Condensatoare electrolitice

Condensatoarele electrolitice folosesc ca dielectric o peliculă foarte subţire de oxid unipolar (AI2O3, Ta2O6. Mb2O3) care prezintă rezistivitate şi rigiditate dielectrică foarte mare şi este stabilă in timp. Condensatorul are una din armături construită clin metalul pe care se obţine stratul de oxid dielectric. Pentru că această armătură arc suprafaţă utilă foarte mare, iar pelicula dielectrică este foarte subţire (sub 1 μm) se obţin capacităţi specifice mari (sute de microfarazi pe cm3). A doua armătură este un electrolit care poate fi lichid, impregnat într-un dielectric poros sau solid. Pentru a menţine stratul de oxid, armătura metalică trebuie să fie întotdeauna pozitivă fată de electrolit, deci condensatoarele electrolitice sînt condensatoare polarizate; modul de polarizare prezentat este specific polarizării inverse a unei joncţiuni metal—oxid.

Condensatorul nu poate funcţiona decît în curent continuu; admite totuşi o componentă alternativă redusă, suprapusă peste componenta continuă. Pentru a realiza condensatoare electrolitice nepolarizate, care pot funcţiona şi în curent alternativ se foloseşte soluţia legării în serie a două joncţiuni metal—oxid polarizate invers.

a) Condensatoarele cu aluminiu semiuscate, frecvent utilizate în montajele electronice sînt, din punct de vedere constructiv, condensatoare bobinate iar tehnologia este similară tehnologiei condensatoarelor cu hîrtie.
Bobina condensatorului are următoarea structură:
— armătura anod realizată din folii de aluminiu de puritate mare, de grosimi între 50 şi l20 μm, asperizate electrochimic pentru a avea o suprafaţă efectivă cît mai mare; în urma operaţiei de oxidare, pe această folie se formează un strat dielectric de AI2O3, de grosime foarte mică (zecimi de micron).
— două folii de hîrtie (de grosime pînă la 100 μm), care reprezintă suportul în care se va impregna electrolitul (a doua armătură a condensatorului).
— folia catodică este o folie de aluminiu neasperizată, cu rol de a asigura contact electric spre exterior celei de a doua armături — electrolitul. În timpul bobinării, prin nituire sau termocompresie se aplică pe armătura anodică şi pe folia catodică lamele de contact sau terminale. Figura 2.26 ilustrează schema de principiu a bobinării şi structura unui astfel de con-densator.

Fig. 2.26. Condensator elecrolitic cu aluminiu semiuscat: a) schema de principiu a bobinării condensatorului; b) structura condensatorului.

După bobinate, urmează operaţia de impregnare a straturilor de hîrtie cu electrolit (acid boric, etilenglicol, hidroxid de amoniu) care trebuie să fie stabil în timp, cu o rezistentă electrică cît mai mică şi invariabilă cu frecvenţa şi temperatura. Etanşeizarea condensatorului se face prin:
— încapsulare în carcasă de aluminiu prevăzută cu capac din textolit, cu nituri şi cose pentru contactul anodîc şi catodic (folia de contact catodic se sudează de peretele carcasei; foliile de contact anodic se sudează de niturile capacului izolant), fig. 2.27.

Fig. 2.27. Condensator electrolitic cu aluminiu în carcasă de aluminiu

— încapsulare în capsule de plastic şi injectarea capacului în matriţă.

În timpul fabricării, pelicula de oxid se deteriorează; prin aplicarea unei tensiuni uşor superioare tensiunii nominale, un timp determinat, pelicula de oxid se reface — operaţia poartă denumirea de formare finală a condensatorului.
Condensatoarele cu aluminiu acoperă gama 0,5÷15 000 μF şi au tensiuni nominale pînă la 500 V; diferite tipuri constructive sînt ilustrate în figurile 2.27 şi 2.28.

Fig. 2.28. Tipuri de condensatoare electrolitice cu aluminiu

b) Condensatoarele cu tantal semiuscat sînt similare, din punct de vedere constructiv, cu condensatoarele semiuscate cu aluminiu. Proprietăţile mecanice superioare ale tantalului permit obţinerea unor folii subţiri, iar permitivitatea pentaoxidului de tantal este aproape dublă faţă de cea a oxidului de aluminiu; va rezulta o capacitate specifică mai mare, iar condensa-toarele vor avea gabarit mai mic. La ora actuală componentele de acest tip sînt folosite mai rar, fiind înlocuite cu condensatoarele cu anozi sintetizaţi din tantal.

Structural, un astfel de condensator este format din:
— armătura anodică: este un bloc, de obicei cilindric, din pulbere de tantal presată şi sinterizată; la o anumită granulaţie a pulberii, suprafaţa utilă a anodului este de ordinul 1 m2/cm3, ceea ce conferă o capacitate spccifică foarte mare condensatorului. Pentru a permite realizarea contactului cu terminalul anodlc armătura anodică se presează in jurul unui conductor port-anod confecţionat din lantal metalic.
— dielectricul: este o peliculă de grosime foarte mică (l00÷500 A) din pentaoxid de tantal (Ta2O5).
— armătura catodică: este un strat de bioxid de mangan (MnO2) oblinut prin imersia repetată a anozilor oxidaţi, 85% din înălţime, în soluţie de azotat de mangan, urmata de piroliză. Acest proces afectează stratul de oxid depus şi acesta va fi refăcut ciclic, prin oxidare electrochimicâ. Contactul catodic se realizează prin imersia structurii obţinute in grafit coloidal, anozii grafitaţi vor fi apoi argintaţi, prin imersie 85% din înălţime în soluţie de argint coloidal; operaţia de argintare va permite lipirea terminalului catodic.
Structura descrisă este ilustrată în figura 2.29. Terminalele pot fi plasate, axial sau radial, acest tip de condensator obţinîndu-se sub două forme constructive:
— condensator tip picătură: terminalele din nichel argintat sînt plasate radial şi acoperirea de protecţie se realizează prin imersie în compound epoxidic urmată de polimerizare;
— condensator de tip tubular: protejarea se face în tub de cupru stanat, terminalul anodic din nichel argintat este izolat de carcasă prin trecere metal-sticlă; terminalul catodic este din cupru argintat sau stanat.

Fig. 2.29. Condensator electrolitic cu anodul din tantal sintetizat – secţiune: 1 – armătura anodică; 2- dielectric din Ta2O5; 3 – armătura catodică strat de MnO2; 4 – strat de grafit; 5 – strat de argint; 6 – conductor portanod; 7 – terminale; 8 – sudura terminalelor.

Fig. 2.30. Condensatoare electrolitice cu tantal.

Condensatoarele cu tantal (figura 2.30) acoperă un domeniu larg de temperatură (—80÷+85oC) şi au performanţe superioare condensatoarelor cu aluminiu: curent de fugă mai mic, variaţii reduse (sub 5%) ale capacităţii cu temperatura; în schimb, tensiunea nominală de lucru ajunge numai pînă la 125 V, iar în regim de impulsuri poate apare fenomenul de străpungere termică (prin doparea stratului de pentaoxid de tantal cu molibden se poate îmbunătăţi comportarea în regim de impulsuri). Condensatoarele cu tantal fabricate în ţară, la Tehnoton — Iaşi, acoperă gama 0,1 μF÷680 μF, cu tensiunea nominală limită de 63 V.

Tabelul 2.4 ilustrează principalele caracteristici tehnice ale condensatoarelor fixe de diferite tipuri fabricate în ţară la I.P.E.E. — Curtea de Argeş, Tehnoton — Iaşi şi I.P.R.S. — Băneasa.