Eletrônica Básica - Capacitores Polarizados
Capacitores polarizados são aqueles que possuem polaridades positivas e negativas específicas. Ao usar esses capacitores em circuitos, deve-se sempre tomar cuidado para que eles estejam conectados emperfect polarities. A imagem a seguir mostra a classificação dos capacitores polarizados.
Vamos começar a discussão com capacitores eletrolíticos.
Capacitores eletrolíticos
Os Capacitores Eletrolíticos são os capacitores que indicam pelo nome que algum eletrólito é utilizado nele. Eles são capacitores polarizados que possuem ânodo (+) e cátodo (-) com polaridades específicas.
Um metal no qual insulating oxide layer formulários por anodização são chamados de Anode. Um sólido ou não sólidoelectrolyte que cobre a superfície da camada de óxido, funciona como um cathode. Os capacitores eletrolíticos têm muito maisCapacitance-Voltage (CV) value do que os outros, devido à sua maior superfície anódica e fina camada de óxido dielétrico.
Capacitores eletrolíticos de alumínio
Capacitores eletrolíticos de alumínio são os tipos mais comuns entre os capacitores eletrolíticos. Nestes, um puroAluminum foil com uma superfície gravada atua como um Anode. Uma fina camada de metal, que tem uma espessura de poucos micrômetros, atua como umdiffusion barrier, que é colocado entre dois metais para separar eletricamente. Portanto, a barreira de difusão atua como umdielectric. oelectrolyte age como um cathode que cobre a superfície áspera da camada de óxido.
A figura a seguir mostra uma imagem de diferentes tamanhos de capacitores eletrolíticos de alumínio disponíveis.
Dependendo do eletrólito, existem três tipos de capacitores eletrolíticos de alumínio. Eles são -
- Capacitores eletrolíticos de alumínio úmido (não sólidos)
- Capacitores eletrolíticos de dióxido de manganês de alumínio (sólido)
- Capacitores eletrolíticos de polímero de alumínio (sólido)
A principal vantagem desses capacitores eletrolíticos de alumínio é que eles têm low impedancevalores mesmo na frequência da rede e são mais baratos. Estes são usados principalmente emPower supply circuits, SMPS (Fonte de alimentação comutada) e DC-DC Converters.
Capacitores eletrolíticos de tântalo
Estes são outro tipo de capacitores eletrolíticos cujo anode é feito de tantalum no qual um isolante muito fino oxide layeré formado. Esta camada atua como umdielectric e a electrolyte atua como um cátodo que cobre a superfície da camada de óxido.
A figura a seguir mostra a aparência dos capacitores de tântalo.
O tântalo fornece camada dielétrica de alta permissividade. O tântalo possui alta capacitância por volume e menor peso. Mas esses são mais caros que os capacitores eletrolíticos de alumínio, devido à frequente indisponibilidade de tântalo.
Capacitores eletrolíticos de nióbio
Um capacitor eletrolítico de nióbio é o outro tipo de capacitores eletrolíticos em que um nióbio metálico passivado ou monóxido de nióbio é considerado como ânodo e uma camada isolante de pentóxido de nióbio é adicionada ao ânodo, para que ele atue como um dielétrico. Um eletrólito sólido é colocado na superfície da camada de óxido que atua como um cátodo. A figura a seguir mostra a aparência dos capacitores de Nióbio.
Os capacitores de nióbio estão normalmente disponíveis como capacitores de chip SMD (Surface Mount Devices). Eles são facilmente encaixados em um PCB. Esses capacitores devem ser operados em polaridades perfeitas. Qualquer tipo de tensão reversa ou corrente de ondulação superior ao especificado acabarádestroy the dielectric e o capacitor também.
Supercapacitores
Os capacitores eletroquímicos de alta capacidade com valores de capacitância muito maiores do que os outros capacitores, são chamados de Super Capacitors. Eles podem ser categorizados como um grupo que fica entre os capacitores eletrolíticos e as baterias recarregáveis. Estes também são chamados deUltra Capacitors.
Existem muitas vantagens com esses capacitores, como -
- Eles têm alto valor de capacitância.
- Eles podem armazenar e entregar cargas com muito mais rapidez.
- Eles podem lidar com mais ciclos de carga e descarga.
Esses capacitores têm muitas aplicações, como -
- Eles são usados em carros, ônibus, trens, elevadores e guindastes.
- Eles são usados na frenagem regenerativa.
- Eles são usados para backup de memória.
Os tipos de supercapacitores são de camada dupla, pseudo e híbrido.
Capacitores de camada dupla
Capacitores de camada dupla são capacitores eletrostáticos. A deposição de carga é feita nestes capacitores de acordo com o princípio da Camada Dupla.
Todas as substâncias sólidas têm carga negativa na camada superficial quando dispostas em um líquido.
Isso se deve ao alto coeficiente dielétrico do líquido.
Todos os íons positivos chegam perto da superfície do material sólido para formar uma película.
A deposição de íons positivos perto do material sólido fica mais solta com a distância.
A carga criada nesta superfície devido à deposição de ânions e cátions leva a algum valor de capacitância.
Este fenômeno de camada dupla também é denominado como camada dupla de Helmholtz. A figura abaixo explica o procedimento do fenômeno de camada dupla, quando o capacitor está carregado e quando está descarregado.
Esses capacitores são simplesmente chamados de Capacitores Elétricos de Camada Dupla (EDLC). Eles usam eletrodos de carbono para conseguir a separação de carga entre a superfície do eletrodo condutor e o eletrólito. O carbono atua como dielétrico e os outros dois como ânodo e cátodo. A separação de carga é muito menor do que em um capacitor convencional.
Pseudo capacitores
Esses capacitores seguem o electrochemicalprocesso de deposição de carga. Isso também é chamado defaradaic process. Em um eletrodo, quando alguma substância química se reduz ou oxida, alguma corrente é gerada. Durante esse processo, esses capacitores armazenam a carga elétrica por transferência de elétrons entre o eletrodo e o eletrólito. Este é o princípio de funcionamento dos Pseudo capacitores.
Eles são carregados muito mais rápido e armazenam a carga tanto quanto uma bateria. Eles são operados em uma taxa mais rápida. Eles são usados em conjunto com as baterias para melhorar a vida útil. Eles são usados em aplicações de grade para lidar com flutuações de energia.
Capacitores Híbridos
Um capacitor híbrido é uma combinação de EDLC e pseudo capacitor. Nos capacitores híbridos, o carvão ativado é usado como cátodo e o material de carbono pré-dopado atua como ânodo. O capacitor de íons de lítio é o exemplo comum desse tipo. A figura a seguir mostra diferentes tipos de capacitores híbridos.
Eles têm alta tolerância em uma ampla faixa de variações de temperatura de -55 ° C a 200 ° C. Capacitores híbridos também são usados em aplicações aéreas. Embora o custo seja alto, esses capacitores são altamente confiáveis e compactos. Eles são robustos e podem tolerar choques extremos, vibração e pressão do ambiente. Os capacitores híbridos têm densidade de energia e potência específica maiores do que qualquer capacitor eletrolítico.