5 Оксидные конденсаторы

Оксидные конденсаторы в качестве диэлектрика содержат тонкий оксидный слой на металле, являющимся одной из обкладок (анодом). Вторая обкладка (катод) - электролит (в электролитических конденсаторах), слой полупроводника (в полупроводниковых) или металла (в металлических), нанесенный непосредственно на оксидный слой. Аноды фольговых оксидных конденсаторов изготавливают из алюминиевой, танталовой и ниобиевой фольги. Пленки окислов этих металлов обладают очень малой толщиной (0,04  1 мкм), хорошей адгезией к металлу и высокой диэлектрической проницаемостью ( оксидных пленок: алюминия - 10; тантала - 27; ниобия - 42). Значительное увеличение площади активной поверхности покрытой окисной пленкой достигается в объемно-пористом танталовом конденсаторе, в котором анод имеет рыхлую структуру с большим числом пор.

Чем тоньше оксидный слой, тем больше емкость конденсатора, но меньше рабочее напряжение. Поэтому конденсаторы, обладаю­щие большой емкостью, имеют, как правило, низкие рабочие на­пряжения.

Структура металл-оксид-электролит обладает униполярной проводи-мостью, поэтому оксидные конденсаторы полярны и могут работать в цепях постоянного или пульсирующего напряжения лишь при положительном напряжении на аноде. Изготавливают также неполярные оксидные конденсаторы, в которых обе обкладки со­держат оксидный слой.

Основным достоинством оксидных конденсаторов является большая удельная емкость, величина которой достигает при рабочем напряжении 6,3 В у алюминиевых оксидных конденсаторов 230 мкФ/см³, а у объемно-пористых танталовых - 600 мкФ/см³. Это по­зволяет изготавливать конденсаторы большой емкости (тысячи микрофарад) при относительно небольших размерах.

Однако алюминиевые электролитические конденсаторы обла­дают рядом существенных недостатков: пониженной надежностью, низкой точностью (±10  ±30%) и стабильностью (от -60% при ми­нимальной рабочей температуре до +45% при максимальной), большими потерями (tg = 0,15  0,3); низким сопротивлением изо­ляции, которое характеризуется токами утечки (в зависимости от ве­личины емкости и рабочего напряжения токи утечки изменяются от единиц до сотен микроампер); чувствительностью к перенапряжени­ям и температуре. Большие потери уменьшают действующее значе­ние емкости

С_Д = С / (1 + tg²).

Поэтому электролитические конденсаторы непригодны для ис­пользования на достаточно высоких частотах. В основном их приме­няют в выпрямителях, в цепях источников питания и в качестве разделительных в низкочастотных каскадах радиоэлектронной аппа­ратуры.

При понижении температуры емкость уменьшается и потери увеличиваются; при повышении температуры емкость и токи утечки возрастают. Уменьшение емкости и увеличения потерь происходит также при длительной эксплуатации и хранении.

Танталовые электролитические конденсаторы по сравнению с алюминиевыми имеют меньшие размеры и улучшенные электриче­ские характеристики: меньшие потери и ток утечки, больше сопротивление изоляции, могут работать при значительно более высоких частотах (до нескольких килогерц).

Танталовые оксидно-полупроводниковые конденсаторы харак­теризуются стабильностью емкости и потерь при понижении темпе­ратуры, постоянством ТКЕ в диапазоне рабочих температур и диапа­зоном рабочих частот до сотен килогерц. Ниобиевые оксидно-полупроводниковые конденсаторы обладают аналогичными парамет­рами при меньших размерах и несколько большей величине tg. Высокочастотные конденсаторы дополнительно характеризуются ве­личиной полного сопротивления измеренного на частоте 100 кГц, которое в зависимости от емкости, рабочего напряжения и типа конденсатора может принимать значение от 0,25 до 60 0м.

В радиоэлектронной аппаратуре применяется большое число типов оксидных конденсаторов, различающихся электрическими па­раметрами, размерами, конструкцией и стоимостью.

Для монтажа в микроэлектронную аппаратуру можно использо­вать конденсаторы типа К53-16А, К53-22, К53-25, К53-31, К53-37. Они характеризуются емкостью от 0,1 до 150мкФ; рабочим на­пряжением от 6,3 до 50 В; tg = 0,06  0,15 (измеренного на частоте 100 кГц), полным сопротивлением от 0,08 до 10 0м; диапазоном рабочих частот до 10⁸ Гц (К53-28, К53-31); размерами от 2,7х2х1 мм до 6,5х4,4х3,1 мм (К53-22) и 16х17х2 мм (К53-25).

Контрольные вопросы

1.Как классифицируют конденсаторы? Какова система их обо­значения?

2.Приведите электрическую схему замещения конденсатора и охарактеризуйте факторы, влияющие на его частотные свойства.

3.Охарактеризуйте параметры, области применения в радио­электронике керамических и слюдяных конденсаторов.

4.Приведите сравнительную характеристику и области приме­нения бумажных и пленочных конденсаторов.

5.Охарактеризуйте особенности параметров и эксплуатации ок­сидных конденсаторов. Приведите сравнительную характеристику.

6.Какие типы конденсаторов предназначены для использова­ния в микроэлектронной аппаратуре?

131