Все о танталовом электролитическом конденсаторе

На современном рынке электроники предлагается множество различных типов конденсаторов, каждый из которых обладает своими особенностями: существенными различиями в характеристиках, преимуществами и недостатками. Кроме этого существует множество подтипов каждого типа, маркируемых производителями по сериям. В этой статье будет рассмотрен танталовый конденсатор, который малоизвестен владельцам электронной техники, тем не менее, он заслуживает особого внимания.

Электронный чип-компонент

Для информации. Тантал, называемый колтан по-местному, – это один из самых дорогостоящих минералов, добываемых в мире, точнее в восточном Конго. Тантал играет важную роль в электронике: его используют при изготовлении электронных конденсаторов. Последние применяются для хранения электроэнергии в сотовых телефонах и портативной электронике.

Технология производства и конструкция

Производство чип-конденсаторов с танталовым диэлектриком достаточно сложное и многоэтапное. Порошок из тантала перемешивается со специальным связующим составом. Далее порошок прессуется вокруг танталового проводника. При нагревании до 150 0 С за несколько минут в вакууме связка исчезает.

Прессование и спекание танталового порошка производится при 1500-2000 0 С в специальной вакуумной установке. Губкообразная структура из пористого порошка с образованным диэлектрическим слоем из пятиокиси тантала Ta2O5 получается механически надежной и прочной. В большей степени это достигается за счет превышения напряжения в 3-4 раза в процессе изготовления по сравнению с рабочим. В зависимости от температуры и времени спекания устройств получаются изделия с различными по объему емкостями.

Далее с помощью окислительно-восстановительной реакции под нагревом формируется твёрдый электролитический слой. Диэлектрическая пленка покрывает всю поверхность анода. В качестве катодного электрода используется диоксид марганца MnO2. Слаги окунаются в раствор, а затем спекаются при t =250 0 С. Процесс повторяется неоднократно при разной концентрации раствора.

Затем формируются внешние выводы устройства. По завершении изделие опускается в графитовую смесь. Лучшее сцепление слагов обеспечивается подсушиваем в печи. Процесс повторяется с серебряной смесью для улучшения электрических соединений слоев. В готовом виде в корпусе содержится около 70 компоновочных элементов, объединенных в монолитную конструкцию.

Важно! По сравнению с обычными электростатическими конденсаторами, диэлектрическая проницаемость здесь значительно выше, так как толщина оксидного слоя намного тоньше. Этот фактор в сочетании с большей площадью анода обуславливает гораздо более высокие ценности: данные устройства способны хранить большую энергию, чем остальные электролитические конденсаторы. Объемнопористые танталовые изделия также отличаются от остальных тем, что токи утечки у них на порядки меньше, а долговечность – практически не ограничена.

Конструкция чип-конденсатора

Технические особенности

Для производства танталовых чип-конденсаторов используют своего рода химическую реакцию между анодом и катодом, изготовленных из двух разных видов материалов для образования тонкого изолирующего слоя. Из-за диэлектрической поляризации положительные заряды смещаются в сторону поля, а отрицательные заряды – в противоположном направлении. Это создает внутреннее электрическое поле, которое уменьшает общее поле внутри самого диэлектрика.

Танталовые конденсаторы способны работать при рабочем напряжении от 2 до 300 В. Однако, устройства поддерживают напряжение только в одном направлении (в силу своей полярности). Химическая реакция может протекать как в прямом, так и в обратном направлении. При обратном направлении возможно повреждение тонкого изолирующего оксидного слоя, вследствие чего может возникнуть короткое замыкание. После того, как диэлектрик будет пробит, восстановлению устройство не подлежит. Поэтому при включении в схему важно строгое соблюдение полярности.

Чип-конденсатор на 16 В

Преимущества и недостатки

Танталовые конденсаторы являются предпочтительными по сравнению, к примеру, с алюминиевыми, потому что они меньше, легче и более устойчивы.

Основные технические достоинства:

• более низкое последовательное сопротивление;
• низкая индуктивность,
• наименьшее значение утечки.

По крайней мере, одно из этих свойств крайне важно, иначе инженеры использовали бы более дешевые чип-компоненты. Примерная цена танталового компонента составляет 40 долларов за килограмм, а иногда скачет свыше 100 $.

Недостатки устройств выражаются в поляризации, токсичности и дороговизне. Танталовые конденсаторы могут взорваться или течь, если будут подвержены слишком большому напряжению или обратному напряжению. В отличие от неполяризованного конденсатора, поляризованный может быть разрушен обратным напряжением и поэтому не должен использоваться в чистых цепях переменного тока без защитных диодов.

Импортные чип-конденсаторы

Область использования

Танталовые конденсаторы представляют собой микроскопические ячейки, которые содержат 1 бит информации. Устройства используют в логических схемах, содержащих в основном транзисторы и резисторы. Крошечные чип-компоненты устанавливаются на внешней стороне чип-пакета или на материнской плате компьютера. При обработке сигналов чип-конденсатор в совокупности с резистором сглаживает пики и острые импульсы сигнала.

Устройства могут использоваться в такой технике, где превыше всего ценится надежность:

• автомобильной,
• промышленной,
• военно-аэрокосмической.

Электрическая и механическая надежность

Критерии выбора

На современном рынке можно легко запутаться из-за наличия различных типов и подтипов чип-конденсаторов. Все они различаются по своим характеристикам, и каждый имеет свои плюсы и минусы.

Критерии выбора конкретных типов устройств определяются следующими факторами:

• способность работы при высоком напряжении;
• значительная емкость;
• величина пробивного напряжения;
• собственная индуктивность;
• стабильность и долгосрочность работы;
• стоимость.

Твердотельные танталовые конденсаторы благодаря отличным характеристикам имеют большую популярность в области производства электронной техники.

Меры предосторожности

Первая задача заключается в увеличении срока службы танталовых конденсаторов. Задачу решают на всех этапах жизни изделия следующими мерами:

• контроль соблюдения установленной технологии производства;
• контроль процесса аттестации готовой продукции и хранения;
• выполнение требований к организации выполнения работ по монтажу;
• оптимальный выбор безопасного режима работы, соблюдение предельно допустимых уровней напряжений и токов;
• соответствие требованиям эксплуатации.

Конденсаторы из танталового электролита

Преимущества конденсаторов с танталовыми диэлектриками заключаются в том, что они имеют очень большие значения емкости и небольшие размеры. Это делает их идеальными в качестве фильтрующих конденсаторов в блоках питания.

Видео

Танталовые конденсаторы. Достоинства и недостатки. Маркировка

Электролитические конденсаторы, имеющие полярные выводы, широко применяются в электротехнике и радиоэлектронике. Они сглаживают пульсирующее напряжение в силовых цепях постоянного тока после выпрямительных диодных мостов, формируют пилообразное напряжение в схемных решениях аналоговой развертки и памяти, обеспечивают работу мультивибраторов, определяя моменты отпирания и запирания транзисторов, тиристоров, семисторов, других ключевых элементов.

Тантал как двигатель прогресса

Одним из магистральных направлений в борьбе за уменьшение размеров элементной базы, которая ведется с первых дней существования радиоэлектроники, является увеличение частоты сигнала, проходящего по цепям. Например, силовой трансформатор, рассчитанный для работы на частоте 400 Гц, в восемь раз меньше такого же по мощности, но пятидесятигерцового.

Однако на пути прогресса встает устаревшая конструкция электролитических конденсаторов. Они сделаны на основе двух свернутых в рулон листов алюминиевой фольги, а потому большая емкость может быть достигнута только экстенсивно – путем увеличения размеров. Кроме того, из-за огромной паразитной индуктивности они плохо работают на частотах свыше 100 КГц и не могут обеспечить функционирование высокочастотных инверторных – преобразующих постоянное напряжение в последовательность прямоугольных импульсов переменной полярности – схем.

Решить проблему (сохранить большую электрическую емкость конденсатора и одновременно уменьшить его размер) удалось, используя в конструкции этого элемента редкоземельный металл тантал. По цене он превышает золото, а сложность его добычи сходна с мучениями мифического Тантала. Причина того, что именно этот металл был необходим для создания современного элемента радиотехнических схем, оказалась весьма прозаичной.

Дело в том, что непременным условием работы электролитического конденсатора является наличие оксидной пленки-диэлектрика на поверхности анода. Слой с необходимыми диэлектрическими свойствами может образовываться, например, на поверхности титана, иридия, алюминия, тантала. Но из всего ряда металлов только у последних двух его толщину можно технологически контролировать. А без этого создать элемент электронной схемы с заданными параметрами невозможно. Так что другого решения дилеммы – использовать дорогой тантал или отказаться от прогресса – просто не было. Небольшим утешением явилось то, что этого металла в конденсаторе совсем немного – сотые доли грамма.

Конструкция танталовых конденсаторов

Как идея, она не претерпела изменений со времен изобретения так называемой Лейденской банки. В конструкцию танталового конденсатора входят:

1. Два электрода – анод (положительный) и катод (отрицательный).

2. Слой диэлектрика, роль которого в Лейденской банке играло стекло. В современных конденсаторах – оксид металла, из которого сделан анод.

3. Электролит – любая проницаемая для электричества среда с определенным сопротивлением. Им может быть вода, кислота, щелочь, твердое или пластичное вещество.

Особенными свойствами его наделяет способ изготовления анода. Физико-механические свойства тантала позволяют создавать из него пористую губчатую структуру. Для этого используется сложная технология спекания очищенного танталового порошка в среде глубокого вакуума. В результате получается, что площадь внутренней поверхности анода многократно превышает внешнюю. Именно это позволяет накапливать огромный электрический заряд внутри небольшого с виду кусочка металла.

Диэлектрическую пленку на поверхности анода получают путем пропускания электрического тока через анод и провоцирования процесса электрохимической коррозии. Полученное вещество – пентоксид тантала – имеет аморфную структуру. Она может оказаться и кристаллической, но тогда – это уже производственный брак, поскольку кристаллический оксид тантала является токопроводящим. Толщина диэлектрической пленки ничтожна, она не превышает нескольких тысяч ангстрем, что в пятьсот раз тоньше человеческого волоса.

В качестве электролита используется твердое вещество, полупроводник – диоксид марганца. Он отделяет катод от анода. Для улучшения проводимости внутреннюю часть отрицательного электрода делают из серебра, а между ним и электролитом устраивают подложку из графита.

Весь этот «бутерброд» заливают компаундом – похожим на пластмассу диэлектриком. Снаружи остаются два металлических вывода. За небольшой размер танталовые конденсаторы нередко зовут «горошинами».

Танталовые конденсаторы. Достоинства и недостатки

Большая электрическая емкость при малых размерах (элементы, используемые для поверхностного монтажа, не превышают 7,5 мм в длину) – главное достоинство конденсаторов с танталовым анодом. Кроме того, они имеют очень малый ток утечки. Однако их электрическая прочность очень небольшая – самые мощные из них рассчитаны на 35 вольт.

Маркировка танталовых конденсаторов

Сейчас на таких конденсаторах указывается численное значение емкости и плюсовой вывод. Рабочее напряжение определяется цветом корпуса.

Старая маркировка была более сложной, она состояла из трех цветных полос и точки. Цвет точки определял множитель значения емкости:

Первые две цветные полосы означали цифры емкости (в микрофарадах)

Оцените качество статьи:

особенности конструкции, свойства и маркировка

В электротехнике и радиотехнике не обойтись без использования конденсаторов. Если в первом случае главное требование — это надежность и долговечность, то во втором случае особое внимание уделяется еще и размерам. Миниатюризация радиотехнических и электронных приборов стала возможна с изобретением танталовых и ниобиевых конденсаторов, размеры которых составляют всего несколько миллиметров.

Тантал способствовал прогрессу

С самого зарождения радиоэлектроники велись исследования, которые были направлены на уменьшение размеров конструктивных элементов. Основное направление в этом вопросе — это увеличение рабочей частоты сигнала. Если сравнить два силовых трансформатора с частотой работы 50 и 400 Гц, то второй примерно в 8 раз меньше по размерам, чем первый.

Устаревшие конструкции конденсаторов представляют собой свернутые рулоны тонкой фольги из алюминия, которые помещаются в электролит. Достижение большой емкости было возможно только за счет увеличения размеров самого элемента. Еще один недостаток такой конструкции — это большая паразитная индуктивность при работе на частотах 100 кГц и выше.

Прорыв в производстве конденсаторов большой емкости и малого размера был достигнут при использовании тантала. Этот редкоземельный металл дороже золота и его добыча довольно сложная, но требуется его для изготовления одного элемента очень мало — не более нескольких микрограммов. Постепенно танталовые электролитические конденсаторы вытеснили устаревшие на основе алюминиевой фольги, так как их производство усовершенствовалось, а стоимость стала довольно низкой.

И это еще не предел для прогресса и усовершенствования конструкции конденсаторов. Приемниками танталовых стали ниобиевые конденсаторы, которые по своей конструкции и технологии производства идентичны предшественникам, но превосходят их по эксплуатационным характеристикам.

Конструктивные особенности устройства

Физико-химические свойства, которыми обладают тантал и ниобий, позволяют создавать из них анод особой пористой структуры. Такие структуры имеют внутреннюю поверхность в несколько десятков раз больше, чем наружную. А это дает возможность накапливать значительный электрический заряд.

Любой современный электролитический конденсатор состоит их трех конструктивных элементов:

• катода и анода;
• диэлектрического слоя;
• одного из видов электролита (щелочи, кислоты, воды, твердого или мягкого вещества).

В роли диэлектрика выступает тончайшая оксидная пленка. Ее получают методом электрохимической коррозии при пропускании электрического тока через анод на стадии производства.

Электролитом служит твердое вещество — диоксид марганца. Он имеет малый коэффициент линейного расширения, не вытекает и не высыхает, как жидкие электролиты. Внутренняя часть катода изготавливается из серебра для увеличения проводимости.

Вся внутренняя начинка заливается похожим на пластмассу веществом с диэлектрическими свойствами — компаундом.

Достоинства и недостатки

Как и танталовые, так и ниобиевые конденсаторы имеют свои положительные и отрицательные качества. Главное их достоинство — это малый размер при относительно большой емкости. А недостаток, который значительно ограничивает сферу их применения, это малая электрическая прочность. Самые мощные образцы способны стабильно и надежно функционировать при напряжениях до 35 В.

Принятая стандартная маркировка танталовых конденсаторов состоит из указания плюсового контакта и численного значения. А цвет корпуса указывает рабочее напряжение. Например:

• розовый цвет — напряжение до 35 В;
• белый цвет — до 30 В;
• серый цвет — до 35 В;
• голубой цвет — до 20 В;
• зеленый цвет — до 16 В;
• черный цвет — до 10 В;
• желтый цвет — до 6,3 В.

Система старой маркировки более сложная и неудобная, поэтому от нее отказались. Она состояла из трех полос и точки разного цвета. Цвет полос соответствовал численному значению, а цвет точки указывал множитель, на который умножалось численное значение. Такая система часто вводила в заблуждение радиотехников и требовала повышенного внимания при работе с конденсаторами, поэтому от нее и отказались и разработали новую маркировку.

Диагностика возможных неисправностей

Чаще всего встречается такая неисправность, как пробой диэлектрической пленки на аноде. Ее толщина составляет всего несколько тысяч ангстрем, а это тоньше человеческого волоса примерно в 500 раз.

Незначительный скачок напряжения может привести к пробою, при котором диэлектрическая пленка приобретает кристаллическую структуру и становится проводником электричества. В этом случае конденсатор становится проводником и сопротивление между анодом и катодом приближается к нулевому значению. На корпусе при пробое часто визуально заметно потемнение и иногда обугливание защитного покрытия из краски.

Более сложно диагностировать потерю номинального значения емкости. В домашних условиях выявить такую неисправность невозможно, для этого

требуется специализированное диагностическое оборудование.

Стоимость танталовых и ниобиевых конденсаторов настолько мала, что проводить сложные измерительные работы нет смысла. Подозрительный элемент просто заменяют на новый или заведомо исправный.

Долговечность керамических, танталовых и электролитических конденсаторов

Конденсаторы являются основными элементами, которые ограничивают долговечность электронных устройств. Хотя срок службы конденсатора зависит от электрических факторов и факторов окружающей среды, срок безопасного хранения зависит главным образом от условий, в которых он находится. Срок службы большинства конденсаторов зависит от таких факторов окружающей среды, как влажность, температура и атмосферное давление. Хранение конденсаторов в сложных условиях может существенно повлиять на их электрические свойства и даже полностью повредить их. 

Влияние факторов окружающей среды на долговечность конденсаторов варьируется в зависимости от химического состава и конструкции данного элемента. Например алюминиевые электролитические конденсаторы очень чувствительны к таким факторам, особенно к высоким температурам.

Конденсаторы содержат химические материалы и воздействие на них высоких температур ускоряет реакции, происходящие в них. Предполагается, что в случае алюминиевых электролитических конденсаторов повышение температуры на 10C может даже удвоить их скорость. Постепенное испарение электролита, в то время как эти конденсаторы подвергаются воздействию высоких температур, вызывает уменьшение емкости и увеличение тангенса угла потерь.

Долговечность электролитических конденсаторов

Алюминиевые электролитические конденсаторы чаще всего используются в схемах, где требуются высокие значения емкости. Обычно применяются для фильтрации напряжения в источниках питания. Срок службы таких устройств и зависит в основном от этих конденсаторов. 

Параметры которые изменяются когда эти конденсаторы хранятся в течение длительного времени без зарядки, представляют собой в основном эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), ток утечки и емкость. ЭПС и ток утечки увеличиваются, а емкость уменьшается. Тем не менее эти изменения обычно невелики если конденсаторы хранятся при комнатной температуре. Современные алюминиевые электролитические конденсаторы имеют более длительный срок хранения по сравнению с их предшественниками.

В случае электролитических конденсаторов изменения ESR, емкости и токи утечки в основном вызваны химической реакцией между слоем оксида алюминия и электролитом. Хранение этих конденсаторов при высоких температурах вызывает деградацию уплотнительного материала. Когда этот материал ослаблен, может произойти чрезмерное испарение электролита, что влияет на электрические характеристики конденсатора. 

Изменения характеристик алюминиевых электролитических конденсаторов при длительном хранении также могут быть вызваны проникновением электролита в оксидную пленку. Это основная причина изменения тока утечки. Скорость ухудшения качества слоя оксида алюминия является функцией времени и температуры.

При хранении алюминиевых электролитических конденсаторов важно не подвергать их воздействию влаги. Высокая влажность ускоряет окисление выводов элемента, что ухудшает их паяемость. Помимо недостатка влаги, необходимо также обеспечить чтобы эти компоненты не подвергались воздействию ультрафиолета, озона, масла и ионизирующего излучения. Воздействие их на конденсаторы приводит к разрушению резиновых уплотнений. А ослабление торцевых уплотнений снижает общую надежность и ускоряет испарение электролита, в том числе это уменьшает их емкость.

Важно знать время хранения алюминиевых электролитических конденсаторов перед их использованием в устройстве. Поскольку ток утечки увеличивается с увеличением времени хранения, конденсатор, который хранился в течение длительного времени, может иметь большой ток утечки и, следовательно, не подходит для любого применения — большой ток, необходимый для восстановления пленки оксида алюминия, может повредить компонент. Это увеличение тока также может отрицательно повлиять на электронную схему. 

Слой можно регенерировать путем подачи напряжения на компонент. Этот процесс восстановления поврежденного оксидного слоя конденсатора называется преобразованием конденсатора. Тем не менее рекомендуется вообще не использовать конденсаторы, которые хранились в течение длительного времени.

Долговечность танталовых конденсаторов

Танталовые конденсаторы имеют более длительный срок хранения. Электрические параметры этих конденсаторов существенно не меняются при долгом хранении. В отличие от алюминиевых электролитических конденсаторов, танталовые обладают более высокой стабильностью и их емкость не ухудшается со временем. 

Многочисленные исследования показали что такие конденсаторы можно хранить в течение длительного периода времени с небольшими изменениями электрических характеристик или вообще без них. Тем не менее имеется небольшое изменение тока утечки, когда танталовый конденсатор хранится в неблагоприятных условиях.

Хранение танталовых конденсаторов при высоких температурах может вызвать значительное изменение этого тока, но нормальный ток утечки восстанавливается когда напряжение подается на компонент в течение короткого времени. Небольшие изменения или отсутствие изменений тока утечки замечены, когда эти конденсаторы хранятся при низких температурах. При хранении танталовых конденсаторов рекомендуется следовать инструкциям производителя. 

Долговечность керамических конденсаторов

Срок годности керамических конденсаторов во многом определяется условиями упаковки и хранения. В отличие от алюминиевых электролитических конденсаторов, диэлектрический материал многослойных керамических конденсаторов (MLCC) не имеет никаких недостатков, если конденсатор хранится в течение короткого времени. Однако длительное хранение многослойных конденсаторов для сборки SMD может вызвать старение диэлектриков (диэлектрики класса II) и проблемы с пайкой, что затрудняет автоматическую сборку.

Когда керамические конденсаторы хранятся в течение длительного времени, медленный процесс окисления может привести к деградации их выводов. Хранение керамического конденсатора на открытом воздухе или воздействие на него хлора или диоксида серы ускоряет процесс окисления. Конечное окисление влияет на паяемость конденсаторов. 

Емкость керамических конденсаторов изготовленных из диэлектриков класса II, таких как X7R, Z5U и Y5U, со временем несколько уменьшается. Это падение емкости из-за старения элемента является функцией времени и не зависит от условий хранения. Чтобы обратить вспять процесс старения диэлектрик нагревают до температуры выше точки Кюри.

Керамические конденсаторы следует хранить в условиях температуры и влажности указанных производителем. Перед использованием конденсатора проверьте рекомендуемый срок службы, дату получения и проверьте качество его выводов. 

Подведем итоги

Для большинства конденсаторов срок хранения зависит от условий. Электрические характеристики хранимых конденсаторов меняются в основном в зависимости от этих условий, в частности от температуры и влажности. 

Для некоторых конденсаторов, таких как алюминиевые электролитические, температура хранения определяет скорость химических реакций происходящих в компоненте — такие конденсаторы, хранящиеся при высоких температурах теряют свою емкость быстрее чем конденсаторы, хранящиеся при низких температурах. Некоторые конденсаторы необходимо переформировать после длительного хранения без подзарядки.

Коварный тантал | Composter 2.0

Недавно мне пришлось в оче­ред­ной раз стол­к­нуть­ся с про­б­ле­мой тан­та­ло­вых элек­тро­ли­ти­че­ских кон­ден­са­то­ров. На­пом­ню, ес­ли кто не в кур­се, чем они от­ли­ча­ют­ся от при­выч­ных алю­ми­ни­е­вых элек­т­ро­ли­тов. Преж­де все­го, ра­бо­чим тем­пе­ра­тур­ным ди­а­па­зо­ном, мень­ши­ми то­ка­ми утеч­ки и низ­ки­ми ди­э­лек­т­ри­че­ски­ми по­те­ря­ми. Ес­ли алю­ми­ни­е­вые элек­т­ро­ли­ты мо­гут на пре­де­ле воз­мож­но­стей ра­бо­тать до –40°C, то тан­та­ло­вые вы­дер­жи­ва­ют вплоть до –60°C при не­зна­чи­тель­ном умень­ше­нии ем­кос­ти (до 5%).

 

Почему их не применяли везде, где только можно? Ответ простой — цена. Танталовый электролитический конденсатор стоит раз в 10 дороже обычного алюминиевого. Для производства требуется конструкция на основе редкоземельного элемента, помещенная в более надежный и устойчивый к внешним воздействиям корпус. Со­вре­мен­ные ста­ра­те­ли с удо­воль­ст­ви­ем скупают танталовые конденсаторы в любых количествах, зачастую, именно из-за корпуса: некоторые со­вет­ские электролиты (например, К52-1) изготавливались в корпусах с содержанием серебра до 90%.

По моим наблюдениям, танталовые конденсаторы ЭТО и К52-1 лет 15, а то и 20 не меняют своих свойств. Если вре­мя бе­рет своё — тут начинаются сюрпризы. При старении у обычного алюминиевого конденсатора умень­ша­ет­ся ем­кость, или уве­ли­чи­ва­ет­ся утечка, или окис­ля­ют­ся до без­об­ра­зия выводы, у тан­та­ло­вого — без ви­ди­мых на то причин про­с­то возникает внутреннее короткое замыкание.

Последствия нетрудно предугадать, так как основное назначение электролитических конденсаторов — это ис­поль­зо­ва­ние в цепях питания и развязывающих фильтрах. Встречается, правда, ситуации, когда элек­тро­ли­ти­че­ские кон­ден­са­то­ры ус­та­нов­ле­ны во вре­мя­за­да­ю­щих цепях, но это считается дурным тоном.

Случай с УКВ радиоприемником

Недавно у меня произошел очередной отказ, виновником которого стал старый танталовый конденсатор. Я купил ста­рый советский УКВ-радиоприемник для радиоразведки Р313М2, который давно напрашивался в мою коллекцию. Про­дав­ца я знаю не первый год, человек порядочный, никогда меня не обманывал и не подводил. Приемник анон­си­ро­вал­ся как ра­бо­чий. И вот приношу я сей аппарат домой, включаю, и тишина… Никакой реакции на органы управления.

У меня за годы работы с техникой выработалось правило — там, где это возможно всегда использовать ограничение то­ка или защиту по току, поэтому перед первым выключением на внешнем блоке питания я выставил предел в 2А. В при­ем­ни­ке на входе стоит ком­пен­са­ци­он­ный стабилизатор напряжения на 10V с проходным транзистором П210 ус­та­нов­лен­ным на лицевой панели приемника. Этот стабилизатор питает двухтактный преобразователь для по­лу­че­ния не­об­хо­ди­мых на­пря­же­ний питания всех узлов приемника. Я подумал, что не хватает тока для запуска пре­об­ра­зо­ва­те­ля, и увеличил ток защиты до 5 Ампер. Больший ток мой блок питания выдать не может. Результат тот же. Тогда я по­нял, что есть неисправность в блоке питания приемника.

Фрагмент схемы питания УКВ-радиоприемника Р313М2 для радиоразведки

Блок питания конструктивно установлен в приемнике на разъеме и легко извлекается. Отрадно, что старичок П210А (ПП34) выдержал пятиамперные издевательства с моей стороны и даже не нагрелся. После недолгих манипуляций с тестером, была найдена точка короткого замыкания и, как оказалось, виновником оказался конденсатор С206 (указан на схеме красной стрелкой). Это был электролитический конденсатор типа ЭТО-2 на 400 мкФ 15В. И стоит он как раз в цепи фильтрации напряжения, питающего импульсный двухтактный преобразователь. Добраться к нему было совсем непросто.

Электролитический конденсатор емкостью 400,0 мкФ на 15В серии ЭТО-2

Вынимать конденсатор из платы было тоже нелегко, так как он был намертво приклеен к плате эпоксидной смолой. Я обратил внимание, что адгезия (сила сцепления) краски конденсатора со смолой была выше, чем с кор­пу­сом са­мо­го кон­ден­са­то­ра.

 

И еще было видно, что из конденсатора вытек электролит и запачкал весь отсек.

 

Это фото сделано уже после того, как отсек был очищен от загрязнения. При измерении сопротивления конденсатора я увидел следующее.

 

Комментарии, как говорится, излишни. Пробит наглухо.

Конденсаторов ЭТО-2 у меня уже давно нет, было решено поставить связку из трех более современных, и, со­от­вет­ст­вен­но, более свежих «танталов» К52-1 на 100,0 мкФ х 35В. В сумме получилось 300,0 мкФ, но в данном случае это до­пус­ти­мо: у родного конденсатора был допуск ±20%. Современную маркировку всегда нужно ве­ри­фи­ци­ро­вать по при­бо­рам, что и было сделано на китайском тестере Т4.

 

Результаты измерений меня удовлетворили, показатель утечки в 0,4% очень хороший. Для сравнения, у подавляющего количества современных новых алюминиевых электролитов этот показатель колеблется от 1% до 2,5%. Конденсаторы были изготовлены в декабре 2006 года, значит прослужат еще лет десять, а там видно будет.

После окончательной сборки приемник ожил и устойчиво заработал на всех диапазонах. Вот так выглядит приемник во включенном состоянии.

Практические выводы

Из практики применения танталовых конденсаторов в импульсных блоках питания на­пра­ши­ва­ет­ся оче­вид­ный вы­вод: всег­да нужно брать более, чем двукратный запас по напряжению. Стоит также избегать больших номиналов ём­кос­ти в од­ном из­де­лии — лучше включить параллельно несколько конденсаторов меньшего номинала. Если ис­точ­ник пи­та­ния, к примеру, на 12В то на выходе «тантал» лучше ставить на 25В, а не на 16В, как может показаться. Проверено.

Особенно тщательно следует выбирать современные SMD-конденсаторы. У них огромное раз­но­об­ра­зие ти­пов, при­чем пол­ное название изделия доступно только на упаковке. В итоге, может оказаться, что вы ставите в схему кон­ден­са­тор, ко­то­рый не годится для данных условий эксплуатации.

Ошибка — и «тантал» при первом же включении буквально горит синим пламенем. На мон­таж­ни­ков гре­шить не стоит — по­ляр­ность и но­ми­на­лы как и должно быть. Просто в импульсных схемах при выборе танталовых SMD-кон­ден­са­то­ров нуж­но ру­ко­вод­ст­во­вать­ся гра­фи­ком допустимого рабочего напряжения и реального напряжения в схеме, причем, для раз­ной ём­кос­ти гра­фи­ки разные.

А еще лучше применять конденсаторы определённого типа. Если вместо конденсаторов серии TPS фирмы AVX, ус­та­но­вить конденсаторы TAJ того же производителя, то стоит принять во внимание, что TPS при том же рабочем на­пря­же­нии имеют в два раза большие габариты по высоте и соответственно большую стоимость и ре­ко­мен­до­ва­ны для ра­бо­ты при импульсных нагрузках.

Кое-кто объясняет возгорание «тантала» тем, что у него малые величины эквивалентного по­сле­до­ва­тель­но­го со­про­тив­ле­ния и при быстрой перезарядке конденсатора внутри него возникают огромные пиковые токи. Бороться с этим яв­ле­ни­ем предлагается путем последовательного включения с конденсатором резистора сопротивлением 0,1-0,5 Ом. Такое умышленное увеличение ESR не совсем правильно (за что боролись?). Тут, по моему мнению, дол­жен быть ком­про­мисс меж­ду емкостью, стоимостью и габаритами. И, конечно, надо подбирать тип конденсатора со­глас­но спра­воч­ным дан­ным. Танталовые емкости вольного обращения не прощают.