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Was ist ein Kondensator und wie werden Elektrolytkondensatoren gebildet?

Um zu verstehen, wie Elektrolytkondensatoren gebildet werden, Vorteile und ihre Verwendung in Anwendungen, lassen Sie uns einen Überblick darüber geben, was ein Kondensator ist? und von welchem ​​Parameter die Kapazität eines Kondensators abhängt.

Was ist „KONDENSATOR“?

„Der Kondensator kann als ein elektronisches Gerät definiert werden, das verwendet wird, um elektronische Ladungen in Bezug auf ein elektrisches Feld zu speichern“

Der Kondensator ist ein passives Bauelement. An dieser Stelle denken Sie darüber nach, was der Begriff Passiv definiert? „  Passiv bezeichnet Geräte, die nicht in der Lage sind, den Strom durch ein anderes elektrisches Signal zu steuern. ” (d. h. Widerstände, Transformatoren, Induktivitäten, Dioden und Kondensatoren)

Zwei Arten von Kondensatoren (d. h. polare und nicht-polare Kondensatoren). Ein Elektrolytkondensator ist ein Polarkondensator (d. h. mit Polarität). In diesem Artikel werden wir über Polarkondensatoren sprechen (d. h. Aluminium-Elektrolytkondensatoren, die als Elektrolytkondensatoren kategorisiert werden).

Die beiden in Kondensatoren verwendeten Metallplatten (d. h. Anode und Kathode) können Ladungen speichern, wenn die richtige Spannungspolarität angelegt wird. Im Parallelplattenkondensator wird beim Anlegen der Spannung das elektrische Feld erzeugt. Dieses elektrische Feld ist sehr hoch, was dazu führt, dass die Kapazität eines Kondensators abnimmt (weil die Kapazität umgekehrt proportional zum elektrischen Feld ist). Die Kapazität ist die Fähigkeit, Ladungen in einer Potentialdifferenz von 1 V zu speichern. Da zur Erhöhung der Kapazität des Kondensators ein Dielektrikum zwischen die Platten des Kondensators eingefügt wird, ist ein Dielektrikum ein elektrisch isolierendes Material.

Durch das Einbringen eines Dielektrikums wird das elektrische Feld verringert, wodurch die Spannung abnimmt und die Kapazität zunimmt. Die Kapazität hängt von drei Parametern ab (d. h. der Fläche des Kondensators, dem Abstand zwischen den Platten und der Permittivität des Dielektrikums).

ELEKTROLYTISCHE KONDENSATOREN:

Elektrolytkondensatoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, z. B. in Netzteilen, Hauptplatinen von Fernsehern und Computern, inerten Schaltungen, Mikrocontroller-Platinen, Audioverstärkern, die zum Koppeln und Entkoppeln usw. verwendet werden. Elektrolytkondensatoren bieten einen sehr hohen Wert von Kapazität aufgrund der Verwendung von Dielektrikum zwischen den Platten des Kondensators.

WIE GRUNDSÄTZLICH WERDEN ELEKTROLYTKONDENSATOREN AUFGEBAUT?

Ein Elektrolytkondensator besteht aus zwei Platten (d. h. Anode und Kathode) aus Metall, das Dielektrikum wird auf der Anodenplatte durch den Prozess der Anodenoxidation gebildet, dieser Prozess bildet eine isolierende Oxidschicht (d. h. ein Dielektrikum für Kondensatoren). ) auf der Anodenplatte (Anodenoxidation  ist ein elektrochemischer Prozess, der erforderlich ist, um das Metall haltbar und korrosionsbeständig zu machen). Wohingegen der Elektrolyt (eine Flüssigkeit, die ionisiert ist), der die Rolle der Kathode übernimmt. Die Dicke dieser Oxidschicht hängt von den maximalen Betriebsspannungen des Kondensators ab, um das Dielektrikum vor Durchschlag zu schützen.

Drei Arten von Elektrolytkondensatoren in Bezug auf ihre Metallplatten:

  1. ALUMINIUM-ELEKTROLYTISCHER KONDENSATOR.
  2. TANTAL-ELEKTROLYTKONDENSATOR.
  3. NIOB-ELEKTROLYTKONDENSATOR.

In diesem Artikel werden wir über Aluminium-Elektrolytkondensatoren sprechen.

ALUMINIUM-ELEKTROLYTKONDENSATOR:

Aluminium-Elektrolytkondensatoren nehmen unter anderen Arten von Kondensatoren die Hauptposition ein. Und kann für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. Die Hauptvorteile, die Elektrolytkondensatoren gegenüber anderen Kondensatortypen nützlicher machen, sind ein sehr hoher Kapazitätswert, hohe Zuverlässigkeit und beste Leistung.

BAUPRINZIPIEN VON ALUMINIUM-ELEKTROLYTKONDENSATOREN:

Da ein Elektrolytkondensator aus zwei Aluminiumfolien besteht (d. h. eine Folie dient als Anode und die andere als Kathode), die durch ein dielektrisches Material getrennt sind (wir haben zuvor die Rolle des Dielektrikums besprochen). Auf der Kathodenseite befindet sich eine Elektrolytlösung (im Grunde eine Flüssigkeit, die ionisiert wird) und ein Abstandspapier.

ANODENFOLIE:

Eine Anodenplatte eines Aluminium-Elektrolytkondensators besteht aus Aluminium (d. h. einem Metall), das hochrein ist (d. h. zu 99,99 % rein). Die Dicke dieser Platte beträgt etwa 20 bis 100 µm.

Da die Kapazität eines Kondensators auch von der Oberfläche der metallischen Platte abhängt. Durch den Ätzprozess wird die effektive Oberfläche des Kondensators vergrößert.

Es gibt zwei grundlegende Ätzverfahren.

  1. Die Aluminiumfolie wird einer Salzsäurelösung (auch bekannt als physikalisches Ätzen) ausgesetzt.
  2. Die Aluminiumfolie, die beim Elektrolyseprozess als Anode dient, wird in die wässrige Salzsäurelösung gegeben (was im Grunde ein elektrochemischer Prozess ist). An diesem Punkt denken Sie, was ist eine Elektrolyse? Bei diesem Verfahren wird eine Aluminiumfolie in eine Ionen enthaltende Flüssigkeit gelegt und dann wird die Flüssigkeit mit elektrischem Strom (d. h. entweder Gleichstrom oder Wechselstrom) beaufschlagt.

Das Ätzverfahren kann durch die gewünschte Leistung eines Kondensators bestimmt werden. Nach dem Ätzen können die Chlorionen auf der Folienoberfläche das Aluminiummetall langsam durch eine chemische Reaktion zerstören, wodurch der Kondensator beschädigt werden kann. Um die Folie vor Beschädigungen zu schützen, wird die Aluminiumfolie daher ins Wasser gespült. Das Bild unten zeigt die Oberfläche für Nieder- und Hochspannungsfolie nach dem Ätzen.

Nach dem Ätzen der Prozess zur Bildung eines Dielektrikums. Die Oxidschicht wird auf der geätzten Aluminiumfolie gebildet, diese Oxidschicht spielt die Rolle eines Dielektrikums. Die geätzte Folie wird in eine Elektrolytlösung (d. h. Ammoniumphosphat oder Ammoniumborsäure) eingetaucht und einer Gleichspannung ausgesetzt. Während dieses Prozesses wird eine AL2O3-Schicht (d. h. eine dielektrische Schicht) auf der Aluminiumfolie gebildet. Die Dicke dieser Oxidschicht ist proportional zur angelegten Spannung (im Allgemeinen 1,4 nm pro Volt).

Kathodenfolie:

Die Aluminiumfolie auf der Kathodenseite dient dazu, einen elektrischen Kontakt zwischen dem Elektrolyten und dem externen Anschluss bereitzustellen. Dieses Aluminium ist von geringer Reinheit (d. h. 9,8 %). Diese Folie wird ebenfalls geätzt, jedoch nicht wie die Anoden-Aluminiumfolie einem Oxidationsprozess unterzogen. Aber es hat auch eine sehr dünne Oxidschicht aufgrund der Reaktion der Aluminiumoberfläche mit der Luft, die natürlich auftritt. Diese natürliche Oxidschicht kann einer Spannung von etwa (1-2 V) standhalten.

ELEKTROLYT:

Der Elektrolyt (d. h. eine leitfähige Flüssigkeit, die ionisiert wird) zwischen der Anoden- und der Kathodenfolie spielt im Wesentlichen die Rolle einer Kathode des Kondensators.

Die grundlegenden Anforderungen an einen Elektrolyten sind unten aufgeführt:

ABSTANDSPAPIER:

Die Kathode und die Anode des Kondensators müssen vor Kurzschluss (d. h. direktem Kontakt) geschützt werden. Das Abstandspapier zwischen Anode und Kathode besteht aus hochreinem Absorptionsmittel, um den physischen Kontakt zwischen Anode und Kathode zu schützen (d. h. um es vor Kurzschluss zu schützen).

Die Dicke des Abstandspapiers hängt von der Nennspannung des Kondensators ab. Für 100-V-Kondensatoren liegt die Dicke des Abstandspapiers zwischen 35 und 75 um. Zum Schutz des Abstandspapiers vor einem Durchschlag bei höheren Spannungen. Es ist so dick gemacht, dass es die Nennspannung des Kondensators tolerieren kann. Ein Grund dafür, dass Kondensatoren bei höheren Spannungen als der Nennspannung explodieren, ist, dass, wenn eine Spannung über der Nennspannung an den Kondensator angelegt wird, die Dicke des Abstandspapiers (ausgelegt, um die Nennspannung des Kondensators zu tolerieren) die angelegte Spannung nicht tolerieren kann und ein Durchbruch auftritt (Dadurch wird das Abstandspapier beschädigt und Anode und Kathode werden kurzgeschlossen und der Kondensator wird ausgenutzt.

HERSTELLUNG:

  Zunächst wird die Mutterrolle aus Aluminiumfolie durch einen Ätzprozess und dann durch einen Formungsprozess (d. h. eine dielektrische Schicht) geführt. Danach werden die Anoden- und Kathodenfolien von der Mutterrolle mit einer bestimmten Breite und Länge geschnitten. Dann werden die Anoden- und Kathodenfolie mit einem Blei vernäht und dann das Abstandspapier (d.h. zwischen Anode und Kathode), Anoden- und Kathodenfolien werden zusammen gewickelt. Danach wird das gewickelte Element unter niedrigem Luftdruck in ein elektrolytisches Bad (d. h. einen Imprägnierungsprozess) getaucht.

Der Elektrolyt enthält mehrwertige Alkohole wie Ethylenglykol (d. h. spielt eine Rolle als Lösungsmittel) und Ammoniumsalze (d. h. spielt eine Rolle als gelöste Stoffe), um die beschädigte Oxidschicht (Dielektrikum) wiederherzustellen und die Leistung und Lebensdauer des Elektrolyts zu verbessern Kondensator. Dann wird das imprägnierte Element zusammengebaut, wobei das imprägnierte Element mit einer Gummidichtung befestigt wird, und auch in ein Aluminiumgehäuse gelegt und mit einem Gummigehäuse abgedichtet wird.

Nun wird der verschlossene Kondensator mit einer Hülle aus PVC umhüllt. Diese Hülse zeigt die Informationen eines Kondensators an. Da während des Schlitzens und Nähens die durch das FORMEN gebildete Oxidschicht möglicherweise beschädigt wird, ist es notwendig, den Oxidfilm wiederherzustellen, damit der Kondensator richtig funktioniert. Beim Alterungsprozess wird der Kondensator bei hoher Temperatur mit einer Gleichspannung beaufschlagt, um die Oxidschicht wiederherzustellen. Dieser Prozess macht den Leckstrom stabil. Jetzt wird der Kondensator abschließend getestet, um die geforderten Kriterien zu erfüllen.


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