Capacitor eletrolítico

Um capacitor eletrolítico é um capacitor onde a camada dielétrica é uma camada de óxido de metal no ânodo e o cátodo é o eletrólito. O resultado é uma capacidade extremamente grande com uma voltagem operacional relativamente alta, causando a popularidade de tais produtos.

História da origem dos capacitores eletrolíticos

O efeito da oxidação eletroquímica de vários metais foi descoberto pelo cientista francês Eugène Adrien Ducretet em 1875 usando o exemplo de tântalo, nióbio, zinco, manganês, titânio, cádmio, antimônio, bismuto, alumínio e outros materiais. A essência da descoberta: quando ligado como um ânodo( o pólo positivo da fonte de energia), uma camada de óxido com propriedades de válvula cresceu na superfície. De fato, uma similaridade do diodo de Schottky é formada, em trabalhos selecionados, a condutividade do tipo n é atribuída ao óxido de alumínio.

Acontece que o local de contato tem propriedades de retificação. Agora é fácil assumir mais, se nos lembrarmos das qualidades da barreira de Schottky. Esta é uma baixa queda de tensão quando ligada na direção para frente. Para capacitores, baixo significa um valor impressionante. Quanto à inclusão reversa de capacitores eletrolíticos, as pessoas ouviram falar sobre os perigos de tais experimentos. A barreira de Schottky desenvolve correntes de fuga aumentadas, devido às quais a camada de óxido começa a se degradar imediatamente. Um papel significativo é atribuído à divisão do túnel. A reação química fluente é acompanhada pela liberação de gases, proporcionando um efeito negativo. Os teóricos dizem que esse fenômeno leva ao calor.

O nome da invenção do capacitor eletrolítico é 1896, quando em 14 de janeiro a Karol Pollak entrou com um pedido no escritório de patentes de Frankfurt. Assim, no ânodo do capacitor eletrolítico, a camada de óxido é construída sob a ação de um potencial positivo. O processo é chamado de moldagem, nas condições de desenvolvimento de tecnologia moderna dura horas e dias. Por essa razão, o crescimento ou degradação da camada de óxido não é perceptível durante a operação. Os capacitores eletrolíticos são utilizados em circuitos elétricos com frequência de até 30 kHz, o que significa o tempo de alteração da direção da corrente em dezenas de microssegundos. Durante este período, nada acontecerá ao filme de óxido.

Inicialmente, na prática russa, a produção industrial de capacitores eletrolíticos não era considerada economicamente viável. As revistas científicas até consideraram como configurar a produção. Tais notas incluem um artigo de Mitkevich( Jornal da Sociedade Físico-Química Russa, Física No. 34 de 1902).O capacitor eletrolítico em questão consistia de um ânodo de alumínio plano e dois catodos de ferro localizados nas laterais. O design foi colocado em uma solução de 6-8% de bicarbonato de sódio. A formação foi realizada com uma tensão constante( veja abaixo) de 100 V para uma corrente residual de 100 mA.

Os primeiros desenvolvimentos sérios na propriedade doméstica de capacitores com eletrólito líquido se relacionam com 1931 e foram criados pelo laboratório de P. A. Ostroumov.

A capacidade dos metais de válvula com um filme de óxido para endireitar a corrente varia. A qualidade do tântalo é mais pronunciada. Talvez devido ao pentóxido de tântalo, caracterizado pela condutividade do tipo p. Como resultado, uma mudança na polaridade leva à formação de um diodo Schottky conectado na direção direta. Devido à seleção específica de eletrólito, a camada de trabalho degradante do dielétrico pode ser restaurada no processo. Nesta excursão histórica é completada.

Produção de capacitores eletrolíticos

Metais, óxidos dos quais são caracterizados por propriedades retificadoras, chamadas válvula por analogia com diodos semicondutores.É fácil adivinhar que a oxidação leva à formação de um material com condutividade do tipo n. Esta é considerada a principal condição para a existência de um metal de válvula. Dos acima, apenas dois têm propriedades positivas claramente pronunciadas:

1. Alumínio. Tântalo
2. .

O primeiro é usado com muito mais frequência devido ao relativo baixo custo e prevalência na crosta terrestre. O tântalo é usado em casos extremos. O acúmulo do filme de óxido ocorre de duas maneiras:

• O primeiro método é manter uma corrente constante. No processo de aumentar a espessura da resistência ao óxido aumenta. Consequentemente, um reostato é incluído no circuito em série com o capacitor durante a moldagem. O processo é controlado pela queda de tensão na junção Schottky, se necessário, a derivação é ajustada para que os parâmetros permaneçam constantes. No estágio inicial, a velocidade de formação é constante, então um ponto de inflexão ocorre com uma diminuição no parâmetro, após um certo intervalo, o crescimento adicional do filme de óxido prossegue tão lentamente que o ciclo tecnológico é considerado concluído. Na primeira curva, o ânodo muitas vezes começa a acender. Por conseguinte, a tensão presente é chamada de forma análoga. No segundo ponto, o faiscamento aumenta acentuadamente, o processo de formação adicional é inconveniente. E a segunda curva é chamada de tensão máxima.
• O segundo método de formação da camada de óxido é reduzido para manter uma tensão constante no ânodo. Nesse caso, a corrente diminui exponencialmente. A tensão é escolhida abaixo da tensão de ignição. O processo vai para uma corrente residual residual, abaixo da qual o nível não cai mais. Então o molde termina.

A seleção correta de eletrólitos desempenha um grande papel no processo de moldagem. Na indústria, isso se resume ao estudo da interação de meios corrosivos com o alumínio:

1. Representantes do primeiro grupo de eletrólitos, incluindo bórico, ácido cítrico e bórax, quase não dissolvem alumínio e óxido. Utilizado maciçamente na fabricação de capacitores eletrolíticos. Moldagem longa leva a uma queda de tensão de até 1500 V, que determina a espessura da camada dielétrica.
   

   Capacitores eletrolíticos de alta voltagem

2. Ácidos crômico, sulfúrico, succínico e oxálico dissolvem a alumina bem, mas não afetam o metal. Uma característica distintiva da moldagem é uma camada dielétrica relativamente espessa. Além disso, com a expansão adicional não ocorre uma diminuição significativa no aumento de corrente ou tensão. Este processo é usado para formar capacitores elétricos com desempenho relativamente baixo( até 60 V).Hidratos e sais do ácido usado são misturados com óxido de alumínio em estruturas porosas. Esses processos podem ser usados ​​para fins de proteção. Então a moldagem vai de acordo com o esquema anterior( o primeiro grupo) e é completada como descrito. Uma camada protetora de hidróxidos protege o óxido da destruição durante a operação.
3. O terceiro grupo de eletrólitos consiste principalmente em ácido clorídrico. Essas substâncias não são usadas no processo de moldagem, elas dissolvem bem o alumínio e seus sais. Mas de bom grado usado para limpeza de superfícies.

Para tântalo e nióbio, todos os eletrólitos se enquadram na classificação do primeiro grupo. A capacidade do capacitor é determinada principalmente pela tensão na qual a moldagem é concluída. Os álcoois poli-hídricos, glicerina e sais de etilenoglicol são utilizados de forma semelhante. Nem todos os processos seguem o esquema descrito acima. Por exemplo, quando o alumínio é moldado em uma solução de ácido sulfúrico usando o método de corrente contínua, as seguintes seções do gráfico são distintas:

1. Um aumento rápido na tensão é observado por vários segundos.
2. Então, na mesma taxa, um declínio para o nível de cerca de 70% do pico foi observado.
3. Uma camada de óxido grosso e poroso se acumula durante o terceiro estágio, e o estresse cresce muito lentamente.
4. Na quarta seção, a tensão aumenta acentuadamente antes da ocorrência de uma quebra de centelha. Moldagem termina.

Depende muito da tecnologia. A espessura da camada e, portanto, a tensão de operação e a durabilidade do capacitor são influenciadas pela concentração de eletrólito, temperatura e outros parâmetros.

Projeto do capacitor eletrolítico

As placas geralmente não são planas. Para capacitores eletrolíticos, eles são frequentemente enrolados em um tubo enrolado. No corte, assemelha-se a uma bobina de Tesla com as consequentes consequências. Isto significa que um capacitor tem uma resistência indutiva significativa, que neste contexto é considerado parasita. Papel ou tecido impregnado de eletrólito é colocado entre as placas. O corpo é feito de alumínio - o metal é facilmente coberto com uma camada protetora, não é afetado pelo eletrólito e remove bem o calor( lembre-se do componente ativo da resistência do ânodo).

Estes são capacitores eletrolíticos secos. Sua principal vantagem no uso decente de volume. Não há excesso de eletrólito, o que reduz o peso e o tamanho com a mesma capacidade elétrica. Apesar do nome característico do eletrólito não ser seco, sim, viscoso. Eles são impregnados com juntas de tecido ou papel, localizadas entre as placas. Em virtude da viscosidade do eletrólito, o corpo pode ser plástico ou papel, um selo de resina é usado para vedação. Como resultado, o ciclo tecnológico de fabricação de produtos é simplificado. Historicamente, espécies de eletrólitos secos apareceram mais tarde. Na prática doméstica, as primeiras menções ocorrem em 1934.

No final de capacitores eletrolíticos estranhos, há entalhes transversais através dos quais o volume interno é espremido. Isso é no caso de um acidente. Um capacitor tão danificado pode ser facilmente percebido a olho nu e substituído a tempo, o que acelera o reparo. A marcação de falhas ajuda a evitar acidentes e polaridade incorreta. No catodo no importado, uma listra branca é desenhada ao longo de toda a altura, com os minuses afastados, e para os domésticos, as cruzes( vantagens) estão no lado oposto.

Para aumentar a emissividade, a cor do corpo é escura. Exceções à regra são raras. Tal medida aumenta a transferência de calor para o meio ambiente. Quando a tensão no trabalhador( moldagem) é excedida, há um aumento acentuado na corrente devido à ionização, um forte centelhamento no ânodo se desenvolve, uma camada dielétrica penetra parcialmente. As conseqüências de tais fenômenos são facilmente eliminadas no projeto e com o invólucro usado como cátodo: capacitores com eletrólito líquido ocupam espaço relativamente grande, mas removem bem o calor. Mas perfeitamente manifestado quando se trabalha em baixas frequências. O que causa o uso específico como uma fonte de alimentação de filtro( 50 Hz).

Esses capacitores eletrolíticos cilíndricos não estão dispostos como mostrado acima, sem abas de papel. Em alguns modelos, o case desempenha o papel de um cátodo, o ânodo está localizado no interior, pode ser de forma arbitrária para que a capacidade nominal máxima seja garantida. Devido ao processamento mecânico e gravação química, projetado para aumentar a área de superfície do eletrodo, os parâmetros podem ser aumentados em uma ordem de grandeza. O design é típico para modelos com eletrólito líquido. A capacidade da estrutura sob consideração varia quando a indústria libera de 5 a 20 µF a uma tensão de operação de 200 - 550 V. Devido ao aumento da resistência do eletrólito com temperatura decrescente, capacitores com eletrólito líquido e revestimento são usados ​​como cátodos principalmente em um microclima quente.