Elektronische Strorn- und Spannungsbegrenzung bei der anodischen Oxydation
Bekanntlich wird bei der Herstellung von elektrolytischen Kondensatoren das Dielektrikum
auf die Aluminium- oder Tantalfolie durch anodische Oxydation aufgebracht. Dazu
wird diese Metallfolie als Anode geschaltet und in ein Bad eingebracht. Ka-- pazität
und Spannungsfestigkeit und Qualität des Kondensators hängen dabei wesentlich von
der Qualität der entstehenden Oxydschicht ab, die selber wiederum von Stromdichte
und maximaler Oxydationsspannung beeinflußt wird. Werden zu kleine Stromdichten
im Oxydationsbad eingestellt, so ergibt sich eine zu lange Oxydationszeit; zu große
Strome dichten dagegen verursachen ungleichmäßige Oxydationsschichten. Im allgemeinen
wird daher, wie es in F i g. 1 dargestellt ist, im ersten Teil des Oxydationsprozesses
ein maximal zulässiger Oxydationsstrom I im Oxydationsbad eingestellt und konstant
gehalten. Mit wachsender Dicke der Oxydationsschicht erhöht sich hierbei laufend
die Durchbruchsspannung des sich bildenden Dielektrikums, weshalb die Badspannung
U erhöht werden kann. Hat diese innerhalb des ersten Teiles des Oxydationsprozesses
einen bestimmten Wert erreicht, wird im nun beginnenden zweiten Teil des Oxydationsprozesses
diese Badspannung konstant gehalten, wobei der Oxydationsstrom langsam zu sinken
beginnt und sich einem Grenzwert nähert. Während also im ersten Teil des Oxydationsprozesses
bei ansteigender Badspannung die Oxydschicht laufend dicker wird, die entstandene
Oxydschicht aber noch stark porös ist, kann der zweite Teil des Oxydationsprozesses
mit sinkendem Oxydationsstrom als ein Ausheilvorgang von nicht gleichmäßig oxydierenden
Stellen der Oberfläche angesehen werden. Bisher wurde diese Einstellung während
des Oxydationsprozesses mehr oder weniger von Hand ausgeführt.Electronic current and voltage limitation in anodic oxidation It is known that in the manufacture of electrolytic capacitors, the dielectric is applied to the aluminum or tantalum foil by anodic oxidation. For this purpose, this metal foil is connected as an anode and placed in a bath. The capacitance and dielectric strength and quality of the capacitor depend essentially on the quality of the oxide layer that is formed, which in turn is influenced by the current density and the maximum oxidation voltage. If the current densities are set too low in the oxidation bath, the oxidation time is too long; On the other hand, if the currents are too high, they cause uneven oxidation layers. In general, therefore, as shown in FIG. 1 is shown, in the first part of the oxidation process, a maximum permissible oxidation current I in the oxidation bath is set and kept constant. As the thickness of the oxidation layer increases, the breakdown voltage of the dielectric being formed increases continuously, which is why the bath voltage U can be increased. If this has reached a certain value within the first part of the oxidation process, this bath voltage is kept constant in the second part of the oxidation process, which now begins, with the oxidation current slowly beginning to decrease and approaching a limit value. So while in the first part of the oxidation process the oxide layer becomes continuously thicker as the bath voltage increases, but the resulting oxide layer is still very porous, the second part of the oxidation process with decreasing oxidation current can be viewed as a healing process of non-uniformly oxidizing areas on the surface. So far, this setting has been more or less done by hand during the oxidation process.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektronische Anordnung anzugeben,
die eine Nachstellung der Badspannung bzw. des Oxydationsstromes während des Oxydationsprozesses
überflüssig macht. Maximalstrom und Maximalspannung sollen vor Beginn der Oxydation
in weiten Grenzen beliebig einstellbar sein. Auf Grund der Erfindung soll in vielen
Fällen eine Rationalisierung bei der Herstellung von Oxydschichten auf Metalle und
Halbleiter möglich sein.The object of the invention is to specify an electronic arrangement,
an adjustment of the bath voltage or the oxidation current during the oxidation process
makes redundant. Maximum current and maximum voltage should be before the start of the oxidation
be adjustable within wide limits. Due to the invention in many
Cases a rationalization in the production of oxide layers on metals and
Semiconductors be possible.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung
zur elektronischen Strom- und Spannungsbegrenzung bei der anodischen Oxydation mit
Hilfe eines oder mehrerer zum Verbraucher in Reihe angeordneter elektronischer Schaltelernente
erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das elektronische Schaltelement so ausgesteuert
wird, daß der Oxydationsstrom bis zum Erreichen eines vorgegebenen Oxydationsspannungswertes
konstant bleibt und daß weitere Steuermittel, vorzugsweise in Verbindung mit einer
Zenerdiode, vorgesehen sind, die nach Erreichen dieses vorgegebenen Oxydationsspannungswertes
diese Spannung konstant halten.To solve the problem posed, a circuit arrangement
for electronic current and voltage limitation during anodic oxidation with
With the help of one or more electronic switching elements arranged in series with the consumer
proposed according to the invention that the electronic switching element controlled in such a way
that the oxidation current is reached until a predetermined oxidation voltage value is reached
remains constant and that further control means, preferably in conjunction with a
Zener diode, are provided, which after reaching this predetermined oxidation voltage value
keep this voltage constant.
Bei einer bekannten Schaltungsanordnung zur elektronischen Spannungsbegrenzung
mit einem Transistor wird das Basispotential eines Transistors konstant gehalten.
Weiterhin sind auch Reihenschaltungen von Verbrauchern mit elektronischen Widerstandsstrecken
bekannt. Schließlich sind auch noch sogenannte Kniekurvenregler bekannt, bei denen
die Spannung zunächst unabhängig vom Strom konstant gehalten wird und erst vom Erreichen
eines maximalen Stromes an die Spannung so eingestellt wird, daß der maximale Strom
nicht überschritten wird. Hiervon unterscheidet sich jedoch die Erfindung hinsichtlich
der Charakteristik von Strom- und Spannungsverlauf.In a known circuit arrangement for electronic voltage limitation
with a transistor the base potential of a transistor is kept constant.
Furthermore, there are also series connections of consumers with electronic resistance paths
known. Finally, so-called knee curve regulators are also known in which
the voltage is initially kept constant independently of the current and only when it is reached
a maximum current to the voltage is set so that the maximum current
is not exceeded. However, the invention differs from this with regard to this
the characteristics of the current and voltage curve.
F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung
gemäß der Erfindung und besteht im einzelnen aus folgenden Schaltelernenten. Das
Oxydbad 1 ist gemäß der Erfindung mit seiner Kathode 2 mit der Anode einer
Pentode 4 und mit seiner Anode 3 mit einer Klemme U, einer Speisespannungsquelle
verbunden. Der Oxydationsstrom kann durch ein Amperemeter A, die Spannung
des Oxydbades durch ein Voltmeter V bestimmt werden. Ruhekontakt 5 und Arbeitskontakt
6 dienen, wie später noch beschrieben wird, zur Bestimmung der Höchstwerte
von Oxydationsstrom und -spannung vor dem Beginn des Oxydationsprozesses. Die Pentode
4 hat in ihrer Kathodenzuführung ein
Potentiometer 7, mit
dessen Hilfe der Oxydationsstrom eingestellt wird, und einen Schutzwiderstand
8,
der die Pentode vor Überlastung schützen soll. Das Gitter der Pentode 4
ist über einen Widerstand 9 mit Potential Null verbunden. Das Schirmgitter
ist über einen Widerstand 10 mit einem stabilisierten Spannungsteiler verbunden,
dessen einer Widerstand 11
mit der Klemme U, einer Spannungsquelle verbunden
ist und dessen anderer Zweig, der mit Potential Null verbunden ist, durch eine Reihenschaltung
eines Widerstandes 12 und eine Zenerdiode 13 gebildet wird, zu welchen ein
Stabilisator 14 parallel geschaltet ist. Die Zenerdiode 13 ist außerdem noch
über eine Diode 15 mit der Anode der Pentode 4 verbunden.F i g. 2 shows an embodiment of the circuit arrangement according to the invention and consists in detail of the following switching elements. According to the invention, the oxide bath 1 is connected with its cathode 2 to the anode of a pentode 4 and with its anode 3 to a terminal U, a supply voltage source. The oxidation current can be determined by an ammeter A, the voltage of the oxide bath by a voltmeter V. Normally closed contact 5 and normally open contact 6 are used, as will be described later, to determine the maximum values of the oxidation current and voltage before the start of the oxidation process. The pentode 4 has a potentiometer 7 in its cathode feed, with the aid of which the oxidation current is set, and a protective resistor 8, which is intended to protect the pentode from overload. The grid of the pentode 4 is connected to zero potential via a resistor 9. The screen grid is connected via a resistor 10 to a stabilized voltage divider, one resistor 11 of which is connected to the terminal U, a voltage source and the other branch, which is connected to zero potential, is formed by a series connection of a resistor 12 and a Zener diode 13 , to which a stabilizer 14 is connected in parallel. The Zener diode 13 is also connected to the anode of the pentode 4 via a diode 15.
Zu Beginn des Oxydationsprozesses - das zu oxydierende Material
ist bereits als Anode in das Bad eingesetzt worden - wird die maximal gewünschte
Badspannung U bei geöffneter Taste 5 eingestellt, indem die Spannung
der Speisespannungsquelle auf einen entsprechenden Wert eingestellt wird. Abgelesen
werden kann die Badspannung U an Voltmeter V. Dann wird die Taste 5 geschlossen
und 6 geöffnet und der maximal gewünschte Oxydationsstrom mit Potentiometer
7 eingestellt, der mit AmperemeterA gemessen werden kann. Wird nun Taste
6 wieder geöffnet, so beginnt die Oxydation, und zwar - wie mit Hilfe
von F i g. 1 schon beschrieben - mit dem konstant gehaltenen Maximaloxydationsstrom.
Mit wachsender Oxydschicht steigt die Badspannung allmählich an, womit die Spannung
an der Anode der Elektronenröhre 4 abfällt. Pentoden haben aber bekanntlich die
Eigenschaft, daß ihr Anodenstrom von der Anodenspannung nur geringfügig abhängt,
wenn die Schirmgitterspannung konstant gehalten wird und die Anodenspannung nicht
unter einen bestimmten Wert U, absinkt. Damit bleibt der Oxydationsstrom
in gewünschter Weise und - wie in F i g. 1 dargestellt - konstant.
Ist dann die Badspannung auf den vorher eingestellten Maximalwert angestiegen, die
Anodenspannung also auf ihrem niedrigsten Wert, bei dem der Anodenstrom noch konstant
gehalten wird, gefallen, dann öffnet die durch den Spannungsabfall an der Zenerdiode
13 vorgespannte Diode 15 und verhindert das weitere Ansteigen der
Badspannung. Damit hat der zweite Teil des Oxydationsprozesses begonnen, bei dem
die Badspannung konstant gehalten wird und der Oxydationsstrom allmählich auf einen
Grenzwert absinkt. Als einstellbare Speisespannungsquelle wird zweckmäßig ein elektronisch
stabilisiertes Netzgerät verwendet. Die Spannungseinstellung ist damit ohne wesentliche
Änderung des Innenwiderstandes der Spannungsquelle möglich. Außerdem ist die von
einem solchen Gerät gelieferte Spannung praktisch unabhängig von Netzspannungsschwankungen.At the beginning of the oxidation process - the material to be oxidized has already been inserted into the bath as an anode - the maximum desired bath voltage U is set with the key 5 open by setting the voltage of the supply voltage source to a corresponding value. The bath voltage U can be read off at voltmeter V. Then key 5 is closed and 6 opened and the maximum desired oxidation current is set with potentiometer 7 , which can be measured with ammeter A. If button 6 is now opened again, the oxidation begins, specifically - as with the aid of FIG. 1 already described - with the maximum oxidation current kept constant. As the oxide layer grows, the bath voltage gradually increases, with the result that the voltage at the anode of the electron tube 4 drops. As is known, however, pentodes have the property that their anode current is only slightly dependent on the anode voltage if the screen grid voltage is kept constant and the anode voltage does not drop below a certain value U i. The oxidation current thus remains in the desired manner and - as in FIG. 1 shown - constant. If the bath voltage has risen to the previously set maximum value, i.e. the anode voltage has fallen to its lowest value at which the anode current is still kept constant, then the diode 15 preloaded by the voltage drop at the Zener diode 13 opens and prevents the bath voltage from rising further . This started the second part of the oxidation process, during which the bath voltage is kept constant and the oxidation current gradually falls to a limit value. An electronically stabilized power supply unit is expediently used as the adjustable supply voltage source. The voltage setting is thus possible without a significant change in the internal resistance of the voltage source. In addition, the voltage supplied by such a device is practically independent of mains voltage fluctuations.