Pourquoi utilisons-nous des condensateurs polarisés?

23

Je veux savoir si le condensateur polarisé a un certain avantage qu'il est utilisé dans certains circuits?

Par exemple, dans un schéma du CI du contrôleur PIR BISS001, à certains endroits, un condensateur polarisé est utilisé et à certains endroits un condensateur non polarisé.

Puis-je utiliser un condensateur non polarisé avec la même tension et la même capacité au lieu de ces condensateurs polarisants?

Documents de référence:

  1. Fiche technique BISS001
  2. Fiche technique du DÉTECTEUR DE MOUVEMENT PIR HC-SR501
  3. Grove - Capteur de mouvement PIR ou lien EasyEDA

Ce que j'ai compris de vos réponses, c'est pourquoi les condensateurs électrolytiques sont utilisés et pourquoi ils sont polarisés.

Mais les concepteurs de ce circuit auraient pu utiliser un condensateur non polarisé ou même des condensateurs au tantale polarisés . Est-ce vrai? Comme le module ( Grove - PIR Motion Sensor ) utilise des condensateurs au tantale polarisés.

Je veux savoir si les condensateurs polarisés sont utilisés pour la protection des circuits ou existe-t-il une autre raison (quel que soit le type de condensateur).

Y a-t-il un problème si ces condensateurs sont remplacés par des condensateurs non polarisés dans ces circuits?

hamid mousavi
la source
17
Ce n'est pas parce que nous voulons qu'ils soient polarisés, mais le fait qu'ils soient polarisés est une conséquence de la façon dont ils se dégradent.
Hearth
2
Comparez les prix des bouchons électrolytiques avec des bouchons en céramique (ou en film) dans la plage de 10uF ~ 22uF (après avoir pris en compte le déclassement de la tension de polarisation) et vous aurez l'une des raisons.
Wesley Lee
Les couches d'oxyde très minces, isolant pour une certaine polarité, fournissent un module de stockage d'énergie très compact. Il suffit de voir ces condensateurs électrolytiques utiles comme les premières versions de la nano-technologie auto-assemblée; le processus de fabrication crée la couche d'oxyde très mince: l'oxyde est GROWN ou FORMED.
analogsystemsrf
4
Is there a problem if these capacitors are replaced with non-polarized capacitors in this circuits?- non, il n'y a pas de problème. Mais il peut être difficile de trouver des condensateurs non polarisés de la même spécification. Les condensateurs non polarisés sont généralement de l'ordre de nF et sont généralement conçus pour une utilisation à basse tension (5 V ou moins). Si vous voulez quelque chose en uF ou mF et / ou évalué à des dizaines de volts, vous devrez vous contenter de condensateurs polarisés
slebetman
4
@slebetman "Les condensateurs non polarisés sont généralement conçus pour une utilisation à basse tension (5 V ou moins)" - la réalité est en réalité opposée à ce que vous dites.
Dmitry Grigoryev

Réponses:

19

Puis-je utiliser un condensateur non polarisé avec la même tension et la même capacité au lieu de ces condensateurs polarisants?

Un condensateur non polarisé électriquement est toujours meilleur qu'un condensateur polarisé. Oui, vous pouvez toujours remplacer par un condensateur non polarisé avec exactement la même valeur.

Mais il y a une hypothèse cachée ici: Provided you can find one that's physically small enough to fit on your board and cheap enough to fit in your budget.et le fait que vous ne puissiez pas est la seule raison pour laquelle nous utilisons des bouchons polarisés.

Je suppose que, si jamais nous apprenons à fabriquer des bouchons non polarisés qui sont aussi bon marché et denses (capacité par volume) que les bouchons électrolytiques, les condensateurs polarisés disparaîtront.

Note latérale - la tension et la capacité ne sont pas les seuls paramètres électriques d'un condensateur. Ils suffiraient pour un condensateur idéal, mais le monde réel apporte d'autres métriques laides. Comme l'ESR, le coefficient de capacité avec la température ou la tension, la réponse en fréquence, etc. Les circuits conçus autour de bizarreries d'une technologie particulière peuvent échouer si le substitut diffère là-bas. Même être trop bon peut causer des problèmes, par exemple. les bouchons à haute ESR gardent naturellement le courant de pointe sous contrôle, donc le remplacement par une pièce à faible ESR théoriquement supérieure peut faire exploser le tout. L'ajout d'ESR est trivial - mais ce n'est plus un remplacement direct, mais plutôt une refonte du circuit. Nous ne remplaçons donc pas l'électrolyse par autre chose non pas parce que la polarisation est importante, c'est juste une nuisance. Nous les conservons à cause de nombreux autres paramètres, moins évidents que C, V et la polarisation.

Agent_L
la source
2
Il convient également de noter que dans les applications où la réponse en fréquence du condensateur est importante, vous ne pouvez pas simplement remplacer un type par un autre, car ils fonctionnent bien à différentes gammes de fréquences. Les exemples sont par exemple les filtres de bruit.
nshct
@nshct c'est ce que j'ai voulu dire par "d'autres métriques laides"
:)
Suggestion: ajoutez à votre réponse un lien sur l'ESR: avnet.com/wps/portal/abacus/resources/engineers-insight/article/…
Overmind
37

La taille physique d'un condensateur est fonction de l'épaisseur du diélectrique (entre autres).

Très tôt, il a été découvert que les oxydes de certains métaux (aluminium et tantale en particulier) constituaient de bons diélectriques et pouvaient être rendus très minces par un procédé chimique - des ordres de grandeur plus fins que d'autres diélectriques tels que le papier ciré / huilé et le film plastique. . Par conséquent, le condensateur électrolytique a été inventé pour fournir une capacité élevée dans un volume raisonnable.

Malheureusement, le processus chimique exige que la tension aux bornes du condensateur ne présente qu'une seule polarité, de sorte que ces condensateurs sont "polarisés". L'inversion de la polarité dégrade et finit par détruire la couche d'oxyde. C'est quelque chose avec lequel nous devons simplement vivre pour profiter de cette technologie.


La capacité de produire des condensateurs de grande valeur dans des technologies non polarisées telles que la céramique multicouche signifie qu'il est désormais possible de les utiliser là où seul un condensateur polarisé aurait été auparavant disponible. Il n'y a généralement aucun problème à effectuer cette substitution, bien que vous deviez peut-être prendre en compte certaines des bizarreries de la technologie vers laquelle vous passez.

Par exemple, certaines céramiques à K élevé (constante diélectrique élevée) présentent des changements de capacité importants avec la tension. Cela peut être acceptable dans une application de couplage ou de dérivation, mais complètement inacceptable dans une conception de filtre.

Dave Tweed
la source
1
Il existe un cas d'utilisation spécifique où le remplacement d'appareils au tantale par des pièces MLCC peut avoir des effets malheureux: à la sortie de certains régulateurs LDO (plus anciens) qui nécessitent un certain ESR de sortie minimum. Cela peut être fait, mais certains soins sont nécessaires.
Peter Smith
Très belle réponse! J'essaie de comprendre si la question «Pourquoi le processus chimique utilisé pour fabriquer les diélectriques des condensateurs à partir des oxydes de certains métaux (aluminium et tantale en particulier) nécessite que la tension aux bornes du condensateur ne présente qu'une seule polarité? mais je ne suis pas sûr que ce sera sur le sujet. Y a-t-il une chance que vous puissiez ajouter un indice ici?
uhoh
8

Puisque vous mentionnez la protection, j'ajouterai que les bouchons polarisés ne doivent pas être utilisés pour la protection contre l'inversion de polarité . Ils réagiront très lentement sur une tension inverse (secondes ou minutes), tandis que les composants sensibles typiques qui méritent d'être protégés seront morts en quelques millisecondes. Et une fois qu'un capuchon polarisé commence à absorber la tension inverse, il peut se ventiler, exploser ou prendre feu qui (à part le problème évident de fumée et d'incendie) peut le rendre à nouveau non conducteur, exposant à nouveau votre circuit à la tension inverse.

Dmitry Grigoryev
la source
Bon point ici.
Overmind