Jaka jest żywotność i niezawodność kondensatorów?

Kondensatory są niezbędnym elementem wielu projektów obwodów, ale mogą być również kosztowną częścią systemu. Dlatego kupując komponenty do urządzenia elektronicznego, warto wiedzieć, jaka jest żywotność i niezawodność różnych typów kondensatorów.

Kondensator to urządzenie przechowujące ładunek elektryczny, składające się z przewodników oddzielonych materiałem izolacyjnym zwanym „dielektrykiem”. Może to być powietrze, papier, tworzywa sztuczne, mika lub ceramika. Dielektryk ma wiele właściwości, które są ważne przy projektowaniu kondensatora, a te właściwości wpływają na to, jaką pojemność kondensator może osiągnąć.

Najpopularniejszym typem kondensatora jest aluminiowy kondensator elektrolityczny, który jest zbudowany z dwóch przewodzących folii aluminiowych, z których jedna ma izolującą warstwę tlenku oraz przekładkę nasączoną przewodzącym ciekłym elektrolitem. Jest on zwinięty, umieszczony w cylindrycznej obudowie i wyposażony w dwa kołki łączące lub nogi.

Te nasadki są spolaryzowane, co oznacza, że ​​przyłożone do nich napięcia stałe muszą być zorientowane zgodnie z dodatnimi lub ujemnymi oznaczeniami na ich korpusie. Są tanie w produkcji i, w przeciwieństwie do większości innych typów kondensatorów, są fizycznie małe w stosunku do pojemności, którą zapewniają.

Ich żywotność wynosi zwykle 15 lat lub więcej, a po tym czasie mogą być ponownie używane przez długi czas. Często tracą część swojej pojemności znamionowej z powodu odparowania elektrolitu, ale nadal będą użyteczne.

W obwodach audio najczęstsze zastosowania kondensatorów to trzy funkcje: sprzęganie napięcia stałego z wyjścia jednego elementu obwodu do drugiego; odsprzęganie i przechowywanie szyn zasilających; oraz obwody selektywne częstotliwościowo, takie jak filtry i korektory. W tych zastosowaniach działają one jako bardzo skuteczny „bloker” przepływu prądu stałego, redukując wpływ zakłóceń, które mogą zakłócać jakość sygnału audio poprzez wprowadzanie do systemu dużej ilości szumów.

Działają również jako „filtr”, zmniejszając wpływ sygnałów o niskiej częstotliwości, a czasami wzmacniając odpowiedź wyższych częstotliwości, aby ułatwić odtwarzanie tych sygnałów przez wzmacniacz. Są używane w wielu różnych obwodach i można je znaleźć w wielu typach urządzeń, od radioodbiorników lampowych po komputery i sprzęt audio.

Żywotność kondensatora zależy od kilku czynników, w tym od materiału, z którego jest wykonany, jego zastosowania oraz temperatury otoczenia, w której jest przechowywany lub eksploatowany. Wpływa na to również lokalne ogrzewanie, odwrotna polaryzacja DC i skoki prądu oraz zastosowanie prądów tętniących w obwodzie.

Ogólnie rzecz biorąc, kondensatory elektrolityczne są bardziej podatne na degradację niż kondensatory nieelektrolityczne, a ich ESR (wewnętrzna równoważna rezystancja szeregowa) ma tendencję do wzrostu wraz z wiekiem. Dzieje się tak, ponieważ izolatory na elektrolitach są cieńsze i mają większą powierzchnię niż ich nieelektrolityczne odpowiedniki, co czyni je bardziej podatnymi na prąd upływowy.

Jednak dobrze zaprojektowany zasilacz może przedłużyć żywotność nasadek elektrolitycznych, zapobiegając gromadzeniu się na nich ciepła. W tym przypadku dobrym pomysłem jest użycie zasilacza z wbudowanymi funkcjami zabezpieczającymi przed ucieczką termiczną oraz wymiana wszelkich elektrolitów, których żywotność dobiegła końca, gdy zajdzie taka potrzeba.