Condensatore elettrolitico: polarità, tipi, 7 fattori importanti

Punti di discussione

A. Definizione di condensatore elettrolitico e panoramica

B. Albero genealogico dei condensatori elettrolitici

C. Principio di carica

D. Costruzione del condensatore

E. Capacità ed efficienza volumetrica

F. Caratteristiche elettriche

G. Simbolo del condensatore

Condensatore elettrolitico

Definizione

“Un condensatore elettrolitico può essere definito come il condensatore con anodi terminati in metallo. Questo anodo crea uno strato isolante di ossido. "

Lo strato di ossido isolante funziona come uno strato dielettrico del condensatore. Lo strato di ossido è coperto da elettroliti di cemento, liquidi o gel. Questa parte coperta funge da catodo del condensatore elettrolitico.

Polarità del condensatore elettrolitico

Simbolo del condensatore

I condensatori elettrolitici hanno un simbolo specifico. Il simbolo nel circuito, cerchiamo di capire che tipo di condensatore è questo.

Condensatore elettrolitico
Simbolo
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Un tipico condensatore elettrolitico ha un prodotto di tensione di capacità (CV) più elevato per unità di volume rispetto ad altri tipi. Il debole strato dielettrico e la superficie anodica più ampia aiutano a raggiungere questo obiettivo.

Tipi di condensatori elettrolitici

Hanno tre tipi:

  • Condensatori di tipo in alluminio
  • Condensatori di tipo al tantalio
  • Condensatori di tipo al niobio

Questo tipo di condensatore ha una grande capacità, che li aiuta a bypassare i segnali a bassa frequenza e ad immagazzinare un gran numero di energie. Trovano applicazioni nei circuiti di disaccoppiamento e filtraggio.

Questi tipi di condensatori sono polarizzati. La ragione dietro di loro è la loro struttura speciale. Devono funzionare a tensioni più elevate e tensioni più positive dovrebbero essere sull'anodo e sul catodo.

L'anodo di un condensatore elettrolitico utilizzabile industriale è contrassegnato con un segno più. Un condensatore elettrolitico può essere distrutto applicando una tensione di polarità inversa o utilizzando una tensione eccessiva rispetto alla tensione di lavoro nominale. La distruzione è pericolosa e può creare un'esplosione da incendiare.

Anche i condensatori elettrolitici bipolari sono unici nel loro genere. Può essere formato semplicemente unendo due condensatori collegando gli anodi all'anodo e il catodo al catodo.

Conoscere altri tipi di condensatori e meccanismi

Albero genealogico dei condensatori elettrolitici

I condensatori elettrolitici hanno diverse varietà. La natura della piastra positiva e il tipo di elettrolitico utilizzato fa la variazione. Ciascuno di questi tre tipi di condensatori utilizza tipi di elettroliti concreti e non solidi. L'albero è mostrato di seguito:

Albero del condensatore elettrolitico

Principio di carica

Questi condensatori immagazzinano energia proprio come i normali condensatori. Mantiene il potere separando la carica in un campo elettrico nello strato isolante di ossido all'interno dei conduttori. Un elettrolita è presente qui, che funge da catodo. Forma anche un altro elettrodo del condensatore.

Costruzione

Questi condensatori esercitano una proprietà chimica dei "metalli della valvola" per creare il condensatore. La pratica crea un sottile strato di ossido quando si interscambia con un certo tipo di elettrolita. Ci sono tre tipi solidi che vengono praticati come anodo in questi condensatori.

1. Alluminio - Questo tipo di condensatori utilizza un foglio di alluminio stampato di elevata purezza con ossido di alluminio come materiale dielettrico.

2. Tantalio - Questo tipo di condensatori utilizza polvere di tantalio che ha il livello di drogaggio più basso.

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3. Niobio - Questo tipo di condensatori utilizza un pellet di polvere di niobio che ha il livello più basso di drogaggio.

La proprietà dei materiali dell'anodo può essere studiata di seguito:

MaterialiMateriale dielettricoStruttura dell'ossidoPermittivitàTensione di rottura (V / µm)
AlluminioOssido di alluminio [Al2O3]Amorfo9.6710
AlluminioOssido di alluminio [Al2O3]Cristallino11.6-14.2800-1000
TantalioPentossido di tantalio [Ta2O5]Amorfo27625
NiobioPentossido di niobio [Nb205]Amorfo41400
Tabella delle proprietà dei materiali degli anodi

Possiamo vedere che la permettività dell'ossido di tantalio è tre volte superiore all'ossido di alluminio.

Ogni anodo è stampato con un'area di copertura meno liscia e ha un'area di copertura più ampia rispetto a una soffocante. Questo viene fatto per aumentare la capacità per unità di volume del condensatore.

Se un potenziale a valore positivo viene applicato agli anodi del condensatore, si formerà uno spesso strato barriera di ossido. Lo spessore dell'area di rivestimento dipende dalla tensione applicata sugli anodi. Questo strato di ossido che è anche isolante, funziona quindi come materiale dielettrico. Lo strato di ossido generato dall'anodo può essere distrutto se la polarità della tensione applicata viene invertita.

Dopo la formazione dielettrica, un contatore deve abbinare l'area isolante ruvida su cui si è formato l'ossido. Poiché l'elettrolita agisce come un catodo, esegue il processo di abbinamento.

Gli elettroliti sono classificati principalmente in due sezioni: "Solido" e "Non solido". I mezzi liquidi con conduttività ionica mediante spostamento di ioni sono considerati elettroliti non solidi. Questo tipo di elettroliti può essere facilmente posizionato su una superficie ruvida. Quelli solidi lavorano nella struttura robusta utilizzando processi chimici come la polimerizzazione per la conduzione di polimeri o la pirolisi per il biossido di manganese.

Condensatori elettrolitici Capacità ed efficienza volumetrica

Il principio di funzionamento di un condensatore di tipo elettrolitico è simile al funzionamento del "condensatore a piastre".

La capacità è rappresentata dalla seguente equazione.  

C = ε * (A / d)

Qui,

C è la capacità.

A è l'area dei piatti.

d è la distanza tra due piastre.  

ε è la permittività del mezzo tra due piastre.

Aumentando l'area dell'elettrodo e la permettività dielettrica aumenterà la capacità.

Se guardiamo in dettaglio, un condensatore di tipo elettrolitico ha uno strato dielettrico debole e rimane nel limite del nanometro per volt. C'è un'altra ragione dietro la maggiore capacità. È la superficie ruvida.

Caratteristiche elettriche

Circuito di equivalenza in serie

Le caratteristiche dei condensatori elettrolitici sono ben definite nella "Descrizione generica internazionale IEC 60384-1". I condensatori possono essere rappresentati come un circuito corrispondente impeccabile con collegamento in serie di componenti elettrici, comprese tutte le perdite ohmiche, parametri capacitivi e induttivi di un condensatore elettrolitico.

Il circuito sottostante rappresenta l'equivalente in serie dei condensatori elettrolitici

SERIE DI CONDENSATORI EQUIVALENTI 1
Circuito equivalente in serie, immagine di - Carico induttivoModello di condensatore elettrolitico, contrassegnato come dominio pubblico, maggiori dettagli su Wikimedia Commons

C rappresenta il valore di capacità del condensatore; RESR rappresenta la resistenza equivalente in serie. Vengono prese in considerazione anche le perdite dovute al calore e agli effetti ohmici. LESL è l'induttanza corrispondente in serie e considerata come l'autoinduttanza del condensatore elettrolitico. Bleak è la resistenza alle perdite.

La capacità, i valori standard e il parametro di tolleranza del condensatore elettrolitico

La costruzione di anodo e catodo decide principalmente le caratteristiche di un condensatore elettrolitico. Il valore di capacità di un condensatore dipende da alcuni fattori come i parametri di temperatura e la frequenza. I condensatori elettrolitici di tipo non solido hanno una proprietà di deviazione verso la temperatura. Mostra più deviazioni rispetto ai tipi solidi di elettroliti.

L'unità della capacità è tipicamente in microfarad (µF).

  • Il valore di accettazione della capacità necessario è determinato dalle applicazioni specificate.
  • I condensatori elettrolitici non richiedono tolleranze ristrette.

Pronto e tensione di categoria

La tensione nominale del condensatore elettrolitico è definita come la tensione alla quale il condensatore lavora con piena efficienza. Se il condensatore viene alimentato più della tensione nominale, il condensatore viene danneggiato.

Se a un condensatore viene fornita una tensione inferiore al livello nominale, influisce anche sul condensatore. L'applicazione di tensioni inferiori aumenta la durata del condensatore. A volte aumenta l'affidabilità dei condensatori elettrolitici al tantalio.

Sovratensione

La tensione di picco è la quantità massima di tensione di picco fornita ai condensatori elettrolitici. Viene calcolato per il periodo di utilizzo del condensatore in un numero limitato di cicli.

Tensione transitoria

I condensatori elettrolitici che hanno alluminio come materiale hanno la tendenza a mostrare una minore sensibilità alle tensioni transitorie.

Questa condizione è contenuta solo se la frequenza e l'energia del transiente sono comparativamente inferiori.

Tensione inversa

Un tipico condensatore elettrolitico è polarizzato e, in generale, prevede che la tensione dell'elettrodo anodico sia positiva rispetto alla tensione del catodo.

La tensione inversa è usata raramente nei circuiti CA fissi.

Impedenza

Un tipico condensatore viene utilizzato come componente di accumulo di energia elettrica. A volte un condensatore viene posizionato per fungere da elemento resistivo in un Circuito CA. La principale applicazione di un elettrolitico condensatore è il condensatore di disaccoppiamento.

L'impedenza di un condensatore è data dalla resistenza CA che dipende dalla frequenza e ha fase e grandezza a una frequenza specificata.

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