O que é capacitor e como são formados os capacitores eletrolíticos?

Para entender como os capacitores eletrolíticos são formados, vantagens e seus usos em aplicações, vamos fazer uma revisão do que é capacitor? e de qual parâmetro a capacitância de um capacitor depende.

O que é "CAPACITADOR"?

“ O capacitor pode ser definido como um dispositivo eletrônico usado para armazenar cargas eletrônicas em função de um campo elétrico”

O capacitor é um componente passivo. Neste ponto você está pensando o que o termo passivo define? “  passivo indicam os dispositivos que não são capazes de controlar a corrente por meio de outro sinal elétrico. ” (ou seja, resistores, transformador, indutores, diodos e capacitores)

Dois tipos de capacitores (ou seja, capacitores polares e não polares). Um capacitor eletrolítico é um capacitor polar (ou seja, com polaridade). Neste artigo, discutiremos o capacitor polar (ou seja, o capacitor eletrolítico de alumínio que é categorizado como um capacitor eletrolítico).

As duas placas metálicas usadas em capacitores (isto é, ânodo e cátodo) têm a capacidade de armazenar cargas quando a polaridade de tensão correta é aplicada. No capacitor de placas paralelas, quando a tensão é aplicada, o campo elétrico é produzido. Este campo elétrico é muito alto, como resultado, a capacitância de um capacitor diminuirá (porque a capacitância é inversamente proporcional ao campo elétrico). A capacitância é a capacidade de armazenar cargas em uma diferença de potencial de 1V. Como para aumentar a capacitância do capacitor, um dielétrico é inserido entre as placas do capacitor, um dielétrico é um material eletricamente isolante.

Ao introduzir um dielétrico, o campo elétrico diminui, o que resulta na diminuição da tensão e a capacitância aumenta. A capacitância depende de três parâmetros (ou seja, a área do capacitor, a distância entre as placas e a permissividade do dielétrico).

CAPACITORES ELETROLÍTICOS:

Os capacitores eletrolíticos são usados ​​em uma ampla variedade de aplicações, como em fontes de alimentação, placas-mãe de TV e computadores, circuitos mais inertes, placas de microcontroladores, amplificadores de áudio, usados ​​para fins de acoplamento e desacoplamento etc. Os capacitores eletrolíticos fornecem um valor muito alto de capacitância devido ao uso de dielétrico entre as placas do capacitor.

COMO BASICAMENTE SÃO FORMADOS OS CAPACITORES ELETROLÍTICOS?

Um capacitor eletrolítico compreende duas placas (isto é, ânodo e cátodo) feitas de metal, o dielétrico é formado na placa do ânodo pelo processo de oxidação do ânodo, este processo forma uma camada de óxido isolante (ou seja, um dielétrico para capacitor ) na placa do ânodo (oxidação do ânodo  é um processo eletroquímico necessário para tornar o metal durável e resistente à corrosão). Considerando que o eletrólito (um líquido que é ionizado) que serve o papel do cátodo. A espessura desta camada de óxido depende das tensões máximas de operação do capacitor para proteger o dielétrico de ruptura.

Três tipos de capacitores eletrolíticos em termos de placas de metal:

1. CAPACITADOR ELETROLÍTICO DE ALUMÍNIO.
2. CAPACITADOR ELETROLÍTICO DE TÂNTALO.
3. CAPACITADOR ELETROLÍTICO DE NIÓBIO.

Neste artigo, discutiremos o capacitor eletrolítico de alumínio.

CAPACITADOR ELETROLÍTICO DE ALUMÍNIO:

Capacitores eletrolíticos de alumínio ocupam a posição principal entre outros tipos de capacitores. E pode ser usado para uma ampla variedade de aplicações. As principais vantagens que tornam os capacitores eletrolíticos mais úteis em relação a outros tipos de capacitores são um valor muito alto de capacitância, alta confiabilidade e melhor desempenho.

PRINCÍPIOS DE CONSTRUÇÃO DE CAPACITORES ELETROLÍTICOS DE ALUMÍNIO:

Uma vez que um capacitor eletrolítico consiste em duas folhas de alumínio (ou seja, uma folha serve como ânodo e outra serve como cátodo), separadas por um material dielétrico (discutimos anteriormente o papel do dielétrico). No lado do cátodo, há uma solução eletrolítica (basicamente um líquido que é ionizado) e um papel espaçador.

FOLHA DE ANODO:

Uma placa de ânodo de um capacitor eletrolítico de alumínio é composta de alumínio (ou seja, um metal)  que é altamente puro (ou seja, 99,99% puro). A espessura desta placa é de cerca de 20~100um.

• GRAVAÇÃO (DESBASTE):

Uma vez que a capacitância de um capacitor também depende da área da superfície da placa metálica. Pelo processo de gravação, a área de superfície efetiva do capacitor é aumentada.

Existem dois processos básicos de gravação.

1. A folha de alumínio é submetida a uma solução de ácido clorídrico (também conhecido como ataque físico).
2. A folha de alumínio que serve como ânodo pelo processo de eletrólise é colocada na solução aquosa de ácido clorídrico (que é basicamente um processo eletroquímico). Neste ponto, você está pensando o que é uma eletrólise? Neste processo, uma folha de alumínio é colocada em um líquido contendo íons e, em seguida, o líquido é submetido a corrente elétrica (ou seja, DC ou AC).

O método de gravação pode ser determinado pelo desempenho desejado de um capacitor. Depois de gravar os íons de cloro na superfície da folha pode destruir o metal de alumínio lentamente por uma reação química, como resultado, o capacitor pode ser danificado. Portanto, para proteger a folha de danos, a folha de alumínio é enxaguada na água. A imagem abaixo mostra a área de superfície para folha de baixa e alta tensão após a gravação.

• FORMAÇÃO (OXIDAÇÃO DO ANODO):

Depois de gravar o processo de formação de um dielétrico. A camada de óxido é formada na folha de alumínio gravada, esta camada de óxido desempenha um papel de dielétrico. A folha gravada é imersa em uma solução eletrolítica (isto é, fosfato de amônio ou ácido bórico de amônio) e submetida a uma voltagem DC. Durante este processo, uma camada de AL2O3 (ou seja, um dielétrico) é formada na folha de alumínio. A espessura desta camada de óxido é proporcional à tensão aplicada (geralmente 1,4 nm por volt).

FOLHA DE CATODO:

A folha de alumínio no lado do cátodo tem a função de fornecer contato elétrico entre o eletrólito e o terminal externo. Este alumínio é de baixa pureza (ou seja, 9,8%). Esta folha também é gravada, mas não é submetida ao processo de oxidação como a folha de alumínio do ânodo. Mas também possui uma camada de óxido muito fina devido à reação da superfície do alumínio com o ar que ocorre naturalmente. Esta camada de óxido natural pode suportar a tensão de cerca de (1-2 V).

ELETRÓLITO:

O eletrólito (ou seja, um líquido condutor que é ionizado) entre o ânodo e a folha do cátodo desempenha basicamente o papel de um cátodo do capacitor.

O requisito básico de um eletrólito é mencionado abaixo:

• Eletricamente condutivo
• Quando entra em contato com o ânodo e as folhas do cátodo, deve ser quimicamente estável
• Em temperatura muito alta, tem baixa volatilidade.

PAPEL ESPAÇADOR:

O cátodo e o ânodo do capacitor devem ser protegidos contra curto-circuito (ou seja, contato direto). O papel espaçador entre o ânodo e o cátodo é composto de absorvente de alta pureza para proteger o contato físico entre o ânodo e o cátodo (ou seja, para protegê-lo do curto-circuito).

A espessura do papel espaçador depende da tensão nominal do capacitor. Para capacitor de 100V, a espessura do papel espaçador está entre 35-75um. Para proteger o papel espaçador de uma avaria em voltagens mais altas. É feito de espessura que pode tolerar a tensão nominal do capacitor. Uma razão pela qual o capacitor explode em tensões mais altas que a tensão nominal é que quando a tensão acima da nominal é aplicada ao capacitor, a espessura do papel espaçador (projetado para tolerar a tensão nominal do capacitor) não pode tolerar a tensão aplicada e ocorre a quebra (como resultado, o papel espaçador é danificado e o ânodo e o cátodo estão em curto-circuito e o capacitor é explorado.

FABRICAÇÃO:

  Primeiramente, o rolo mestre de folha de alumínio é passado por um processo de gravação e por um processo de formação (ou seja, uma camada dielétrica). Depois disso, as folhas de ânodo e cátodo são cortadas do rolo mestre de uma largura e comprimento especificados. Em seguida, o ânodo e a folha do cátodo são costurados com um chumbo e, em seguida, o papel espaçador (ou seja, entre o ânodo e o cátodo), as folhas de ânodo e cátodo são enroladas juntas. Depois disso, o elemento ferido é imerso em um banho eletrolítico (ou seja, um processo de impregnação) sob baixa pressão de ar.

O eletrólito contém álcoois poli-hídricos, como etilenoglicol (ou seja, desempenha um papel de solvente) e sais de amônio (ou seja, desempenha um papel de solutos) para restaurar a camada de óxido danificada (dielétrico) e melhorar o desempenho e a vida útil do capacitor. Em seguida, o elemento impregnado é montado no qual o elemento impregnado é fixado com uma vedação de borracha, e também colocado em caixa de alumínio e vedado com uma caixa de borracha.

Agora o capacitor selado é coberto com uma manga feita de PVC. Esta manga indica a informação de um capacitor. Uma vez que durante o processo de corte e costura, a camada de óxido formada pelo processo de FORMING é possivelmente danificada, para que o capacitor funcione corretamente é necessário restaurar o filme de óxido. No processo de ENVELHECIMENTO, o capacitor é aplicado com uma tensão CC em alta temperatura para restaurar a camada de óxido. Este processo faz com que a corrente de fuga seja estável. Agora o capacitor é finalmente testado para atingir os critérios necessários.

Leia o próximo artigo:  Como testar um capacitor facilmente usando 6 métodos | Tecnologia de Engenharia Eletrônica