Électronique de base - Condensateurs polarisés

Les condensateurs polarisés sont ceux qui ont des polarités positives et négatives spécifiques. Lors de l'utilisation de ces condensateurs dans des circuits, il faut toujours veiller à ce qu'ils soient connectésperfect polarities. L'image suivante montre la classification des condensateurs polarisés.

Commençons la discussion avec les condensateurs électrolytiques.

Condensateurs électrolytiques

Les condensateurs électrolytiques sont les condensateurs qui indiquent par leur nom qu'un électrolyte y est utilisé. Ce sont des condensateurs polarisés qui ont une anode (+) et une cathode (-) avec des polarités particulières.

Un métal sur lequel insulating oxide layer formes par anodisation est appelé comme un Anode. Un solide ou non solideelectrolyte qui recouvre la surface de la couche d'oxyde, fonctionne comme un cathode. Les condensateurs électrolytiques ont beaucoup plusCapacitance-Voltage (CV) value que les autres, en raison de leur plus grande surface d'anode et de leur fine couche d'oxyde diélectrique.

Condensateurs électrolytiques en aluminium

Les condensateurs électrolytiques en aluminium sont les types les plus courants parmi les condensateurs électrolytiques. Dans ceux-ci, un purAluminum foil avec une surface gravée agit comme un Anode. Une fine couche de métal, d'une épaisseur de quelques micromètres, agit comme undiffusion barrier, qui est placé entre deux métaux pour se séparer électriquement. Par conséquent, la barrière de diffusion agit comme undielectric. leelectrolyte agit comme un cathode qui recouvre la surface rugueuse de la couche d'oxyde.

La figure suivante montre une image de différentes tailles de condensateurs électrolytiques en aluminium disponibles.

Selon l'électrolyte, il existe trois types de condensateurs électrolytiques en aluminium. Ils sont -

  • Condensateurs électrolytiques en aluminium humide (non solides)
  • Condensateurs électrolytiques en aluminium au dioxyde de manganèse (solides)
  • Condensateurs électrolytiques en aluminium polymère (solides)

Le principal avantage de ces condensateurs électrolytiques en aluminium est qu'ils ont low impedancevaleurs même à la fréquence du réseau et ils sont moins chers. Ceux-ci sont principalement utilisés dansPower supply circuits, SMPS (Alimentation à découpage) et DC-DC Converters.

Condensateurs électrolytiques au tantale

Ce sont un autre type de condensateurs électrolytiques dont anode est constitué de tantalum sur lequel un isolant très fin oxide layerest formé. Cette couche agit comme undielectric et le electrolyte agit comme une cathode qui recouvre la surface de la couche d'oxyde.

La figure suivante montre à quoi ressemblent les condensateurs au tantale.

Le tantale fournit une couche diélectrique à haute permittivité. Le tantale a une capacité élevée par volume et un poids inférieur. Mais ceux-ci sont plus coûteux que les condensateurs électrolytiques en aluminium, en raison de l'indisponibilité fréquente du tantale.

Condensateurs électrolytiques au niobium

Un condensateur électrolytique au niobium est l'autre type de condensateurs électrolytiques dans lequel un métal de niobium passivé ou du monoxyde de niobium est considéré comme une anode et une couche isolante de pentoxyde de niobium est ajoutée sur l'anode, de sorte qu'elle agit comme un diélectrique. Un électrolyte solide est déposé sur la surface de la couche d'oxyde qui agit comme une cathode. La figure suivante montre à quoi ressemblent les condensateurs au niobium.

Les condensateurs au niobium sont généralement disponibles sous forme de condensateurs à puce SMD (Surface Mount Devices). Ceux-ci sont facilement insérés dans un PCB. Ces condensateurs doivent fonctionner dans des polarités parfaites. Tout type de tension inverse ou de courant d'ondulation supérieur à celui spécifié finira pardestroy the dielectric et le condensateur aussi.

Super condensateurs

Les condensateurs électrochimiques de haute capacité avec des valeurs de capacité beaucoup plus élevées que les autres condensateurs, sont appelés comme Super Capacitors. Ceux-ci peuvent être classés comme un groupe qui se situe entre les condensateurs électrolytiques et les batteries rechargeables. Ceux-ci sont également appelés commeUltra Capacitors.

Il existe de nombreux avantages avec ces condensateurs tels que -

  • Ils ont une valeur de capacité élevée.
  • Ils peuvent stocker et livrer la charge beaucoup plus rapidement.
  • Ils peuvent gérer plus de cycles de charge et de décharge.

Ces condensateurs ont de nombreuses applications telles que -

  • Ils sont utilisés dans les voitures, les bus, les trains, les ascenseurs et les grues.
  • Ils sont utilisés dans le freinage par récupération.
  • Ils sont utilisés pour la sauvegarde de la mémoire.

Les types de super condensateurs sont à double couche, pseudo et hybrides.

Condensateurs à double couche

Les condensateurs à double couche sont des condensateurs électrostatiques. Le dépôt de charge se fait dans ces condensateurs selon le principe de la double couche.

  • Toutes les substances solides ont une charge négative sur la couche de surface lorsqu'elles sont éliminées dans un liquide.

  • Cela est dû au coefficient diélectrique élevé du liquide.

  • Tous les ions positifs se rapprochent de la surface du matériau solide pour former une peau.

  • Le dépôt d'ions positifs près du matériau solide se relâche avec la distance.

  • La charge créée à cette surface en raison du dépôt d'anions et de cations conduit à une certaine valeur de capacité.

Ce phénomène de double couche est également appelé double couche de Helmholtz. La figure ci-dessous explique la procédure du phénomène de double couche, lorsque le condensateur est chargé et lorsqu'il est déchargé.

Ces condensateurs sont simplement appelés condensateurs électriques à double couche (EDLC). Ils utilisent des électrodes de carbone pour réaliser la séparation de la charge entre la surface de l'électrode conductrice et l'électrolyte. Le carbone agit comme diélectrique et les deux autres comme anode et cathode. La séparation de charge est beaucoup plus petite que dans un condensateur conventionnel.

Pseudo condensateurs

Ces condensateurs suivent le electrochemicalprocessus de dépôt de charge. Ceci est également appelé commefaradaic process. Au niveau d'une électrode, lorsqu'une substance chimique réduit ou s'oxyde, un certain courant est généré. Au cours de ce processus, ces condensateurs stockent la charge électrique par transfert d'électrons entre l'électrode et l'électrolyte. C'est le principe de fonctionnement des pseudo condensateurs.

Ils se chargent beaucoup plus rapidement et stockent la charge autant qu'une batterie. Ils fonctionnent à un rythme plus rapide. Ceux-ci sont utilisés en tandem avec des batteries pour améliorer la durée de vie. Ceux-ci sont utilisés dans les applications de réseau pour gérer les fluctuations de puissance.

Condensateurs hybrides

Un condensateur hybride est une combinaison d'EDLC et de pseudo condensateur. Dans les condensateurs hybrides, du charbon actif est utilisé comme cathode et le matériau de carbone pré-dopé agit comme une anode. Le condensateur Li-ion est l'exemple courant de ce type. La figure suivante montre différents types de condensateurs hybrides.

Ils ont une tolérance élevée dans une large gamme de variations de température de -55 ° C à 200 ° C. Les condensateurs hybrides sont également utilisés dans les applications aéroportées. Bien que le coût soit élevé, ces condensateurs sont très fiables et compacts. Ceux-ci sont robustes et peuvent tolérer des chocs, des vibrations et des pressions extrêmes de l'environnement. Les condensateurs hybrides ont une densité d'énergie plus élevée et une puissance spécifique plus élevée que tout condensateur électrolytique.