Capacitor eletrolítico: Polaridade, Tipos, 7 Fatores Importantes

Pontos de discussão

A. Definição de Capacitor Eletrolítico e Visão Geral

B. Árvore genealógica de capacitores eletrolíticos

C. Princípio da carga

D. Construção do Capacitor

E. Capacitância e eficiência volumétrica

F. Características elétricas

G. Símbolo do capacitor

Capacitor eletrolítico

Definição

“Um capacitor eletrolítico pode ser definido como o capacitor cujos ânodos terminados em metal. Este ânodo cria uma camada de óxido isolante. ”

A camada de óxido isolante funciona como uma camada dielétrica do capacitor. A camada de óxido é coberta por eletrólitos de concreto, líquido ou gel. Essa parte coberta serve como cátodo do capacitor eletrolítico.

Polaridade do capacitor eletrolítico

Símbolo do capacitor

Os capacitores eletrolíticos têm um símbolo específico. O símbolo no circuito, vamos entender que tipo de capacitor é esse.

Capacitor eletrolítico
Símbolo
Caps e terminações simples IMG 5117
Capacitor eletrolítico, fonte de imagem -ElcapE-caps-IMG 5117 de ponta únicaCC0 1.0

Um capacitor eletrolítico típico tem um produto de capacitância-tensão (CV) mais alto por unidade de volume em comparação com outros tipos. A débil camada dielétrica, bem como a superfície anódica mais ampla, ajudam a alcançar isso.

Tipos de capacitores eletrolíticos

Eles têm três tipos -

  • Capacitores tipo alumínio
  • Capacitores tipo tântalo
  • Capacitores tipo Nióbio

Este tipo de capacitor tem uma grande capacitância, o que os ajuda a contornar os sinais de baixa frequência e armazenar um grande número de energias. Eles encontram aplicações em circuitos de desacoplamento e filtragem.

Esses tipos de capacitores são polarizados. A razão por trás deles é sua estrutura especial. Eles devem ser operados com tensões mais altas e mais tensões positivas devem estar no ânodo e no cátodo.

O ânodo de um capacitor eletrolítico utilizável industrial é marcado com um sinal de mais. Um capacitor eletrolítico pode ser destruído aplicando-se uma tensão de polaridade reversa ou usando uma tensão excessiva do que a tensão nominal de trabalho. A destruição é perigosa e pode criar uma explosão de fogo.

Os capacitores eletrolíticos bipolares também são únicos. Ele pode ser formado simplesmente juntando dois capacitores conectando ânodos a ânodo e cátodo a cátodo.

Conheça outros tipos de capacitores e mecanismos

Árvore genealógica de capacitores eletrolíticos

Os capacitores eletrolíticos têm várias variedades. A natureza da placa positiva e o tipo de eletrolítico utilizado fazem a variação. Cada um desses três tipos de capacitores usa tipos de eletrólitos concretos e não sólidos. A árvore é mostrada abaixo -

Árvore de Capacitores Eletrolíticos

Princípio de carga

Esses capacitores armazenam energia da mesma forma que os capacitores normais. Ele mantém a energia dividindo a carga em um campo elétrico na camada de óxido isolante dentro dos condutores. Um eletrólito está presente aqui, que atua como o cátodo. Ele também forma outro eletrodo do capacitor.

Construção

Esses capacitores praticam uma propriedade química de “metais de válvula” para criar o capacitor. A prática cria uma fina camada de óxido quando troca com um certo tipo de eletrólito. Existem três tipos sólidos que são praticados como ânodo nesses capacitores.

1. Alumínio - Este tipo de capacitores usa uma folha de alumínio impressa de alta pureza com óxido de alumínio como material dielétrico.

2. Tântalo - Este tipo de capacitores utiliza pó de tântalo que possui menor nível de dopagem.

[ Leia sobre o capacitor de tântalo. Clique aqui! ]

3. Nióbio - Este tipo de capacitores usa pellet de pó de nióbio que possui o nível mais baixo de dopagem.

A propriedade dos materiais do ânodo pode ser estudada abaixo -

MaterialMaterial dielétricoEstrutura do óxidoPermissividadeTensão de ruptura (V / µm)
AlumínioÓxido de Alumínio [Al2O3]Amorfo9.6710
AlumínioÓxido de Alumínio [Al2O3]Cristalino11.6-14.2800-1000
TântaloPentóxido de tântalo [Ta2O5]Amorfo27625
NióbioPentóxido de nióbio [Nb205]Amorfo41400
Tabela de Propriedades dos Materiais do Ânodo

Podemos ver que a permissividade do óxido de tântalo é três vezes maior do que a do óxido de alumínio.

Cada ânodo é impresso com uma área de cobertura menos lisa e tem uma área de cobertura maior em comparação com uma área de cobertura. Isso é feito para aumentar a capacitância por unidade de volume do capacitor.

Se um potencial de valor positivo for aplicado nos ânodos do capacitor, uma espessa camada de barreira de óxido será formada. A espessura da área de revestimento depende da voltagem aplicada sobre os ânodos. Essa camada de óxido, que também é isolante, funciona como um material dielétrico. A camada de óxido gerada pelo ânodo pode ser destruída se a polaridade da voltagem aplicada for invertida.

Após a formação do dielétrico, um contador precisa corresponder à área de isolamento rugosa na qual o óxido se formou. Como o eletrólito atua como um cátodo, ele realiza o processo de combinação.

Os eletrólitos são categorizados principalmente em duas seções - 'Sólido' e 'Não-sólido'. Os meios líquidos com condutividade iônica por íons em movimento são considerados eletrólitos não sólidos. Este tipo de eletrólito pode ser facilmente ajustado em uma superfície áspera. Os sólidos funcionam na estrutura robusta usando processos químicos como polimerização para polímeros condutores ou pirólise para dióxido de manganês.

Capacitores eletrolíticos Capacitância e eficiência volumétrica

O princípio de funcionamento de um capacitor do tipo eletrolítico é semelhante ao funcionamento de um 'capacitor de placa'.

A capacitância é representada pela seguinte equação.  

C = ε * (A / d)

Aqui,

C é a capacitância.

A é a área das placas.

d é a distância entre duas placas.  

ε é a permissividade do meio entre duas placas.

Aumentar a área do eletrodo e a permissividade dielétrica aumentará a capacitância.

Se olharmos em detalhes, um capacitor do tipo eletrolítico tem uma camada dielétrica fraca e fica no limite de nanômetro por volt. Há outra razão por trás da capacitância mais alta. É a área de superfície áspera.

Características elétricas

Circuito de equivalência em série

As características dos capacitores eletrolíticos estão bem definidas na 'Descrição genérica internacional IEC 60384-1'. Os capacitores podem ser representados como um circuito correspondente sem falhas com conexão em série de componentes elétricos, incluindo todas as perdas ôhmicas, parâmetros capacitivos e indutivos de um capacitor eletrolítico.

O circuito abaixo representa o equivalente em série dos capacitores eletrolíticos

SÉRIE DE CAPACITOR EQUIVALENTE 1
Circuito equivalente em série, imagem por - Carga IndutivaModelo de capacitor eletrolítico, marcado como domínio público, mais detalhes sobre Wikimedia Commons

C representa o valor da capacitância do capacitor; RESR representa a resistência equivalente em série. Perdas devido ao calor e efeitos ôhmicos também são levadas em consideração. LESL é a indutância correspondente em série e considerada como a auto-indutância do capacitor eletrolítico. Desolado é a resistência ao vazamento.

A Capacitância, Valores Padrão e Parâmetro de Tolerâncias do Capacitor Eletrolítico

A construção do ânodo e do cátodo decide principalmente as características de um capacitor eletrolítico. O valor da capacitância de um capacitor depende de alguns fatores, como os parâmetros de temperatura e a frequência. Os capacitores eletrolíticos de tipos não sólidos têm uma propriedade de desvio em relação às temperaturas. Ele mostra mais desvio do que tipos sólidos de eletrólitos.

A unidade da capacitância é normalmente em microfarad (µF).

  • O valor de aceitação necessário de capacitância é determinado pelas aplicações especificadas.
  • Os capacitores eletrolíticos não requerem tolerâncias estreitas.

Pronto e tensão de categoria

A tensão nominal do capacitor eletrolítico é definida como a tensão na qual o capacitor trabalha com eficiência total. Se o capacitor for fornecido mais do que a tensão nominal, o capacitor será danificado.

Se um capacitor for fornecido com tensão inferior ao nível nominal, isso também afetará o capacitor. A aplicação de tensões mais baixas aumenta a vida útil do capacitor. Às vezes, aumenta a confiabilidade dos capacitores eletrolíticos de tântalo.

Sobretensão

A tensão de surto é a quantidade máxima de tensão de pico fornecida aos capacitores eletrolíticos. É calculado para o período de uso do capacitor em um número limitado de ciclos.

Tensão transiente

Os capacitores eletrolíticos que têm o alumínio como material tendem a mostrar menos sensibilidade a tensões transientes.

Esta condição só ocorre se a frequência e a energia do transiente forem comparativamente menores.

Voltagem inversa

Um capacitor eletrolítico típico é polarizado e, em geral, implica que a voltagem do eletrodo anódico seja positiva em relação à voltagem catódica.

A tensão reversa raramente é usada em circuitos CA fixos.

Impedância

Um capacitor típico é usado como componente de armazenamento de energia elétrica. Às vezes, um capacitor é colocado para atuar como um elemento resistivo em um circuito CA. A principal aplicação de um eletrolítico capacitor é o capacitor de desacoplamento.

A impedância de um capacitor é dada pela resistência CA, que é dependente da frequência e tem fase e magnitude em uma frequência especificada.

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