Как определить полярность конденсатора: где плюс, где минус по внешнему виду

Полярные и неполярные конденсаторы – в чем отличие

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?

Будет интересно Чем отличаются параллельное и последовательное соединение конденсаторов

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.

Полярные и неполярные конденсаторы.

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.

Полярность конденсатора.

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.

Будет интересно Что такое танталовый конденсатор

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.

Полярный и неполярный конденсатор

Что будет если перепутать полярность

Если ошибиться с полярностью электролитического конденсатора – он обязательно выйдет из строя! Сопротивление конденсатора при обратной полярности небольшое, поэтому через его цепь потечет значительный ток. Это вызовет быстрый перегрев, закипание электролита, пары которого разорвут корпус. Такой же эффект вызовет и увеличение рабочего напряжения выше указанного на корпусе. Чтобы исключить нехорошие последствия, верхняя крышка корпуса делается профилированной, с канавками-углублениями на верхней крышке.

Будет интересно Сколько стоят керамические конденсаторы?

При повышенном давлении внутри крышка расходится по этим канавкам, выпуская пары наружу. Следует отметить, что электролитические конденсаторы, использующиеся в компьютерных блоках питания и материнских платах, могут выйти из строя после нескольких лет эксплуатации в нормальном рабочем режиме. Дело в том, что в конденсаторах из-за наличия электролита постоянно протекают электрохимические процессы, усугубляющиеся тяжелым режимом работы и повышенной температурой.

По маркировке

У отечественных электролитов концы расположены в разных сторонах устройства, либо на одной стороне. На корпусе прибора изображают знак «плюс». Определить, какой конец является частью анода можно, посмотрев на расположение «плюса». К какому выводу он изображен ближе, тот конец и относится к аноду. Старые образцы приборов чешского производства имеют точно такое же обозначение.

Устройства типа К50-16 изготовлены из пластмассы. На них уже указана информация о полярности. Однако иногда знаки «+» и «—» расположены таким образом, что концы пересекают их центры.

Некоторые устройства имеют нестандартную конструкцию, предусматривающую соединение с шасси. Их используют в качестве элементов для осветительных ламп. Катод этих приборов подключается отрицательно и выведен на корпус, в то время как анод выходит из элемента.

Существует серия конденсаторов ЭТО. Некоторые путают их с диодами. Эти приборы маркируются, но иногда обозначения стираются. Что определить местоположение анода, нужно посмотреть на вывод, который выходит из утолщения корпуса.

Полярность конденсаторов, выпускаемых сегодня, определяют по полосе рядом с выводом «минус». Обозначение изображено краской и выглядит как прерывистая линия.

Как определить полярность конденсатора, если маркировка стерта? Конденсатор разряжают и замыкают его ножки отверткой. К устройству подсоединяют батарейку, резистор, микроамперметр и милливольтметр. На схему подают напряжение. Конденсатор начинает накапливать заряд.

Когда зарядка закончится, фиксируют показания прибора по измерению тока. Конденсатор разряжают. Для этого два выхода подсоединяют к лампе. Если она гаснет – прибор разрядился.

Схему собирают повторно и заново снимают показания. Данные первого измерения сравнивают со вторым. Если «плюс» был соединен с «плюсом» милливольтметра, то сведения не будут отличаться друг от друга. Противоположный итог свидетельствует о том, что полярность установлена неверно.

Электролит теряет емкость, если заряжается от источника 9-12 Вт. Такой элемент для сборки схемы не используют, иначе прибор сломается.

Как проверить конденсатор при помощи прибора ESR-METR

Простыми словами, ESR-METR — устройство, предназначенное для проверки конденсаторов, созданное на базе микропроцессора (к примеру, ATmega328). Имеет дисплей и контакты для подключения проводов.

Устройство продается без корпуса и питается от батарейки типа «Крона».

Минус прибора в том, что оно позволяет и измерять ESR только для снятых конденсаторов. При проведении замера на плате прибор показывает некорректный показатель.

Для проверки конденсатора этим устройством сделайте следующие шаги:

Выполните калибровку прибора. Для этого замкните контакты на 1-й и 4-й колонке, а после жмите на кнопку для автоматической калибровки. В случае успеха на экране должна появиться соответствующая надпись.
Разрядите конденсатор.
Подключите прибор к интересующим разъемам и выполните измерение.

В каждом конденсаторе имеется небольшое сопротивление, что приводит к небольшим потерям на уровне 0,5%. Если проверка показала завышенный показатель, это свидетельствует о высыхании детали.

Плоский конденсатор и его емкость

Плоским конденсатором называют конденсатор, который состоит из двух одинаковых пластин, которые параллельны друг другу. Пластины могут быть разной формы. На практике чаще всего можно встретить квадратные, прямоугольные и круглые пластины. Давайте рассмотрим простой плоский квадратный конденсатор.

плоский конденсатор

где

d – расстояние между пластинами конденсатора, м

S – площадь самой наименьшей пластины, м2

ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика между обкладками конденсатора

Готовая формула для плоского конденсатора будет выглядеть так:

где

С – емкость конденсатора, ф

ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика

ε0 – диэлектрическая постоянная, ф/м

S – площадь самой наименьшей пластины, м2

d – расстояние между пластинами, м

Да, знаю, у вас сразу возникает вопрос: “А что такое диэлектрическая постоянная?” Диэлектрическая постоянная – это постоянная величина, которая нужная для вычислений в некоторых формулах электромагнетизма. Ее значение равняется 8, 854 × 10-12 ф/м.

Диэлектрическая проницаемость – эта величина зависит от типа диэлектрика, который находится между обкладками конденсатора. Например, для воздуха и вакуума это значение равняется 1, для некоторых других веществ можете посмотреть в таблице.

Какой можно сделать вывод из этой формулы? Хотите сделать конденсатор с огромной емкостью, делайте площадь пластин как можно больше, расстояние между пластинами как можно меньше и заправляйте вместо диэлектрика дистиллированную воду.

В настоящее время конденсаторы делают из нескольких пластин в виде слоеного торта. Это примерно выглядит вот так.

многослойный конденсатор

В этом случае формула такого конденсатора примет вид:

формула многослойного конденсатора

где n – это количество пластин

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.

Полярные и неполярные конденсаторы – в чем отличие

Будет интересно Как обозначаются конденсаторы на схеме?

Полярные и неполярные конденсаторы.

Полярность конденсатора.

Будет интересно Конденсатор — простыми словами о сложном

Полярный и неполярный конденсатор

Диагностика неисправностей

Довольно часто выявить пробой радиоэлемента можно в результате визуального осмотра, по характерному вздутию, потемнению, трещинам или другим нарушениям целостности корпуса. В качестве примера на фотографии продемонстрированы такие признаки.

К сожалению, визуально обнаружить неработающий радиоэлемент не всегда удается, вполне нормальная с виду деталь, у которой целый корпус, не имеющий ярко выраженных дефектов, может быть нерабочей из-за внутреннего короткого замыкания.

Перед тем как начать проверять мультиметром неполярный пленочный, керамический, электролитический, smd или sbb конденсатор, следует снять его с платы, поскольку протестировать не выпаивая радиодеталь практически не возможно.

Для справедливости необходимо заметить, что есть несколько способов не прибегать к паяльнику, один из них – замерять сопротивление цепи на плате, но для этого потребуется карта сопротивлений, причем, для конкретной модели сломавшегося устройства, а она не всегда есть даже в официальных сервисных центрах.

Обозначение минуса

Принцип маркировки полярности импортных изделий отличается от традиционных стандартов отечественной промышленности и состоит в алгоритме: “чтобы узнать, где плюс, сначала нужно найти, где минус”. Местоположение отрицательного контакта показывают как специальные знаки, так и цвет окраски корпуса.

Например, на черном цилиндрическом корпусе на стороне отрицательного вывода, иногда называемого катодом, нанесена светло-серая полоса по всей высоте цилиндра. На полосе напечатана прерывистая линия, или вытянутые эллипсы, или знак “минус”, а также 1 или 2 угловые скобки, острым углом направленные на катод. Модельный ряд с другими номиналами отличается синим корпусом и бледно-голубой полосой на стороне отрицательного контакта.

Применяют для маркировки и другие цвета, следуя общему принципу: темный корпус и светлая полоса. Такая маркировка никогда полностью не стирается и поэтому всегда можно уверенно определить полярность “электролита”, как для краткости на радиотехническом жаргоне называют электролитические конденсаторы.

Корпус емкостей SMD, изготовленных в виде металлического алюминиевого цилиндра, остается неокрашенным и имеет естественный серебристый цвет, а сегмент круглого верхнего торца закрашивается интенсивным черным, красным или синим цветом и соответствует позиции отрицательного вывода. После монтажа элемента на поверхность печатной платы частично закрашенный торец корпуса, указывающий полярность, хорошо просматривается на схеме, поскольку по сравнению с плоскими элементами имеет большую высоту.

На поверхность платы наносится соответствующее маркировке обозначение полярности цилиндрического SMD-прибора: это окружность с заштрихованным белыми линиями сегментом, где располагается отрицательный контакт. Однако следует учесть, что некоторые фирмы-производители предпочитают белым цветом отмечать положительный контакт прибора.

Как проверить неполярный конденсатор мультиметром

Чтобы провести процедуру тестирования, аппарат потребуется установить в режим омметра. Его основное назначение – измерить параметр сопротивления. При работе с данной группой элементов проверяется сопротивление утечки. Рабочие щупы подсоединяются к выводам конденсатора, подвергающегося проверке. Теперь нужно смотреть на показания прибора. Если на экране отображается единица, значение сопротивления превышает 2 мегаом. Это считается нормальным показателем. Если сопротивление ниже, имеет место значительная утечка.

Важно! Нужно избегать держания обеими руками выводов тестируемого устройства и щупов измерительного прибора. Это приведет к получению некорректных результатов измерений

Проверка с помощью мультиметра

Характеристики и свойства

К параметрам конденсатора, которые используют для создания и ремонта электронных устройств, относят:

Ёмкость — С. Определяет количество заряда, которое удерживает прибор. На корпусе указывается значение номинальной ёмкости. Для создания требуемых значений элементы включают в цепь параллельно или последовательно. Эксплуатационные величины не совпадают с расчетными.
Резонансная частота — fр. Если частота тока больше резонансной, то проявляются индуктивные свойства элемента. Это затрудняет работу. Чтобы обеспечить расчетную мощность в цепи, конденсатор разумно использовать на частотах меньше резонансных значений.
Номинальное напряжение — Uн. Для предупреждения пробоя элемента рабочее напряжение устанавливают меньше номинального. Параметр указывается на корпусе конденсатора.
Полярность. При неверном подключении произойдет пробой и выход из строя.
Электрическое сопротивление изоляции — Rd. Определяет ток утечки прибора. В устройствах детали располагаются близко друг к другу. При высоком токе утечки возможны паразитные связи в цепях. Это приводит к неисправностям. Ток утечки ухудшает емкостные свойства элемента.
Температурный коэффициент — TKE. Значение определяет, как ёмкость прибора меняется при колебаниях температуры среды. Параметр используют, когда разрабатывают устройства для эксплуатации в тяжелых климатических условиях.
Паразитный пьезоэффект. Некоторые типы конденсаторов при деформации создают шумы в устройствах.

Заряд и разряд конденсатора — RC-цепочка

Теперь разберёмся с процессами, происходящими внутри конденсатора во время заряда и разряда. Для этого рассмотрим самую простую электрическую цепь с конденсатором. С левой стороны схемы подключим источник питания. Сверху разместим ключ и резистор, а справа сам конденсатор. Участок цепи, на котором есть конденсатор и резистор называют RC-цепью.

При замыкании ключа, в такой цепи образуется электрический ток, сила которого зависит от сопротивления резистора и внутреннего сопротивления самого конденсатора. Заряженные частицы устремятся к конденсатору, но не смогут преодолеть слой диэлектрика (по крайней мере все разом). Вследствие чего, с одной стороны конденсатора накопятся отрицательно заряженные частицы, а с другой стороны — положительно заряженные. Концентрация заряженных частиц на обкладках создаст мощное электрическое поле между ними.

С течением времени, напряжение на конденсаторе растет, а сила тока падает. После завершения процесса заряда, ток в цепи упадет почти до нуля. Останется только очень маленький ток утечки, который образуется благодаря тому, что некоторым заряженным частицам всё же удается проскочить через слой диэлектрика. Напряжение, напротив, станет практически равным напряжению источника.

Когда мы отключим конденсатор от источника питания, этот самый ток утечки постепенно разрядит конденсатор. Эта особенность электрических конденсаторов не даёт нам сделать из них контейнер для длительного хранения энергии. Хотя частично эту проблему решают ионисторы.

Устройство конденсатора

Простейший конденсатор состоит из двух металлических пластин (обкладок), разделенных слоем диэлектрика. Емкость (способность накапливать электрический заряд) увеличивается с ростом площади пластин и с уменьшением толщины изолирующего слоя.

Параметры простейшей конструкции слишком малы. Для ее увеличения есть два пути:

Увеличение площади обкладок, что приводит к увеличению габаритов.
Уменьшение толщины диэлектрика, приводящее к снижению номинального рабочего напряжения из-за электрического пробоя.

Для того, чтобы избежать перечисленных проблем, разработаны специальные конструкции. Например, если сделать обкладки небольшой ширины и большой длины, их можно вместе с гибким диэлектриком свернуть в плотный цилиндр, получится цилиндрический конденсатор. Размещая пластины с диэлектриком попеременно, в виде слоеного пирога и чередуя подключение к выводам, получается прямоугольный компонент с большой эффективной площадью обкладок.

Разные типы конструкции

Еще один путь — использование в качестве диэлектрика тонкого оксидного слоя на поверхности металлической фольги и раствора проводящего электролита в качестве второй обкладки. Таким образом получается электролитический конденсатор, конструкция которого обладает самой большой емкостью.

Цепь переменного тока

В цепи переменного тока конденсатор является сопротивлением. Он быстро накапливает определенный заряд и постепенно его отдает. Накопление и полная отдача происходит во время смены электрической волны.

Цепь постоянного тока

В цепи постоянного тока заряд накапливается на пластинах, увеличивая величину разницы потенциалов на обкладках. Разница потенциалов увеличивается до величины напряжения. Как только она становится равна напряжению, общая цепь разрывается.

Типы конденсаторов

Для запуска мощных двигателей компрессоров применяют маслонаполненные неполярные конденсаторы.

Корпус внутри заполнен маслом для хорошей передачи тепла на поверхность корпуса. Корпус обычно металлический, аллюминиевый. Самые доступные конденсаторы такого типа CBB65.

Для запуска менее мощной нагрузки, например двигателей вентиляторов, используют сухие конденсаторы, корпус которых, обычно, пластмассовый.

Наиболее распространённые конденсаторы этого типа CBB60, CBB61.

Клеммы для удобства соединения сдвоенные или счетверённые.

С помощью мультиметра

Перед проведением экспериментов важно собрать схему так, чтобы испытательное напряжение источника постоянного тока (ИП) не превышало 70-75% от номинала, указанного на корпусе накопителя или в справочнике. Например, если электролит рассчитан на 16 В, то ИП должен выдавать не более 12 В

Если номинал электролита неизвестен, начинать эксперимент следует с малых значений в диапазоне 5-6 В, и затем постепенно повышать напряжение на выходе ИП.

Конденсатор должен быть полностью разряжен – для этого нужно соединить его ножки или выводы накоротко на несколько секунд металлической отверткой или пинцетом. Можно подключить к ним лампу накаливания от карманного фонарика, пока она не потухнет или резистор. Затем следует внимательно осмотреть изделие – на нем не должно быть повреждений и вздутий корпуса, особенно защитного клапана.

Потребуются следующие устройства и компоненты:

ИП – батарея, аккумулятор, блок питания компьютера или специализированное устройство с регулируемым выходным напряжением;
мультиметр;
резистор;
монтажные принадлежности: паяльник с припоем и канифолью, бокорезы, пинцет, отвертка;
маркер для нанесения знаков полярности на корпус проверяемого электролита.

Затем следует собрать электрическую схему:

параллельно резистору с помощью “крокодилов” (т.е. щупов с зажимами) присоединить мультиметр, настроенный на измерение постоянного тока;
плюсовую клемму ИП соединить с выводом резистора;
другой вывод резистора соединить с контактом емкости, а ее 2 контакт присоединить к минусовой клемме ИП.

Если полярность подключения электролита правильная, мультиметр ток не зафиксирует. Т.о., контакт, соединенный с резистором, будет плюсовым. В противном случае мультиметр покажет наличие тока. В этом случае с минусовой клеммой ИП был соединен плюсовой контакт электролита.

Другой способ проверки отличается тем, что мультиметр, параллельно подключенный к сопротивлению, переводится в режим измерения постоянного напряжения. В этом случае при правильном подключении емкости прибор покажет напряжение, величина которого затем будет стремиться к нулю. При неправильном подключении напряжение сначала будет падать, но потом зафиксируется на ненулевой величине.

Согласно 3 способу прибор, измеряющий постоянное напряжение, присоединяется параллельно не сопротивлению, а проверяемой емкости. При правильном подключении полюсов емкости напряжение на ней достигнет величины, выставленной на ИП. Если же минус ИП будет соединен с плюсом емкости, т.е. неправильно, напряжение на конденсаторе поднимется до значения, равного половине величины, выдаваемой ИП. Например, если на клеммах ИП 12 В, то на емкости будет 6 В.

После окончания проверок емкость следует разрядить так же, как и в начале эксперимента.

Один из наиболее распространенных компонентов электрических схем – неполярный конденсатор. Они применяются в блоке питания, высокочастотном устройстве (емкости с тремя выводами), в цепи звука и т.д.

В рамках этой статьи мы не будем затрагивать теоретические основы радиоэлектроники, чтобы описать его принцип работы. Если требуется обновить знания, эту информацию несложно найти через поисковые серверы. Поэтому перейдем, непосредственно, к практическим вопросам. А именно: чем неполярная емкость отличается от полярной, как проверить работоспособность элемента, маркировка и т.д.