Учебники

Базовая электроника – поляризованные конденсаторы

Поляризованные конденсаторы имеют специфическую положительную и отрицательную полярность. При использовании этих конденсаторов в цепях всегда следует следить за тем, чтобы они были подключены в идеальной полярности . На следующем рисунке показана классификация поляризованных конденсаторов.

Поляризованные конденсаторы

Давайте начнем обсуждение с электролитических конденсаторов.

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы – это конденсаторы, которые по названию указывают на то, что в них используется некоторое количество электролита. Это поляризованные конденсаторы, которые имеют анод (+) и катод (-) с определенной полярностью.

Металл, на котором изолирующий оксидный слой образуется при анодировании, называется анодом . Твердый или нетвердый электролит, который покрывает поверхность оксидного слоя, выполняет функцию катода . Электролитические конденсаторы имеют намного более высокое значение Емкость-Напряжение (CV), чем другие, из-за их большей поверхности анода и тонкого диэлектрического оксидного слоя.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

Алюминиевые электролитические конденсаторы являются наиболее распространенными типами среди электролитических конденсаторов. В них чистая алюминиевая фольга с протравленной поверхностью действует как анод . Тонкий слой металла толщиной в несколько микрометров действует как диффузионный барьер , который помещается между двумя металлами для электрического разделения. Следовательно, диффузионный барьер действует как диэлектрик . Электролит действует как катод, который покрывает шероховатую поверхность оксидного слоя.

На следующем рисунке показано изображение алюминиевых электролитических конденсаторов различных размеров.

Электролитические конденсаторы

В зависимости от электролита существует три типа алюминиевых электролитических конденсаторов. Они –

  • Влажные алюминиевые электролитические конденсаторы (не твердые)
  • Диоксид марганца Алюминий Электролитические конденсаторы (твердые)
  • Полимер Алюминий Электролитические конденсаторы (твердые)

Основным преимуществом этих алюминиевых электролитических конденсаторов является то, что они имеют низкие значения импеданса даже на частоте сети и дешевле. Они в основном используются в цепях электропитания, SMPS (импульсный источник питания) и DC-DC преобразователи .

Танталовые электролитические конденсаторы

Это электролитические конденсаторы другого типа, анод которых выполнен из тантала, на котором сформирован очень тонкий изолирующий оксидный слой . Этот слой действует как диэлектрик, а электролит действует как катод, который покрывает поверхность оксидного слоя.

На следующем рисунке показано, как выглядят танталовые конденсаторы.

Танталовые электролитические конденсаторы

Тантал обеспечивает высокую диэлектрическую проницаемость слоя. Тантал имеет большую емкость на единицу объема и меньший вес. Но они стоят дороже, чем алюминиевые электролитические конденсаторы, из-за частой недоступности тантала.

Ниобиевые электролитические конденсаторы

Ниобиевый электролитический конденсатор – это другой тип электролитических конденсаторов, в котором пассивированный металлический ниобий или монооксид ниобия рассматривается в качестве анода, а на анод добавляется изолирующий слой пятиокиси ниобия, так что он действует как диэлектрик. Твердый электролит укладывается на поверхность оксидного слоя, который действует как катод. На следующем рисунке показано, как выглядят ниобиевые конденсаторы.

Ниобиевые электролитические конденсаторы

Ниобиевые конденсаторы обычно выпускаются в виде чиповых конденсаторов SMD (для поверхностного монтажа). Они легко встраиваются в печатную плату. Эти конденсаторы должны работать в идеальной полярности. Любое обратное напряжение или ток пульсации, превышающий указанный, в конечном итоге разрушит диэлектрик и конденсатор.

Супер конденсаторы

Высокоемкие электрохимические конденсаторы со значениями емкости, намного превышающими другие конденсаторы, называются суперконденсаторами. Они могут быть классифицированы как группа, которая находится между электролитическими конденсаторами и аккумуляторными батареями. Они также называются ультраконденсаторами .

Есть много преимуществ с этими конденсаторами, такими как –

  • Они имеют высокое значение емкости.
  • Они могут хранить и доставлять заряд намного быстрее.
  • Они могут обрабатывать больше циклов зарядки и разрядки.

Эти конденсаторы имеют много применений, таких как –

  • Они используются в автомобилях, автобусах, поездах, лифтах и ​​кранах.
  • Они используются при рекуперативном торможении.
  • Они используются для резервного копирования памяти.

Типы суперконденсаторов: двухслойные, псевдо и гибридные.

Двухслойные конденсаторы

Двухслойные конденсаторы представляют собой электростатические конденсаторы. Осаждение заряда осуществляется в этих конденсаторах по принципу двухслойного.

  • Все твердые вещества имеют отрицательный заряд на поверхностном слое при попадании в жидкость.

  • Это связано с высоким диэлектрическим коэффициентом жидкости.

  • Все положительные ионы приходят к поверхности твердого материала, чтобы сделать кожу.

  • Осаждение положительных ионов вблизи твердого материала ослабевает с расстоянием.

  • Заряд, создаваемый на этой поверхности за счет осаждения анионов и катионов, приводит к некоторому значению емкости.

Все твердые вещества имеют отрицательный заряд на поверхностном слое при попадании в жидкость.

Это связано с высоким диэлектрическим коэффициентом жидкости.

Все положительные ионы приходят к поверхности твердого материала, чтобы сделать кожу.

Осаждение положительных ионов вблизи твердого материала ослабевает с расстоянием.

Заряд, создаваемый на этой поверхности за счет осаждения анионов и катионов, приводит к некоторому значению емкости.

Это двухслойное явление также называется двойным слоем Гельмгольца. На рисунке ниже поясняется процедура явления двойного слоя, когда конденсатор заряжается и когда он разряжается.

Двухслойные конденсаторы

Эти конденсаторы просто называются электрическими двухслойными конденсаторами (EDLC). Они используют углеродные электроды для достижения разделения заряда между поверхностью проводящего электрода и электролитом. Углерод действует как диэлектрик, а два других – как анод и катод. Разделение заряда намного меньше, чем в обычном конденсаторе.

Псевдо-конденсаторы

Эти конденсаторы следуют электрохимическому процессу для нанесения заряда. Это также называется фарадейским процессом . На электроде, когда какое-то химическое вещество восстанавливается или окисляется, генерируется некоторый ток. Во время такого процесса эти конденсаторы накапливают электрический заряд путем переноса электрона между электродом и электролитом. Это принцип работы псевдо-конденсаторов.

Псевдо-конденсаторы

Они заряжаются намного быстрее и сохраняют заряд так же, как аккумулятор. Они работают с большей скоростью. Они используются в паре с батареями для улучшения жизни. Они используются в приложениях сетки для обработки колебаний мощности.

Гибридные конденсаторы

Гибридный конденсатор представляет собой комбинацию EDLC и псевдо-конденсатора. В гибридных конденсаторах активированный уголь используется в качестве катода, а предварительно легированный углеродный материал действует в качестве анода. Литий-ионный конденсатор является распространенным примером этого типа. На следующем рисунке показаны различные типы гибридных конденсаторов.

Гибридные конденсаторы

Они имеют высокую толерантность в широком диапазоне температур от -55 ° С до 200 ° С. Гибридные конденсаторы также используются в бортовых системах. Несмотря на высокую стоимость, эти конденсаторы очень надежны и компактны. Они прочные и выдерживают экстремальные удары, вибрацию и давление окружающей среды. Гибридные конденсаторы имеют более высокую плотность энергии и более высокую удельную мощность, чем любой электролитический конденсатор.