Как определить полярный или неполярный конденсатор

Всевозможные типы конденсаторов, используемые сегодня практически всюду в электронике и электротехнике, в качестве диэлектрика содержат различные вещества. Однако, что касается конкретно электролитических конденсаторов, в частности также танталовых и полимерных, то для них при включении в схему важно строгое соблюдение полярности. Если такой конденсатор включить в цепь неправильно, то он не сможет нормально работать. Данные конденсаторы называются поэтому полярными.

В чем же заключается принципиальное отличие полярного конденсатора от неполярного, почему одним конденсаторам все равно как быть включенными в схему, а другим принципиально важно соблюдение полярности? В этом и попробуем сейчас разобраться.

Дело здесь в том, что процесс изготовления электролитических конденсаторов сильно отличается от, скажем, керамических или полипропиленовых. Если у последних двух как обкладки, так и диэлектрик однородны по отношению друг к другу, то есть нет различия в структуре на границе обкладка-диэлектрик с обеих сторон диэлектрика, то электролитические конденсаторы (цилиндрические алюминиевые, танталовые, полимерные) имеют различие в структуре перехода диэлектрик-обкладка с двух сторон диэлектрика: анод и катод отличаются по химическому составу и физическим свойствам.

Когда изготавливают электролитический алюминиевый конденсатор, то не просто скручивают в рулон две одинаковые обкладки из фольги, проложенные пропитанной электролитом бумагой.

Со стороны анодной обкладки (на которую подается +) присутствует слой оксида алюминия, нанесенный на травленую поверхность фольги особым способом. Анод призван отдавать электроны через внешнюю цепь катоду в процессе заряда конденсатора.

Отрицательная обкладка (катод) — просто алюминиевая фольга, на нее в процессе заряда приходят электроны по внешней цепи. Электролит здесь служит проводником ионов.

Так же обстоит дело и с танталовыми конденсаторами, где в качестве анода служит порошок тантала, на котором формируется пленка пентаоксида тантала (анод связан с оксидом!), несущего функцию диэлектрика, затем идет слой полупроводника — диоксида марганца в качестве электролита, затем серебряный катод, с которого будут уходить электроны в процессе разряда.

Полимерные электролитические конденсаторы в качестве катода используют легкий проводящий полимер, а в остальном все процессы аналогичны. Суть — окислительная и восстановительная реакции, как в аккумуляторной батарее. Анод окисляется во время электрохимической реакции разрядки, а катод восстанавливается.

Когда электролитический конденсатор заряжен, то имеет место избыток электронов на его катоде, на минусовой обкладке, сообщающий как раз отрицательный заряд этой клемме, а на аноде — недостаток электронов, дающий положительный заряд, таким образом получаем разность потенциалов.

Если заряженный электролитический конденсатор замкнуть на внешнюю цепь, то избыточные электроны побегут от отрицательно заряженного катода к положительно заряженному аноду, и заряд будет нейтрализован. В электролите положительные ионы движутся в этот момент от катода к аноду.

Если включить такой полярный конденсатор в цепь неправильно, то описанные реакции не смогут нормально протекать, и конденсатор не будет нормально работать. Неполярные же конденсаторы могут работать в любом включении, поскольку в них нет ни анода, ни катода, ни электролита, и их обкладки взаимодействуют с диэлектриком одинаково, ровно как и с источником.

А что если под рукой есть только полярные электролитические конденсаторы, а нужно осуществить включение конденсатора в цепь тока с меняющейся полярностью? Для этого существует одна хитрость. Нужно взять два одинаковых полярных электролитических конденсатора, и соединить их между собой последовательно одноименными клеммами. Получится один неполярный конденсатор из двух полярных, емкость которого будет в 2 раза меньше каждого из двух его составляющих.

На этой основе, кстати, изготавливают неполярные электролитические конденсаторы, в которых слой оксида присутствует на обеих обкладках. По этой причине неполярные электролитические конденсаторы имеют значительно больший размер, чем полярные аналогичной емкости. Основываясь на данном принципе, изготавливают также электролитические пусковые неполярные конденсаторы, рассчитанные на работу в цепях переменного тока частотой 50-60 Гц.

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Типы неполярных конденсаторов

Конденсаторы представляют собой электронные устройства, которые имеют две проводящие поверхности (пластины), разделенные изолятором (диэлектриком). Они могут временно хранить электрический заряд. Единственный тип конденсатора, который поляризован (работает по-разному в зависимости от того, каким образом ток течет через него) является электролитическим конденсатором.

Электролитические конденсаторы имеют более высокую емкость, но для большинства целей предпочтительным является неполярные конденсаторы. Они дешевле, и их можно установить в любом направлении, невзирая на полярность. Но видов неполярных конденсаторов существует немало, и в этом материале мы разберемся, какие это типы.

Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы являются наиболее распространенным типом неполярного конденсатора. Это хорошо протестированная технология и самый дешевый вид конденсатора. Самый старый стиль реализации (начиная с 1930-х годов) имеет форму диска, но более новые стили имеют форму блока. Они хорошо работают в радиочастотных цепях, а новые модели работают в микроволновом диапазоне. Они доступны с емкостями от 10 пикофарад до 1 микрофарад. Они имеют некоторую утечку (через диэлектрик), а их производительность и стабильность температуры варьируются в зависимости от производителя.

Конденсаторы с серебряной слюдой

Конденсаторы с серебряной слюдой редко встречаются – в основном потому, что они относительно дороги. Они очень надежны и устойчивы к температуре. Они имеют емкость от 1 пикофарада до 3000 пикофарад и имеют очень небольшую утечку. Они используются в генераторных и фильтрационных схемах особенно тогда, когда необходима стабильность.

Полиэфирные конденсаторы

Полиэфирные конденсаторы также известны как майларовые конденсаторы. Они являются недорогими, точными и имеют небольшую утечку. Они работают в диапазоне 0,001 микрофарад до 50 микрофарад и используются, когда точность и стабильность не так важны.

Полистирольные конденсаторы

Полистирольные конденсаторы очень точные, имеют небольшую утечку и используются в фильтрах и других схемах, где важны стабильность и точность. Они относительно дороги и работают от 10 пикофарадов до 1 микрофарада. По слухам, они уходят с рынка, поэтому они все меньше и меньше появляются в схемах.

Поликарбонатные конденсаторы

Поликарбонатные конденсаторы являются дорогостоящими и очень качественными, с высокой точностью и очень низкой утечкой. К сожалению, их производство было прекращено, и их сейчас трудно найти. Они хорошо работают в условиях жесткой и высокой температуры и имеют емкость от 100 пикофарад до 20 микрофарад.

Полипропиленовые конденсаторы

Конденсаторы из полипропилена являются дорогостоящими и высокоэффективными конденсаторами с емкостью от 100 пикофарад до 50 микрофарад. Они очень стабильны с течением времени, очень точны и имеют чрезвычайно низкую утечку.

Тефлоновые конденсаторы

Это самые стабильные конденсаторы. Они чрезвычайно точны и почти не имеют утечки. Особо следует отметить, что они ведут себя точно так же хорошо в широком диапазоне колебаний частоты. Они имеют емкость от 100 пикофарад до 1 микрофарад.

Стеклянные конденсаторы

Стеклянные конденсаторы очень надежные и хорошо подходят для суровых условий. Они стабильны и работают с емкостями от 10 пикофарад до 1000 пикофарад. К сожалению, они также являются самыми дорогими конденсаторами.

Что такое конденсатор

Среди электронных компонентов, наиболее часто встречающихся в рекомендациях по ремонту оборудования наверно более 50% всех случаев поломки случаются из-за неисправности конденсаторов. Как электрический прибор конденсатор участвует во множестве электрических схем. Основа работы такого элемента основана на постепенном накоплении электричества разного потенциала между обкладками и его последующего резкого разряда.

Сегодня наиболее распространенными в схемотехнике являются два вида конденсаторов:

• электролитические или полярные, называются так, потому что при включении в схему аппаратуры требуют установки согласно полярности: «плюс» к плюсу схемы, а вот «минус» к отрицательному;
• неполярные все остальные типы конденсаторов.

На практике эти электронные компоненты являются небольшими по размерам приборами, но при этом имеют очень большую и довольно чувствительную емкость, поэтому при работе с ними необходимо максимально соблюдать осторожность и внимательность.

Принцип работы

Принцип работы, на котором основана работа этого радиоэлемента заключается в том, что при использовании его в электрических схемах он способен накапливать электрический заряд.

Это свойство, возможно только с переменным электрическим током – поэтому он применяется в схемах, где необходимо разделение двух составляющих тока – постоянной и переменной. А вот в схемах с постоянным электрическим током конденсатор будет выполнять роль диэлектрика, поскольку в таких условиях он не способен накапливать заряд.

Область применения

Конденсаторы применяются в зависимости от своего номинала и маркировки в различных радиосхемах и электронных приборах. Это в основном небольшие по емкости компоненты, выход их строя которых не сопровождается большими и разрушительными последствиями.

Возможные неисправности

Нерабочая электрическая схема прибора или незапускающийся двигатель сам по себе сигнализирует о неисправности одного или нескольких компонентов схемы, а вот конкретно неисправность конденсатора может быть следствием некоторых факторов, влияющих на работоспособность элемента:

• короткого замыкания внутри между обкладками;
• порыва внутренней цепи элемента;
• превышения допустимого тока утечки;
• уменьшения номинальной емкости данного прибора;
• физического повреждения корпуса и нарушения его герметичности.

Как определить поломку по внешним признакам

Вышедший из строя электронный компонент, возможно определить, или во всяком случае поставить под сомнение его работоспособность возможно благодаря следующим внешним признакам:

• нарушение герметичности корпуса – в виде разрыва внешнего корпуса и выступившего электролита;
• раздутого корпуса элемента с видными повреждениями геометрии (чаще всего они имеют цилиндрическую форму, поэтому выпуклости на внешней оболочке говорят о его неисправности).

Как проверить конденсатор (пусковой/высоковольтный/пленочный и т.д.) мультиметром

Самым простым и надежным способом проверки неисправного конденсатора является проверка его омметром, или специально собранной проверочной схемы. Омметр покажет сопротивление электронного устройства, по которому можно судить о целостности диэлектрика, и делать выводы об исправности элемента.

Сам процесс можно описать алгоритмом:

• измерительный прибор переводится в режим омметра;
• омметр выставляется в верхний режим измерения сопротивления – бесконечность значения;
• проводится измерение сопротивления устройства на выводах – в случае если прибор показывает низкое значение сопротивления (любое отличное от значения «бесконечность») то тестируемый элемент непригоден к дальнейшей работе, внутри имеется пробой диэлектрика или утечка электролита.

Небольшое отклонение стрелки на циферблате тестера при проверке подобного типа электронных устройств с последующим возвращением в исходное нулевое положение свидетельствует о том, что конденсатор исправен и начал набирать небольшую емкость.

Отклонение стрелки мультиметра на определенную величину с последующим возвращением и фиксацией на каком-либо значении сопротивления говорит о неисправности элемента.

Как проверить не выпаивая

Одним из вариантов проверки работоспособности конденсаторов без демонтажа их из схемы является включение в схему параллельно испытуемому элементу исправного компонента соответствующего номинала. Такой вариант позволяет судить о работоспособности испытуемого электронного устройства и определить вариант его замены.

Вообще чаще всего в рабочих устройствах выходят из строя в основном электролитические конденсаторы, реже полиэтилентерефталатные в высоковольтных цепях.

Как узнать ёмкость конденсатора

В большинстве случаев емкость прибора указывается в маркировке на корпусе элемента. Однако зачастую существует необходимость определения емкости электронных компонентов с недостаточно четко промаркированными данными.

В большинстве мультиметров имеется 5 пределов измерения:

• 20 нФ (20nF)
• 200 нФ (200nF)
• 2 мкФ (2uF)
• 20 мкФ (20uF)
• 200 мкФ (200uF)

Такой диапазон измерения емкости элементов позволяет проводить тестирование, как неполярных конденсаторов, так и полярных, то есть электролитических. Сам процесс проведения тестирования выглядит так:

Контрольные щупы прибора переключаются к специальным гнездам измерения емкости (гнезда Сх).

Полученное значение и показывает емкость электронного компонента схемы.

В отдельных мультиметрах, вместо специальных гнезд на рабочую панель выведены металлические пластины. Проверка элемента проводится путем присоединения выводов к платинам с соблюдением полярности.

Советы и рекомендации

Приступая к проверке элементов необходимо четко понимать, что даже самые современные мультиметры не способны измерять очень большую емкость таких устройств, в большинстве своем максимальным пределом является измерение как полярных, так и неполярных элементов емкостью до 200 мкФ (200uF).

Не лишне радиолюбителям помнить и о технике безопасности при проверке подобных утройств высоковольтных схемах.

Ремонт бытовой радиоаппаратуры в которой применяются высоковольтные схемы, должен начинаться после выключения прибора и разрядки электронного компонента разрядной цепью из резистора номиналом 2 кОм…1 Мом, которая соединяется с общим проводом схемы или корпусом:

• в низковольтных цепях с емкостями до 1000 мкФ и напряжением до 400 В достаточно 2 кОм (25 Вт);
• для цепей с емкостями до 2 мкФ и со средними рабочими напряжениями до 5000 В — 100 кОм (25 Вт);
• для высоковольтных цепей с емкостями до 2 нФ и рабочими напряжениями до 50 кВ — 1 МОм (10 Вт).

Ну и для любителей экстрима вполне может подойти древнейший способ проверки устройств большой емкости. После полной зарядки, а свойство заряжаться и копить заряд электричества в данном случае будет иметь основное значение, выводы элемента замыкаются на металлическом предмете, при этом желательно не только изолировать сам предмет, но и руки резиновыми перчатками.

Результат должен проявиться в неповторимой искре и одновременном звуковом сопровождении процесс разряда.