Warum verwenden wir polarisierte Kondensatoren?

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Ich möchte wissen, ob der polarisierte Kondensator den Vorteil hat, dass er in einigen Schaltkreisen verwendet wird.

Beispielsweise wird in einem Schaltplan des BISS001-PIR-Controller-IC an einigen Stellen ein polarisierter Kondensator und an einigen Stellen ein nicht polarisierter Kondensator verwendet.

Kann ich anstelle dieser Polarisationskondensatoren einen nicht polarisierten Kondensator mit der gleichen Spannung und Kapazität verwenden?

Referenzdokumente:

  1. BISS001 Datenblatt
  2. HC-SR501 PIR BEWEGUNGSMELDER Datenblatt
  3. Grove-PIR-Bewegungssensor oder EasyEDA-Verbindung

Was ich aus Ihren Antworten verstehe, ist, warum die Elektrolytkondensatoren verwendet werden und warum diese polarisiert sind.

Die Entwickler dieser Schaltung hätten jedoch auch einen nicht polarisierten Kondensator oder sogar polarisierte Tantalkondensatoren verwenden können . Ist es wahr? Als Modul ( Grove - PIR Motion Sensor ) werden polarisierte Tantalkondensatoren verwendet.

Ich möchte wissen, ob die polarisierten Kondensatoren zum Schutz der Schaltung verwendet werden oder ob es einen anderen Grund gibt (unabhängig vom Kondensatortyp).

Gibt es ein Problem, wenn diese Kondensatoren in diesen Schaltkreisen durch nicht polarisierte Kondensatoren ersetzt werden?

Hamid Mousavi
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Es ist nicht so, dass wir wollen, dass sie polarisiert sind, aber dass sie polarisiert sind, ist eine Folge davon, wie sie emade sind.
Herd
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Vergleichen Sie die Preise für Elektrolytkappen mit Keramikkappen (oder Folienkappen) im Bereich von 10 bis 22 uF (nach Berücksichtigung der Verringerung der Vorspannung), und Sie werden einen der Gründe haben.
Wesley Lee
Die sehr dünnen Oxidschichten, die eine gewisse Polarität isolieren, bilden ein sehr kompaktes Energiespeichermodul. Betrachten Sie diese nützlichen Elektrolytkondensatoren einfach als frühe Versionen der selbstorganisierten Nanotechnologie. Der Herstellungsprozess erzeugt die sehr dünne Oxidschicht: Das Oxid ist GEWACHSEN oder GEFORMT.
analogsystemsrf
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Is there a problem if these capacitors are replaced with non-polarized capacitors in this circuits?- Nein, es gibt kein Problem. Es kann jedoch schwierig sein, nicht polarisierte Kondensatoren derselben Spezifikation zu finden. Nicht polarisierte Kondensatoren liegen normalerweise im nF-Bereich und sind normalerweise für die Verwendung mit niedriger Spannung (5 V oder weniger) ausgelegt. Wenn Sie etwas in der uF oder mF wollen und / oder bei Dutzenden von Volt bewertet werden, müssen Sie mit polarisierten Kondensatoren
auskommen
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@slebetman "Nicht polarisierte Kondensatoren sind normalerweise für die Verwendung mit niedriger Spannung (5 V oder weniger) ausgelegt."
Dmitry Grigoryev

Antworten:

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Kann ich anstelle dieser Polarisationskondensatoren einen nicht polarisierten Kondensator mit der gleichen Spannung und Kapazität verwenden?

Elektrisch gesehen ist ein nicht polarisierter Kondensator immer besser als ein polarisierter. Ja, Sie können immer einen nicht polarisierten Kondensator mit genau derselben Nennleistung verwenden.

Hier verbirgt sich jedoch eine Annahme: Provided you can find one that's physically small enough to fit on your board and cheap enough to fit in your budget.Und die Tatsache, dass dies nicht möglich ist, ist der einzige Grund, warum wir polarisierte Kappen verwenden.

Ich gehe davon aus, dass die polarisierten Kondensatoren verschwinden, wenn wir jemals lernen, nicht polarisierte Kappen herzustellen, die so billig und dicht sind (Kapazität pro Volumen) wie elektrolytische.

Randnotiz - Spannung und Kapazität sind nicht die einzigen elektrischen Parameter eines Kondensators. Sie würden für einen idealen Kondensator ausreichen, aber die reale Welt bringt andere, hässliche Metriken mit sich. Wie ESR, Kapazitätskoeffizient mit Temperatur oder Spannung, Frequenzgang usw. Schaltungen, die sich um Macken bestimmter Technologien drehen, können versagen, wenn sich der Ersatz dort unterscheidet. Selbst wenn Sie zu gut sind, kann dies zu Problemen führen, z. Hoch-ESR-Kappen halten natürlich den Spitzenstrom in Schach, so dass das Ersetzen mit einem theoretisch überlegenen Niedrig-ESR-Teil dazu führen kann, dass das Ganze explodiert. Das Hinzufügen von ESR ist trivial - aber dies ist kein Ersatz mehr, sondern eine Neugestaltung der Schaltung. Wir ersetzen die Elektrolyse nicht durch etwas anderes, nicht weil die Polarisation wichtig ist, sondern nur ein Ärgernis. Wir behalten sie aufgrund vieler anderer Parameter bei, die weniger offensichtlich sind als C, V und Polarisation.

Agent_L
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Zu beachten ist auch, dass in Anwendungen, bei denen der Frequenzgang des Kondensators wichtig ist, nicht nur ein Typ durch einen anderen ersetzt werden kann, da diese in verschiedenen Frequenzbereichen gut funktionieren. Beispiele sind zB Rauschfilter.
Nshct
@ nshct das habe ich mit "anderen, hässlichen Metriken" gemeint
:)
Vorschlag: Fügen Sie
Overmind
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Die physikalische Größe eines Kondensators hängt unter anderem von der Dicke des Dielektrikums ab.

Schon früh stellte sich heraus, dass die Oxide bestimmter Metalle (insbesondere Aluminium und Tantal) gute Dielektrika aufweisen und durch einen chemischen Prozess sehr dünn werden können - um Größenordnungen dünner als andere Dielektrika wie gewachstes / geöltes Papier und Kunststofffolien . Daher wurde der Elektrolytkondensator erfunden, um eine hohe Kapazität in einem angemessenen Volumen bereitzustellen.

Leider erfordert der chemische Prozess, dass die Spannung über dem Kondensator nur eine einzige Polarität haben muss, so dass diese Kondensatoren "polarisiert" sind. Das Umkehren der Polarität verschlechtert die Oxidschicht und zerstört sie schließlich. Es ist etwas, mit dem wir nur leben müssen, um von dieser Technologie zu profitieren.


Die Fähigkeit, hochwertige Kondensatoren in unpolarisierten Technologien wie Mehrschichtkeramik herzustellen, bedeutet, dass sie jetzt dort eingesetzt werden können, wo zuvor nur ein polarisierter Kondensator verfügbar gewesen wäre. Es ist im Allgemeinen kein Problem, diese Substitution vorzunehmen, obwohl Sie möglicherweise einige der Besonderheiten der Technologie berücksichtigen müssen, zu der Sie wechseln.

Beispielsweise zeigen einige Keramiken mit hoher K (hoher Dielektrizitätskonstante) signifikante Kapazitätsänderungen mit der Spannung. Dies kann in einer Kopplungs- oder Bypass-Anwendung akzeptabel sein, in einer Filterkonstruktion jedoch völlig inakzeptabel.

Dave Tweed
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Es gibt einen speziellen Anwendungsfall, bei dem das Ersetzen von Tantalgeräten durch MLCC-Teile unglückliche Auswirkungen haben kann: am Ausgang einiger (älterer) LDO-Regler, die einen bestimmten Mindestausgangs-ESR erfordern. Es kann getan werden, aber eine gewisse Sorgfalt ist erforderlich.
Peter Smith
Sehr nette Antwort! Ich versuche herauszufinden, ob die Frage "Warum muss die Spannung am Kondensator für die chemische Herstellung von Kondensatordielektrika aus Oxiden bestimmter Metalle (insbesondere Aluminium und Tantal) nur eine einzige Polarität haben?" aber ich bin nicht zuversichtlich, dass es zum Thema wird. Könnten Sie hier einen Hinweis hinzufügen?
Uhoh
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Da Sie den Schutz erwähnen, möchte ich hinzufügen, dass für den Verpolungsschutz keine polarisierten Kappen verwendet werden sollten . Sie reagieren auf eine Sperrspannung sehr langsam (Sekunden oder Minuten), während typische empfindliche Komponenten, die es wert sind, geschützt zu werden, innerhalb von Millisekunden tot sind. Und sobald eine polarisierte Kappe beginnt, die Sperrspannung zu absorbieren, kann sie entlüften, explodieren oder sich entzünden, was (abgesehen von dem offensichtlichen Problem mit Rauch und Feuer) dazu führen kann, dass sie wieder nicht mehr leitend ist und Ihren Stromkreis erneut der Sperrspannung aussetzt.

Dmitry Grigoryev
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Guter Punkt hier.
Überdenken Sie den