельными (по причине отсутствия жидких фракций). Характеристики этих элементов не уступают традиционным «электролитам», однако стоимость деталей существенно выше. Есть еще один недостаток твердотельной конструкции — ограничения по вольтажу. Верхний предел напряжения не более 35 Вольт. Учитывая область применения (компьютеры, бытовая техника, автомобили), это не является большой проблемой.
По причине высокой стоимости, домашние мастера стараются избегать покупки дорогих деталей, используя б/у компоненты для замены. В любом случае, чтобы не тратить лишние деньги, необходимо знать, как проверить твердотельный конденсатор.
Как работает полимерный конденсатор
Чтобы проверить любой прибор, желательно понимать механизм его работы. Поскольку тема нашего материала — твердотельные конденсаторы (аналоги электролитических), значит речь пойдет о радиоэлементах для постоянного тока, то есть полярных. Все со школьной скамьи помнят эту иллюстрацию:
Две металлические пластины с диэлектриком между ними (для лаборатории подойдет даже воздух). Если на контакты подать потенциал, между пластинами накапливается разноименные заряды, и в пространстве между ними возникает электрическое поле. При отсутствии электрической цепи это поле может сохраняться достаточно долго (современные элементы обеспечивают утечку заряда, стремящуюся к нулю). Именно это свойство лежит в основе применения конденсаторов.
Элемент имеет определенные основные характеристики:
- Рабочее напряжение определяется величиной, при которой не наступает пробой диэлектрика. Конденсаторы выглядят совсем не так, как мы привыкли видеть на лабораторном столе в классе физики. Детали весьма компактны, соответственно расстояние между пластинами минимально. Отсюда ограничение по предельному напряжению.
- Емкость конденсатора — его главный параметр. Он определяет, сколько электрической энергии деталь может накопить и удерживать в себе. Величина напрямую зависит от площади пластин.
- Параметры утечки. Могут определяться током потери накопленного заряда, либо сопротивлением диэлектрика. Идеальные показатели возможны только в вакууме, но такие конденсаторы для бытового использования не выпускаются.
- Температурный коэффициент: определяется дельтой изменения емкости в зависимости от температуры.
- Точность — указывается в процентах. Показывает разброс параметров емкости от эталонной (маркировочной) величины.
Важно: несмотря на большое количество параметров, измерению (проверке) подлежат лишь два из них: емкость и сопротивление диэлектрика.
Устройство электролитических и твердотельных конденсаторов
Радиокомпоненты такого класса применяются в электронных устройствах с высокими требованиями по габаритам. Поэтому вопрос компромисса между площадью обкладок (от этого зависит емкость) и размерами корпуса — головная боль разработчиков. Проблема решается технологически просто:
Изготавливается так называемых сэндвич, стоящий из двух тончайших обкладок, между которыми прокладывается слой пропитанной электролитом бумаги (в электролитических моделях) или токопроводящий полимер (твердотельные конденсаторы). Обычно используется танталовая или алюминиевая фольга. В качестве диэлектрика применяется естественный оксидный слой одной из пластин. У него низкая проводимость, которая определяет ток утечки емкости.
Такая конструкция может занимать достаточно большую (по меркам радиодеталей) емкость. Поэтому ее сворачивают в плотный рулон, где в качестве разделителя между слоями выступает тонкая электро-бумага (смотрим иллюстрацию). Она не участвует в схеме работы конденсатора.
Наружная оболочка выполнена из алюминия, на нее наносится информация о характеристиках.
Преимущества твердотельных конденсаторов
- В сравнение с электролитической конструкцией, существенно снижено эквивалентное последовательное сопротивление. Благодаря этому деталь практически не нагревается на высоких частотах.
- Значительная величина тока пульсаций делает работу более стабильной, особенно в схемах обеспечения электропитанием.
- Твердотельные конденсаторы практически не зависят от температуры. Кроме физической защиты от раздувания корпуса, это свойство позволяет сохранять параметры при нагреве.
- Продолжительность жизни. Если принять за эталон рабочую температуру 85 °C, срок эксплуатации (без потери характеристик) в 6 раз больше, чем у электролитов. Обычно эти детали без проблем работают не менее 5 лет.
Самостоятельная диагностика конденсатора
Поскольку мы говорим о деталях для работы с постоянным током, не имеет значения, какая применяется технология: электролитическая или полимерная. Проверка полярных конденсаторов выполняется одинаково.
Прежде всего, выполняется внешний осмотр. Электролиты не должны иметь следов вздутия, особенно на торце, где есть насечка в виде креста. При осмотре твердотельных корпусов можно увидеть термические повреждения с нарушением геометрии.
Разумеется, необходимо проверить крепление ножек. Компактная конструкция подразумевает небольшие размеры всех компонентов. Ножки могут банально оторваться еще на стадии сборки.
Если внешний осмотр не дал результатов, проводим тестирование с помощью мультиметра
В любом случае, для выполнения этих работ необходимо выпаять деталь из платы. Делать это надо осторожно, чтобы не выдернуть контактные ножки из корпуса.
Если ваш прибор имеет специализированный разъем для проверки, диагностика выполняется в соответствии с инструкцией к мультиметру. Обязательно проводится весь комплекс тестирования (если такой алгоритм имеется). Подключать нужно правильно, соблюдая полярность. Маркировка обязательно присутствует на корпусе детали. При такой проверке вы не только проверите исправность, но и увидите значение емкости.
- Проверка работоспособности конденсатора начинается с измерения сопротивления. Делается это не так, как на резисторах или диодах. Чтобы понять принцип проверки, вспомним основные свойства конденсатора. При накоплении заряда сопротивление между обкладками увеличивается. Для начала необходимо разрядить элемент (снять остаточный заряд). Разумеется, это справедливо лишь для исправной детали. Надо просто замкнуть ножки любым проводником, или сомкнуть их между собой.
Важно: электролитические конденсаторы могут работать с напряжением до 600 Вольт и более, поэтому их разряжают только инструментом с изолированной рукояткой.
Проверка межобкладочного замыкания
Даже такой надежный конденсатор, как твердотельный, может иметь банальные физические повреждения. Например, замыкание между обкладками или на корпус. В первом случае сопротивление не увеличится до бесконечности, хотя первое время будет плавно увеличиваться. При пробое на корпус, сопротивление между одной из ножек и внешней оболочкой будет критически маленьким.
В обоих случаях, такие конденсаторы следует отнести к браку, восстановлению они не подлежат.
Проверка истинных значений емкости
Как проверять детали с помощью специализированного мультиметра, мы уже рассматривали. Однако для проверки твердотельного (электролитического) конденсатора недостаточно просто зафиксировать факт исправности. Особенно, если радиоэлемент под подозрением, либо вы хотите использовать деталь, бывшую в употреблении. Необходимо использовать прибор, с достаточным диапазоном измерения емкости.
Тестирование проводится в несколько этапов:
- несколько раз соединяем конденсатор с клеммами прибора, затем разряжаем его замыканием, и снова проверяем;
- нагреваем радиодеталь с помощью термофена до температуры 60–85°C, и проверяем значение емкости: разброс параметров не должен превышать допустимую погрешность (указано на корпусе).
Важно: обязательно соблюдайте полярность при проведении измерений. Это необходимо не только для получения истинного значения. При напряжении питания прибора хотя бы 9 вольт (такие мультиметры встречаются часто), конденсатор может выйти из строя из-за переполюсовки.
Практическое применение на автомобиле
Далеко не все домашние мастера будут тестировать элементную базу материнских плат компьютеров. А вот навыки, как проверить конденсатор трамблера, пригодятся любому автолюбителю. Изучим методику на примере классики ВАЗ.
- Для проверки необходимо отсоединить кабель, идущий от трамблера до конденсатора. Он обычно соединен с одним контактом прерывателя.
Между контактами закрепляем лампу мощностью 35–50 Вт (разумеется, с напряжением 12 вольт). Если при включении зажигания лампа загорелась, конденсатор неисправен, то есть «пробит» (это самая характерная поломка). Если «контролька» не светится — конденсатор исправен. - Второй способ можно применять в крайнем случае, если у вас не нашлось лишней лампы. После включения зажигания, необходимо быстро и вскользь коснуться контактами друг к другу. Если ничего не происходит — конденсатор в порядке. При наличии искрения — радиоэлемент «пробит».
Между контактами закрепляем лампу мощностью 35–50 Вт (разумеется, с напряжением 12 вольт). Если при включении зажигания лампа загорелась, конденсатор неисправен, то есть «пробит» (это самая характерная поломка). Если «контролька» не светится — конденсатор исправен.Для того, чтобы проверить твердотельные либо электролитические конденсаторы, не обязательно иметь образование радиоинженера. Руководствуясь нашими советами, вы сможете точно определить исправность радиодеталей, и сэкономить средства на покупку новых элементов. Учитывая высокую стоимость именно таких конденсаторов, снижение затрат на ремонт будет ощутимым.
Видео по теме
