Базовая электроника - поляризованные конденсаторы

Поляризованные конденсаторы имеют определенную положительную и отрицательную полярность. При использовании этих конденсаторов в цепях всегда следует следить за тем, чтобы они были подключеныperfect polarities. На следующем изображении показана классификация поляризованных конденсаторов.

Начнем обсуждение с электролитических конденсаторов.

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы - это конденсаторы, название которых указывает на то, что в них используется какой-то электролит. Это поляризованные конденсаторы с анодом (+) и катодом (-) с определенной полярностью.

Металл, на котором insulating oxide layer формы путем анодирования называется Anode. Твердый или нетвердыйelectrolyte покрывающий поверхность оксидного слоя, функционирует как cathode. Электролитические конденсаторы намного вышеCapacitance-Voltage (CV) value чем другие, из-за большей поверхности анода и тонкого диэлектрического оксидного слоя.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

Алюминиевые электролитические конденсаторы являются наиболее распространенными типами электролитических конденсаторов. В этих чистыхAluminum foil с протравленной поверхностью действует как Anode. Тонкий слой металла толщиной в несколько микрометров действует какdiffusion barrier, который расположен между двумя металлами для электрического разделения. Следовательно, диффузионный барьер действует какdielectric. Вelectrolyte действует как cathode который покрывает шероховатую поверхность оксидного слоя.

На следующем рисунке показано изображение доступных алюминиевых электролитических конденсаторов различных размеров.

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

  • Влажные алюминиевые электролитические конденсаторы (нетвердые)
  • Диоксид марганца Алюминиевые электролитические конденсаторы (твердые)
  • Полимерные алюминиевые электролитические конденсаторы (твердые)

Основное преимущество этих алюминиевых электролитических конденсаторов заключается в том, что они имеют low impedanceзначения даже при частоте сети, и они дешевле. Они в основном используются вPower supply circuits, SMPS (Импульсный источник питания) и DC-DC Converters.

Танталовые электролитические конденсаторы

Это еще один тип электролитических конденсаторов, чьи anode составлен из tantalum на котором очень тонкая изоляционная oxide layerсформирован. Этот слой действует какdielectric и electrolyte действует как катод, покрывающий поверхность оксидного слоя.

На следующем рисунке показано, как выглядят танталовые конденсаторы.

Тантал обеспечивает слой диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью. Тантал имеет большую емкость на единицу объема и меньший вес. Но эти конденсаторы дороже, чем алюминиевые электролитические конденсаторы, из-за отсутствия тантала.

Ниобиевые электролитические конденсаторы

Электролитический конденсатор ниобия - это другой тип электролитических конденсаторов, в котором пассивированный металлический ниобий или монооксид ниобия рассматривается как анод, а изолирующий слой пентоксида ниобия добавляется на анод, так что он действует как диэлектрик. На поверхность оксидного слоя наносится твердый электролит, который действует как катод. На следующем рисунке показано, как выглядят ниобиевые конденсаторы.

Ниобиевые конденсаторы обычно доступны как конденсаторы для микросхем SMD (устройства поверхностного монтажа). Они легко устанавливаются на печатную плату. Эти конденсаторы следует эксплуатировать с соблюдением полярности. Любое обратное напряжение или пульсирующий ток выше указанного в конечном итогеdestroy the dielectric и конденсатор тоже.

Супер конденсаторы

Электрохимические конденсаторы большой емкости, значения емкости которых намного выше, чем у других конденсаторов, называются Super Capacitors. Их можно разделить на группу, которая находится между электролитическими конденсаторами и аккумуляторными батареями. Их также называютUltra Capacitors.

У этих конденсаторов много преимуществ, таких как:

  • У них высокое значение емкости.
  • Они могут хранить и доставлять заряд намного быстрее.
  • Они могут выдерживать большее количество циклов зарядки и разрядки.

Эти конденсаторы имеют множество применений, таких как -

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

Типы суперконденсаторов - двухслойные, псевдоконденсаторы и гибридные.

Двухслойные конденсаторы

Двухслойные конденсаторы - это электростатические конденсаторы. Осаждение заряда в этих конденсаторах осуществляется по принципу двойного слоя.

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

  • Это связано с высоким диэлектрическим коэффициентом жидкости.

  • Все положительные ионы приближаются к поверхности твердого материала, образуя кожу.

  • Осаждение положительных ионов около твердого материала становится более рыхлым с увеличением расстояния.

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

Это явление двойного слоя также называют двойным слоем Гельмгольца. Рисунок ниже объясняет процедуру явления двойного слоя, когда конденсатор заряжен и когда он разряжен.

Эти конденсаторы просто называются электрическими двухслойными конденсаторами (EDLC). В них используются угольные электроды для разделения заряда между поверхностью проводящего электрода и электролита. Углерод действует как диэлектрик, а два других - как анод и катод. Разделение заряда намного меньше, чем в обычном конденсаторе.

Псевдоконденсаторы

Эти конденсаторы следуют за electrochemicalпроцесс нанесения заряда. Это также называетсяfaradaic process. На электроде, когда какое-то химическое вещество восстанавливается или окисляется, генерируется ток. Во время такого процесса эти конденсаторы накапливают электрический заряд за счет переноса электронов между электродом и электролитом. Это принцип работы псевдоконденсаторов.

Они заряжаются намного быстрее и хранят столько же заряда, сколько и батарея. Они работают быстрее. Они используются вместе с батареями для увеличения срока службы. Они используются в сетевых приложениях для управления колебаниями мощности.

Гибридные конденсаторы

Гибридный конденсатор - это комбинация EDLC и псевдоконденсатора. В гибридных конденсаторах активированный уголь используется в качестве катода, а предварительно легированный углеродный материал действует как анод. Литий-ионный конденсатор является типичным примером этого типа. На следующем рисунке показаны различные типы гибридных конденсаторов.

Они обладают высокой толерантностью к широкому диапазону температурных колебаний от -55 ° C до 200 ° C. Гибридные конденсаторы также используются в бортовых системах. Несмотря на высокую стоимость, эти конденсаторы очень надежны и компактны. Они прочные и могут выдерживать экстремальные удары, вибрацию и давление окружающей среды. Гибридные конденсаторы имеют более высокую плотность энергии и более высокую удельную мощность, чем любой электролитический конденсатор.