les proprietes redresseuses du systeme ai-ai203-electrol

Summary
The AI-A1
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-electrolyte system is a rectifier for alternating current.
The article deals with the current-voltage characteristic of this
system, mainly in the forward direction. A simple experiment shows
that there is a considerable difference between the static and the
dynamic response. A method is described for measuring the dynamic
characteristic without any interference from the capacitive current
due to the capacitance of the system. It appears that the character-
istic in the forward direction shows a loop. Some properties of this
loop are considered.
621.319.45.025
R147 Philips Res. Rep. 5, 303-314, 1950
LES PROPRIETES REDRESSEUSES DU SYSTEME
AI-AI
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-ELECTROL YTE SOUMIS A UNE
TENSION ALTERNATIVE
by A. J. DEKKER *) and W. Ch. van GEEL
Résumé
Le systëme Al-Al203 -électrolyte est un redresseur pour le courant
alternatif. Cet article est consacré à la caractéristique courant-
tension de ce système. On envisagera surtout la caractêristique "dans
Ie sens bon conducteur. Une expérience simple montre qu'il existe une
diffërence importante entre les caractéristiques statique et dynamique.
On décrit une méthode permettant de mesurer la caractéristique
dynamique sans être gênë- par Ie-courant capacitif dû à la capacité
du système. On constate que la caractéristique présente une boucle
dans Ie sens bon conducteur. On examinera plus en détails quelques
unes des propriëtës de cette boucle.
Zusainmenfassung
Das System Al-Al
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-Elektrolyt ist ein Gleichrichter für Wechsel-
strom. In diesem Artikel erfolgt, eine Besprechung der Stromspan-
nungskennlinie, wobei diese hauptsächlich in der Richtung guter
Durchlassung betrachtet wird. Ein einfaches Experiment zeigt, daB
einwichtiger Unterschied zwischender statischen und der dynamischen
Kennlinie besteht. Es wird eine Methode beschrieben, die es gestattet,
die dynamische Kermlinie zu messen, ohne daB der durch die Kapa-
zität des Systems verursachte kapazitive Strom eine Störung bewirkt.
Es zeigt sich, daû die Kermlinie in der Richtung guter Durchlassung
eine Schleife aufweist. Einige Eigenschaften dieser Schleife werden
nähér untersucht.
1. Introduetion
On sait que l'oxydation anodique en solution électrolytique .permet
de recouvrir d'une couche d'oxyde PAl et quelques autres métaux tels que
Ie Ta et Ie Zr.
On admet généralement que pendant la formation de la couche; les ions
métal, sous l'influence duochamp électrique, se dirigent vers Ia=Iiarrière
*) Actuellement à Vancouver, U.B.C., Canada.

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A. J. DEKKER and W. Ch. van GEEL
oxyde-électrolyte, à travers la couche d'oxyde déjà existante, et se com-
binent en 'oe point avec l'oxygène dégagé. Si l'on applique une tension
positive entre une anode d'aluminium et une cathode de platine, I'aug-
mentation d'épaisseur de la couche entraîne une diminution du champ et
du transport des ions dans la pellicule. Le courant décroît et l'épaisseur
de la couche d'oxyde tend vers une valeur 1imite qui est sensihlement
inversement proportionnelie à la tension appliquée.
Le système AI-AI
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*)-électrolyte possède la propriété de redres ser
le courant. Si l'on applique une tension de même sens que pour la formation
de la pellicule, il circule un courant faible, généralement nommé courant
de fuite. Si l'on inverse Ie sens de la tension, il circule un courant beaucoup
plus intense (courant de conduction). Par ailleurs, pour une tension
constante, ce courant n'est pas constant mais croît en amplitude avec
le temps. En appliquant la tension pendant un temps très court; on peut
toutefois déterminer approximativement ce courant de conduction en
fonction de la tension.
Comme nous parlerons aussi dans eet article du rapport des courants .
.de conduction et de fuite, nous indiquerons la valeur des courants pour
une épaisseur donnée de pellicule de 0,35 fL. Dans ce cas on peut indiquer
approximativement la valeur de courant de fuite, ij, et cellc du courant de
conduction, ie:
ij R:I 2.10-
11
V2,
ie R:I 2.10-
7V2
(i en AJcm
2,
Ven volts **). La rapport de redressement est done ici de
i'ordre de 10
4•
Puisque nous nous occupons surtout de la caractéristique dynamique,
il est important de remarquer que Ie système possède une grande capacité
due à la faible épaisseur de la couche d'oxyde. Pour une tension de for-
mation de 350 volts, elle est de l'ordre de 22000 pFJcm
2•
Nous pouvons
done considérer le système comme une capacité sur laquelle une résistance
est monté en parallèle, la valeur de cette résistance dépendant de la gran-
deur de la tension et du sens du courant.
_Les propriétés électriques du système Al-AI
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-électrolyte sont en
grande partie déterminées par Ie traitement antérieur.
Si la tension appliquée est telie qu'il ne circule qu'un courant faible
(Al pos.), et si l'on inverse ensuite la tension (Al nég.), la valeur du courant
de conduction qui circulera alors dépendra du temps pendant lequel la
tension a été appliquée dans l'autre sens. C'est la même chose dans le
*) La couche d'oxyde possède la structure y'-Al
2
0
31) •
......) Nous ne voulons done pas indiquer que la caractëristique est quadratique; nous nous
bornons à dormer l'ordre de grandeur du courant en fonction de la tension.

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,SYSTEME AI.A1,O.:ELECTROLXTE
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cas ,contraire. On peut done s'attendre 'à- une différence prononcée. entre
/ les"car~ctéristiques statique et dynamique. ' , '.,'. =,
" '. • .,. 0 •
. Pour autant que nous le sachions, un tel phénomène n'à été signalé qu'in-
-cidemment dans les ouvragés déjà publiés. Störmer a parlé de' r~laxation
à propos de phénomènes de changement de sens de la tension appliquée 2j~
. Cet article se' propose d'étudier plus à fond ces phénomènes. '
. ,
2. Les, .earaetérfstiques statique et dynamique sont , différentes
, /
, . L'expérience simple suivant montre clairement la différence entre les
earaetéristiqués statique et dynamique (fig. I). On place en série avec
.une anode d'Al oxydé et un électrolyte un microampèremètre avec'le '
zéro au milieu de I'échelle.: Dans ce circuit on utilise comme source de
, rension ~e source de courànt àlternatif (SOp/s), et un~ so~'ce .de courant
continu, que l'on peut faire varier par tin potentiomètre, On peut do:D:'c\
superposer des tensions alternative et continue.' La source de courant
continu est plaoée' ~e façon à ce que son pole 'posi~f soit reliéà la plaque. "
'd'Al oxydé, de sorte qu'en l'absence de tension alternative il ne circule I,
dans Ie système qu'un courant de fuite faible quL~st ui.di~é par Ie micro-
ampêremêtre. Si nous appliquons alors.Ia tension alternative, ellè sé super: .\..
posera à la tension continue. Pendant une demi-période de -Ia tènsion
a:lternative la tension sera augmentée et pendant la demi-péfiode suivante
elle sera diminuée, Mais, comme Ie c,ourant de fuite augmente environ .
quadratiquement pa! rapport à la tension, !e courant de fuite moyen aug-'
mentera. Si l'on augmente la tension alternative jusqu'à ce que sa valeur
de crête devienne supérieure à la tension continue, il commence' aussi à
, circuler {m courant de,conduction (Al, nég.) et ie courant quîtraverse le " . J
microampèremètre diminue.. '. . .'. ',. '. . .'
. .Le tableau I indique, pour diverses valeurs de la tension' continue, les
. I
Fig. 1.Montage dans lequel une tension alternative est superposëe à une tension continue,
. de telle sorte que Ie'courant total dans le' circuit est ëgal à zëro, "
. ,
..
. ,
"0.
\.
.;. ~i ".
. '."

. "
J'
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A. J. DEKKER and W. Cb. van GEEL
. .
tVale~s de crêt~ d~ ~latènsi~n alternative Ïtécessa'ires pour' ramener à zéro
, j. '# •
. le courant qui traverse le microampèremètre: ,
" Nous devons encore'remarquer que la tension alternative donnè naissance
dans Ie circuit à un courant capacitif, Pour éviter qu'il ne traverse Ie micro-
ampèremètre on monte une 'capacité C en parallèle et une self-induction L en
série ave~ I'instriïment de mesure. Un filtrage très poussé n'est pas néces-
... saire car le. microampèremètre n'indique que le courant continu .
. ,
'1
. ,
TABLEAU I
..
tension continue valeur de crête de la
ten~ion alternative
(volts)
(volts)
30,
67
40
87'
50 111
.'
, "
.'60 134
.....
, Sur la figure 2 la valeur de crête de la tension alternative nécessaire pour
zannuler Ie courant total est représèntée en fonction de la, valeur de la
-tension continue, et cette fonction est linéaire. Le rapport est de: 2,2..
.Si nous admettons alors que Ie cou,.rant de fuite et Ie courant de conduction
's~nt tous deux, des fonctions quadratiques de la tension, soitr v
s; ' if= aV2, ie = pV2,
·nous pouvons calculer l~ rapport PIa. '.I , _,' j
La '~gu~e 3 représente la tension totale, somme 'des, tensions continue
'et! alternative, en fonction du temps. La tension de crête est 'prise, ici,2,2
,
I'
TensIM auernanr«
t60
V
t40
'20
tOO
80
60
'Ia
'2
.
"
1/
V
V
V
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V
_...V
,/
o /'
,/
"
0/
10
20 30 40
50 ,60. 70V
- 7ènsion conlinue
'.
,-
o
" 63410
,Fig: 2.yalèurs 'de crête de la tension alternative mesurëe dans le montage de la figure 1,
en fonction de la valeur de la tension continue. 'La pente est de 2;2.' .
" .

, '
~ .! .
, ,,'
, '.
" ,
, \ ,
SYSTElIlE AI-Al,O,-ELECTIlOLy:rE
. , ' [ois plus grande que la tension 'c~ntinue: Comm~ le courant total est nul,
Il' est clair que l'on a ' ,
; ,
b c
J if dt ' J ie dt ,
a b
) ,
._ou;: d'après notre supposition,
<
,- "
b
aJV2~t-
a '. -e
: , é.ém~aissimt la fon:~~ion V(t) nous pouvons calCl~ler {3/~ et nous trouvona
~o'riime'valeur 13, alors que 9'après les mesures du courant continu nous
. '
avons .trouvé 1()4_' Cette différence est 'tellement importante queIe fait de
n~~voir. pas reproduit ex;ctem:ent .la oaractéristique i-V'en la :supposànt
_ ~. .' l',' I f, .\
<tuaq.r'atique ne joue pratiquement aucun rêle, Nous poüvons donc conclure
g:~~.le rapport de redressement' décroît fortement Iorsqu'on irtilise une
tension alternative à la place d'une tension' continue. ,. r'
. ,
\ .
-t
6341!
.';(,' ..
"
_"":"1.. __
..' . ..
Fig. 3. 'Tension du dréuit Ai~Al20~-éle~ttoiytedela figure 1 en.fonction du temps, ia'valeur -
de crê~e de.la tension alternati~e' ~tant . 2,2 fois plus grande que la- te~sio'n continue, I
A première vue, on pourrait envisager l'éventualiié d'une détérï'oration
.de la pellicule pendant la phase de conduction, lorsqu'on applique une
tension alternative, la pellicule se reformant pendant la phase de non-'
conduction. Ce n'est toutefois pas exact, car bien que la capacité dEl'la
couche décroisse pendant les premiers instants de la phase de conduction •.
, elle reste ensuite la même pendant un temps prolongé. Si l'on inverse
I alors les pêles pour les remettre dans Ie sens de la formation, la' pellicule
se trouve 'ramenée en un temps très href à son ancien état, et Ie courant de
fuite est de nouveau faible. Et ce temps est beaucoup trop court pour
permettra une reconstruction notable de la pellicule. C'est pourquoi .on
_ne .peut envisager une destructien électro-chimique de la pellicule, . _.
.:' Il est plus indiqué de songer à uneffet de polarisation. Il est vraisemblable
que pendant la formation de Ia pellicule d'oxyde les ions servant à son
307, I
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