¿Qué es un capacitor y cómo se forman los capacitores electrolíticos?

Para entender cómo se forman los capacitores electrolíticos, ventajas y sus usos en aplicaciones, repasemos qué es el capacitor? y de qué parámetro depende la capacitancia de un capacitor.

¿Qué es un "CONDENSADOR"?

“El condensador se puede definir como un dispositivo electrónico utilizado para almacenar cargas electrónicas en términos de un campo eléctrico”

El capacitor es un componente pasivo. A estas alturas estás pensando ¿qué define el término pasivo? “  pasivo indica aquellos dispositivos que no son capaces de controlar la corriente por medio de otra señal eléctrica. ” (es decir, resistencias, transformadores, inductores, diodos y condensadores)

Dos tipos de condensadores (es decir, condensadores polares y no polares). Un condensador electrolítico es un condensador polar (es decir, que tiene polaridad). En este artículo, analizaremos el condensador polar (es decir, el condensador electrolítico de aluminio que se clasifica como condensador electrolítico).

Las dos placas metálicas que se usan en los capacitores (es decir, el ánodo y el cátodo) tienen la capacidad de almacenar cargas cuando se aplica la polaridad de voltaje correcta. En el condensador de placas paralelas, cuando se aplica el voltaje, se produce el campo eléctrico. Este campo eléctrico es muy alto como resultado de que la capacitancia de un capacitor disminuirá (porque la capacitancia es inversamente proporcional al campo eléctrico). La capacitancia es la capacidad de almacenar cargas en 1V de diferencia de potencial. Dado que para aumentar la capacitancia del capacitor se inserta un dieléctrico entre las placas del capacitor, un dieléctrico es un material eléctricamente aislante.

Al introducir un dieléctrico, el campo eléctrico disminuye, lo que da como resultado una disminución del voltaje y un aumento de la capacitancia. La capacitancia depende de tres parámetros (es decir, el área del capacitor, la distancia entre las placas y la permitividad del dieléctrico).

CONDENSADORES ELECTROLÍTICOS:

Los condensadores electrolíticos se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, como fuentes de alimentación, placas base de TV y ordenadores, circuitos más inertes, placas de microcontroladores, amplificadores de audio, se utilizan con fines de acoplamiento y desacoplamiento, etc. Los condensadores electrolíticos proporcionan un valor muy alto de capacitancia debido al uso de dieléctrico entre las placas del capacitor.

¿CÓMO SE FORMAN BÁSICAMENTE LOS CONDENSADORES ELECTROLÍTICOS?

Un capacitor electrolítico consta de dos placas (es decir, ánodo y cátodo) hechas de metal, el dieléctrico se forma en la placa del ánodo mediante el proceso de oxidación del ánodo, este proceso forma una capa de óxido aislante (es decir, un dieléctrico para el capacitor). ) en la placa del ánodo (la oxidación del ánodo es un proceso electroquímico necesario para que el metal sea duradero y resistente a la corrosión). Mientras que el electrolito (un líquido que se ioniza) que cumple la función de cátodo. El grosor de esta capa de óxido depende de los voltajes máximos de operación del capacitor para proteger el dieléctrico de una ruptura.

Tres tipos de condensadores electrolíticos en función de sus placas metálicas:

1. CONDENSADOR ELECTROLÍTICO DE ALUMINIO.
2. CONDENSADOR ELECTROLÍTICO DE TANTALIO.
3. CONDENSADOR ELECTROLÍTICO DE NIOBIO.

En este artículo, hablaremos sobre el capacitor electrolítico de aluminio.

CONDENSADOR ELECTROLÍTICO DE ALUMINIO:

Los capacitores electrolíticos de aluminio ocupan la posición principal entre otros tipos de capacitores. Y se puede utilizar para una amplia variedad de aplicaciones. Las principales ventajas que hacen que los capacitores electrolíticos sean más útiles sobre otros tipos de capacitores son un valor muy alto de capacitancia, alta confiabilidad y mejor rendimiento.

PRINCIPIOS DE CONSTRUCCIÓN DE CONDENSADORES ELECTROLÍTICOS DE ALUMINIO:

Dado que un capacitor electrolítico consta de dos láminas de aluminio (es decir, una lámina cumple la función de ánodo y la otra cumple la función de cátodo), separadas por un material dieléctrico (hemos discutido anteriormente la función del dieléctrico). En el lado del cátodo hay una solución electrolítica (básicamente un líquido ionizado) y un papel espaciador.

LÁMINA DE ÁNODO:

Una placa de ánodo de un condensador electrolítico de aluminio está hecha de aluminio (es decir, un metal) que es muy puro (es decir, 99,99 % puro). El grosor de esta placa es de alrededor de 20~100um.

• GRABADO (DESBASTE):

Dado que la capacitancia de un capacitor también depende del área superficial de la placa metálica. Mediante el proceso de grabado, se aumenta el área de superficie efectiva del capacitor.

Hay dos procesos básicos de grabado.

1. El papel de aluminio se somete a una solución de ácido clorhídrico (también conocido como grabado físico).
2. El papel de aluminio que cumple la función de ánodo mediante el proceso de electrólisis se coloca en la solución acuosa de ácido clorhídrico (que es básicamente un proceso electroquímico). A estas alturas, estás pensando ¿qué es una electrólisis? En este proceso, se coloca un papel de aluminio en un líquido que contiene iones y luego el líquido se somete a corriente eléctrica (es decir, CC o CA).

El método de grabado puede determinarse por el rendimiento deseado de un capacitor. Después de grabar, los iones de cloro en la superficie de la lámina pueden destruir el metal de aluminio lentamente por una reacción química y, como resultado, el capacitor puede dañarse. Por lo tanto, para proteger la lámina de daños, la lámina de aluminio se enjuaga con agua. La siguiente imagen muestra el área de la superficie de la lámina de bajo y alto voltaje después del grabado.

• FORMACIÓN (OXIDACIÓN DEL ÁNODO):

Después de grabar el proceso de formación de un dieléctrico. La capa de óxido se forma sobre el papel de aluminio grabado, esta capa de óxido juega un papel de dieléctrico. La lámina grabada se sumerge en una solución electrolítica (es decir, fosfato de amonio o ácido bórico de amonio) y se somete a un voltaje de CC. Durante este proceso, se forma una capa de AL2O3 (es decir, un dieléctrico) sobre el papel de aluminio. El grosor de esta capa de óxido es proporcional al voltaje aplicado (generalmente 1,4 nm por voltio).

LÁMINA DE CÁTODO:

El papel de aluminio en el lado del cátodo sirve para proporcionar contacto eléctrico entre el electrolito y el terminal externo. Este aluminio es de baja pureza (es decir, 9,8%). Esta lámina también está grabada pero no está sujeta al proceso de oxidación como la lámina de aluminio del ánodo. Pero también tiene una capa de óxido muy fina debido a la reacción de la superficie de aluminio con el aire que se produce de forma natural. Esta capa de óxido natural puede soportar el voltaje de aproximadamente (1-2 V).

ELECTROLITO:

El electrolito (es decir, un líquido conductor que está ionizado) entre el ánodo y la lámina del cátodo básicamente desempeña el papel de cátodo del condensador.

El requisito básico de un electrolito se menciona a continuación:

• Conductor de electricidad
• Cuando entra en contacto con el ánodo y las láminas del cátodo, debe ser químicamente estable
• A muy alta temperatura tiene baja volatilidad.

PAPEL SEPARADOR:

El cátodo y el ánodo del condensador deben estar protegidos contra cortocircuitos (es decir, contacto directo). El papel espaciador entre el ánodo y el cátodo está hecho de absorbente de alta pureza para proteger el contacto físico entre el ánodo y el cátodo (es decir, para protegerlo del cortocircuito).

El grosor del papel espaciador depende de la clasificación de voltaje del capacitor. Para un condensador de 100 V, el grosor del papel espaciador es de 35 a 75 um. Para proteger el papel espaciador de una avería a voltajes más altos. Se hace grueso para que pueda tolerar el voltaje nominal del capacitor. Una de las razones por las que el capacitor explota a voltajes más altos que el voltaje nominal es que cuando se aplica al capacitor un voltaje superior al nominal, el grosor del papel espaciador (diseñado para tolerar el voltaje nominal del capacitor) no puede tolerar el voltaje aplicado y se produce una ruptura. (como resultado, el papel espaciador se daña y el ánodo y el cátodo se cortocircuitan y el capacitor explota.

FABRICACIÓN:

  En primer lugar, el rollo maestro de papel de aluminio pasa por un proceso de grabado y luego por un proceso de formación (es decir, una capa dieléctrica). Después de esto, las láminas de ánodo y cátodo se cortan del rollo maestro de un ancho y largo especificados. Luego, el ánodo y el cátodo se unen con una mina y luego el papel espaciador (es decir, entre el ánodo y el cátodo), Las láminas de ánodo y cátodo se enrollan juntas. Después de esto, el elemento herido se sumerge en un baño electrolítico (es decir, un proceso de impregnación) a baja presión de aire.

El electrolito contiene alcoholes polihídricos como el etilenglicol (es decir, juega un papel de solvente) y sales de amonio (es decir, juega un papel de solutos) para restaurar la capa de óxido dañada (dieléctrico) y mejorar el rendimiento y la vida útil del condensador. Luego se ensambla el elemento impregnado en el que el elemento impregnado se une con un sello de goma, y ​​también se coloca en una caja de aluminio y se sella con una caja de goma.

Ahora el capacitor sellado está cubierto con una funda hecha de PVC. Esta manga indica la información de un condensador. Dado que durante el proceso de corte y costura, la capa de óxido formada por el proceso de FORMACIÓN posiblemente se dañe, para que el condensador funcione correctamente es necesario restaurar la película de óxido. En el proceso de ENVEJECIMIENTO, se aplica al condensador una tensión continua a alta temperatura para restaurar la capa de óxido. Este proceso hace que la corriente de fuga sea estable. Ahora el condensador finalmente se prueba para lograr los criterios requeridos.

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