Hvordan fortelle polariteten til en elektrolytisk kondensator

Innhold

• Bestemme kondensatorpolaritet
• Tips
• Elektrolytiske kondensatoregenskaper
• Sikkerhetsregler ved måling av kapasitet
• Elektrolytisk kondensatorsymbol
• Beregning av elektrisk kapasitet
• Eksperimentelt å måle kapasitet
• Bruksområder når du måler kapasitet
• Elektrolytisk kondensatorkonstruksjon
• Elektrolytiske kondensatorer i aluminium
• Elektrolytter i elektrolytiske kondensatorer i aluminium
• Niob og tantal kondensatorer

Kondensatorer har en rekke design for bruk i databehandlingsapplikasjoner og filtrering av elektrisk signal i kretsløp. Til tross for forskjellene i måtene de er bygd på og hva de har brukt til, fungerer de alle gjennom de samme elektrokjemiske prinsippene.

Når ingeniører bygger dem, tar de hensyn til mengder som kapasitansverdi, nominell spenning, revers spenning og lekkasjestrøm for å sikre at de er ideelle for deres bruk. Når du vil lagre en stor mengde ladning i en elektrisk krets, kan du lære mer om elektrolytiske kondensatorer.

Bestemme kondensatorpolaritet

For å finne ut kondensatorpolaritet forteller stripen på en elektrolytisk kondensator deg den negative enden. For aksiale blykondensatorer (hvor ledningene kommer ut fra motsatte ender av kondensatoren), kan det være en pil som peker mot den negative enden, som symboliserer ladningsstrømmen.

Forsikre deg om at du vet hva polariteten til en kondensator er, slik at du kan feste den til en elektrisk krets i riktig retning. Å festes i feil retning kan føre til at kretsløpet kortslutter eller overopphetes.

Tips

I noen tilfeller kan den positive enden av kondensatoren være lengre enn den negative, men du må være forsiktig med disse kriteriene fordi mange kondensatorer har trimmet kablene. En tantalkondensator kan noen ganger ha et pluss-tegn (+) som indikerer den positive enden.

Noen elektrolytiske kondensatorer kan brukes på en bipolar måte som lar dem reversere polaritet når det er nødvendig. De gjør dette ved å veksle mellom ladestrømmen gjennom en vekselstrømskrets (AC).

Noen elektrolytiske kondensatorer er beregnet på bipolar drift ved upolariserte metoder. Disse kondensatorene er konstruert med to anodeplater som er koblet i omvendt polaritet. I påfølgende deler av vekselstrømssyklusen fungerer ett oksyd som et blokkerende dielektrikum. Det forhindrer at reversstrøm ødelegger den motsatte elektrolytten.

Elektrolytiske kondensatoregenskaper

En elektrolytisk kondensator bruker en elektrolytt for å øke mengden av kapasitans, eller dens evne til å lagre ladning kan den oppnå. De er polarisert, noe som betyr at ladningene stiller seg opp i en distribusjon som lar dem lagre lading. Elektrolytten, i dette tilfellet, er en væske eller gel som har en høy mengde ioner som gjør at den lett lades.

Når de elektrolytiske kondensatorene er polarisert, er spenningen eller potensialet på den positive terminalen større enn den negative, slik at ladningen kan strømme fritt gjennom kondensatoren.

Når kondensatoren er polarisert, markeres den vanligvis med et minus (-) eller pluss (+) for å indikere de negative og positive endene. Vær nøye med dette fordi, hvis du plugger en kondensator i en krets på feil måte, kan det kortslutte, som i, en strøm som er så stor, strømmer gjennom kondensatoren som kan skade den permanent.

Selv om en stor kapasitans lar elektrolytiske kondensatorer lagre større mengder ladning, kan de bli utsatt for lekkasjestrømmer og muligens ikke oppfylle de passende verdistoleranser, men mengden en kapasitans tillates å variere for praktiske formål. Enkelte konstruksjonsfaktorer kan også begrense levetiden til elektrolytiske kondensatorer hvis kondensatorene er tilbøyelige til å bli slitt ned etter gjentatt bruk.

På grunn av denne polariteten til en elektrolytisk kondensator, må de være forspent fremover. Dette betyr at den positive enden av kondensatoren må ha en høyere spenning enn den negative slik at ladning strømmer gjennom kretsløpet fra den positive enden til den negative enden.

Å knytte en kondensator til en krets i feil retning kan skade aluminiumoksydmaterialet som isolerer kondensatoren eller selve kortslutningen. Det kan også føre til overoppheting slik at elektrolytten blir for mye eller lekker.

Sikkerhetsregler ved måling av kapasitet

Før du måler kapasitans, bør du være oppmerksom på sikkerhetstiltak når du bruker en kondensator. Selv etter at du har fjernet strømmen fra en krets, vil det sannsynligvis være en kondensator som holder på. Før du berører den, må du bekrefte at all strømmen til kretsen er slått av ved å bruke et multimeter for å bekrefte at strømmen er av og at du har tømt kondensatoren ved å koble en motstand over kondensatorledningene.

For å tømme en kondensator trygt, kobler du en 5-watts motstand over kondensatorens terminaler i fem sekunder. Bruk multimeteret for å bekrefte at strømmen er slått av. Kontroller kondensatoren konstant for lekkasjer, sprekker og andre tegn på slitasje.

Elektrolytisk kondensatorsymbol

••• Syed Hussain Ather

Det elektrolytiske kondensatorsymbolet er det generelle symbolet for en kondensator. Elektrolytiske kondensatorer er fremstilt i kretsdiagrammer som vist på figuren over for europeiske og amerikanske stiler. Pluss- og minustegnene indikerer de positive og negative terminalene, anoden og katoden.

Beregning av elektrisk kapasitet

Fordi kapasitansen er en verdi som er iboende for en elektrolytisk kondensator, kan du beregne den i enheter av farader som C = ε_r ε₀ A / d for området med overlapping av de to platene EN i m², ε_r som den dimensjonsløse dielektriske konstanten til materialet, ε₀ som den elektriske konstanten i farader / meter, og d som skillet mellom platene i meter.

Eksperimentelt å måle kapasitet

Du kan bruke et multimeter for å måle kapasitansen. Multimeteret fungerer ved å måle strøm og spenning og bruke disse to verdiene for å beregne kapasitans. Sett multimeteret til kapasitansmodus (vanligvis indikert med et kapasitanssymbol).

Etter at kondensatoren er koblet til kretsen og fått nok tid til å lade opp, kobler du den fra kretsen etter sikkerhetsforholdene som nettopp er beskrevet.

Koble kondensatorens ledninger til multimeterterminalene. Du kan bruke en relativ modus for å måle kapasitansen til testledningene i forhold til hverandre. Dette kan være nyttig for lave kapasitansverdier som kan være vanskeligere å oppdage.

Prøv å bruke forskjellige kapasitansområder til du finner en avlesning som er nøyaktig basert på konfigurasjonen av den elektriske kretsen.

Bruksområder når du måler kapasitet

Ingeniører bruker multimeter for å måle kapasitans ofte for enfasede motorer, utstyr og maskiner som er små i størrelse til industrielle bruksområder. Enfasede motorer fungerer ved å skape en vekselstrøm i statorviklingen av motoren. Dette lar strømmen veksle i retning mens den strømmer gjennom statorviklingen som styres av lovene og prinsippene for elektromagnetisk induksjon.

Spesielt elektrolytiske kondensatorer er bedre for høykapasitansbruk som strømforsyningskretser og hovedkort for datamaskiner.

Den induserte strømmen i motoren produserer deretter sin egen magnetiske fluks i motsetning til statorviklingen. Fordi enfasede motorer kan bli utsatt for overoppheting og andre problemer, er det nødvendig å kontrollere kapasitansen og arbeidsevnen deres ved å bruke multimetre for å måle kapasitansen.

Feil i kondensatorer kan begrense levetiden. Kortslutte kondensatorer kan til og med skade deler av den slik at den kanskje ikke fungerer lenger.

Elektrolytisk kondensatorkonstruksjon

Ingeniører bygger elektrolytiske kondensatorer av aluminium bruker aluminiumsfolier og papiravstandsholdere, enheter som forårsaker svingninger i spenningen for å forhindre ødeleggende vibrasjoner, som er gjennomvåt i elektrolytisk væske. De dekker vanligvis en av de to aluminiumsfoliene med et oksydlag ved anoden til kondensatoren.

Oksidet i denne delen av kondensatoren får materialet til å miste elektroner under lading og lagring av ladning. Ved katoden får materialet elektroner under reduksjonsprosessen ved konstruksjon av elektrolytisk kondensator.

Deretter fortsetter produsentene å stable det elektrolyttbløte papiret med katoden ved å koble dem til hverandre i en elektrisk krets og rulle dem inn i et sylindrisk etui som er koblet til kretsen. Ingeniører velger vanligvis å arrangere papiret i enten aksial eller radiell retning.

De aksiale kondensatorene er laget med en pinne i hver ende av sylinderen, og de radiale designene bruker begge pinnene på samme side av det sylindriske kabinettet.

Plateområdet og elektrolytisk tykkelse bestemmer kapasitansen og lar elektrolytiske kondensatorer være ideelle kandidater for applikasjoner som lydforsterkere. Elektrolytiske kondensatorer av aluminium brukes i strømforsyninger, datamaskinens hovedkort og husholdningsutstyr.

Disse funksjonene gjør det mulig for elektrolytiske kondensatorer å lagre mye mer lading enn andre kondensatorer. Dobbeltlagskondensatorer, eller superkondensatorer, kan til og med oppnå kapasitanser på tusenvis av farader.

Elektrolytiske kondensatorer i aluminium

Elektrolytiske kondensatorer i aluminium bruker det faste aluminiumsmaterialet for å lage en "ventil" slik at en positiv spenning i elektrolytisk væske lar den danne et oksydlag som fungerer som et dielektrikum, et isolerende materiale som kan polariseres for å forhindre at strømmer strømmer. Ingeniører lager disse kondensatorene med en aluminiumsanode. Dette brukes til å lage lagene i kondensatoren, og det er ideelt for lagring av ladning. Ingeniører bruker mangandioksid for å lage katoden.

Disse typer elektrolytiske kondensatorer kan videre deles inn i tynn type folie og etset folie. Vanlig folietype er de som nettopp er blitt beskrevet mens kondensatorer av etset folie-type bruker aluminiumoksyd på anoden og katodefoliene som er blitt etset for å øke overflatearealet og permittiviteten, som er et mål på en materialers evne til å lagre ladning.

Dette øker kapasitansen, men hindrer også materialenes evne til å tåle høye direktestrømmer (DC), den typen strøm som beveger seg i en enkelt retning i en krets.

Elektrolytter i elektrolytiske kondensatorer i aluminium

Typene elektrolytter som brukes i aluminiumskondensatorer kan variere mellom ikke-fast, fast mangandioksid og fast polymer. Ikke-solide eller flytende elektrolytter blir ofte brukt fordi de er relativt billige og passer til en rekke størrelser, kapasitanser og spenningsverdier. De har imidlertid store mengder tap av energi når de brukes i kretsløp. Etylenglykol og borsyrer utgjør de flytende elektrolytter.

Andre løsningsmidler som dimetylformamid og dimetylacetamid kan også oppløses i vann for bruk. Disse typer kondensatorer kan også bruke faste elektrolytter som mangandioksyd eller en fast polymerelektrolytt. Mangandioksid er også kostnadseffektivt og pålitelig ved høyere temperaturer og fuktighetsverdier. De har mindre likestrøm og en høy elektrisk ledningsevne.

Elektrolyttene er valgt for å adressere problemer med høye dissipasjonsfaktorer så vel som de generelle energitapet til elektrolytiske kondensatorer.

Niob og tantal kondensatorer

Tantalskondensatoren brukes mest i overflatemonteringsenheter i databehandlingsapplikasjoner så vel som militært, medisinsk og romutstyr.

Tantalmaterialet til anoden lar dem oksidere lett, som aluminiumskondensator, og lar dem også dra nytte av den økte ledningsevnen når tantalpulver presses på en ledende ledning. Oksidet dannes deretter på overflaten og i hulrom i materialet. Dette skaper et større overflate for en økt evne til å lagre ladning med større permittivitet enn aluminium.

Niob-baserte kondensatorer bruker en masse av et materiale rundt en trådleder som bruker oksidasjon i å lage et dielektrikum. Disse dielektrikkene har større permittivitet enn tantalskondensatorer, men bruker mer av en dielektrisk tykkelse for en gitt spenningsvurdering. Disse kondensatorene har blitt brukt oftere i det siste fordi tantalskondensatorer har blitt dyrere.