Basic-electronics-polarized-capacitors
基本的な電子機器-分極コンデンサ
分極コンデンサは、特定の正と負の極性を持つコンデンサです。 これらのコンデンサを回路で使用するときは、*完全な極性*で接続されていることに常に注意する必要があります。 次の図は、分極コンデンサの分類を示しています。
電解コンデンサとの議論を始めましょう。
電解コンデンサ
電解コンデンサは、電解質が使用されていることを名前で示すコンデンサです。 これらは、特定の極性を持つアノード（+）とカソード（-）を備えた分極コンデンサです。
陽極酸化によって*絶縁酸化物層*が形成される金属は*陽極*と呼ばれます。 酸化物層の表面を覆う固体または非固体の*電解質*は*陰極*として機能します。 電解コンデンサは、アノード表面が大きく誘電体酸化物層が薄いため、他のコンデンサよりも* Capacitance-Voltage（CV）値がはるかに高くなっています。
アルミ電解コンデンサ
アルミ電解コンデンサは、電解コンデンサの中で最も一般的なタイプです。 これらでは、エッチングされた表面を持つ純粋な*アルミニウム箔*が*陽極*として機能します。 数マイクロメートルの厚さの金属の薄い層は、*拡散バリア*として機能し、電気的に分離するために2つの金属の間に配置されます。 したがって、拡散バリアは*誘電体*として機能します。 *電解質*は、酸化物層の粗い表面を覆う*カソード*として機能します。
次の図は、使用可能なさまざまなサイズのアルミニウム電解コンデンサの画像を示しています。
電解質に応じて、3種類のアルミニウム電解コンデンサがあります。 彼らは-
- 湿式アルミニウム電解コンデンサ（非固体）
- 二酸化マンガンアルミニウム電解コンデンサ（固体）
- 高分子アルミニウム電解コンデンサ（固体）
これらのアルミニウム電解コンデンサの主な利点は、電源周波数でも*低インピーダンス*値を持ち、安価であることです。 これらは主に*電源回路、SMPS （スイッチモード電源）および DC-DCコンバーター*で使用されます。
タンタル電解コンデンサ
これらは、*アノード*が*タンタル*で構成され、その上に非常に薄い絶縁*酸化物層*が形成される別のタイプの電解コンデンサです。 この層は*誘電体*として働き、*電解質*は酸化物層の表面を覆う陰極として働きます。
次の図は、タンタルコンデンサの外観を示しています。
タンタルは高誘電率の誘電体層を提供します。 タンタルは、体積あたりの静電容量が大きく、重量が軽いです。 しかし、これらはタンタルが頻繁に入手できないため、アルミニウム電解コンデンサよりも高価です。
ニオブ電解コンデンサ
ニオブ電解コンデンサは、他のタイプの電解コンデンサで、不動態化されたニオブ金属または一酸化ニオブがアノードと見なされ、絶縁性の五酸化ニオブ層がアノードに追加され、誘電体として機能します。 固体電解質は、カソードとして機能する酸化物層の表面に置かれます。 次の図は、ニオブコンデンサの外観を示しています。
ニオブコンデンサは、SMD（Surface Mount Devices）チップコンデンサとして一般的に入手可能です。 これらはPCBに簡単に取り付けられます。 これらのコンデンサは完全な極性で動作する必要があります。 指定された値を超える逆電圧またはリップル電流は、最終的には誘電体とコンデンサも破壊します。
スーパーキャパシター
静電容量値が他のコンデンサよりもはるかに大きい大容量電気化学コンデンサは、*スーパーコンデンサ*と呼ばれます。 これらは、電解コンデンサと充電式バッテリーの間にあるグループに分類できます。 これらは、*ウルトラコンデンサ*とも呼ばれます。
以下のようなこれらのコンデンサには多くの利点があります-
- それらは高い静電容量値を持っています。
- 彼らははるかに高速に電荷を保存し、配信することができます。
- より多くの充電および放電サイクルを処理できます。
これらのコンデンサには、次のような多くの用途があります-
- 彼らは車、バス、電車、エレベーター、クレーンで使用されています。
- それらは回生ブレーキで使用されます。
- メモリのバックアップに使用されます。
スーパーコンデンサのタイプは、2層、疑似、およびハイブリッドです。
二層コンデンサ
二層コンデンサは静電コンデンサです。 これらのコンデンサでは、二重層の原理に従って電荷の堆積が行われます。
- すべての固体物質は、液体に入れられると表面層に負電荷を持ちます。
- これは、液体の誘電率が高いためです。
- すべての陽イオンは、皮膚を作るために固体材料の表面に近づきます。
- 固体材料の近くの陽イオンの堆積は、距離とともに緩くなります。
- 陰イオンと陽イオンの堆積によりこの表面で生成された電荷は、静電容量値をもたらします。
この二重層現象は、ヘルムホルツ二重層とも呼ばれます。 以下の図は、コンデンサが充電されるときと放電されるときの二重層現象の手順を説明しています。
これらのコンデンサは、単に電気二重層コンデンサ（EDLC）と呼ばれます。 カーボン電極を使用して、導電性電極の表面と電解質の間で電荷を分離します。 炭素は誘電体として機能し、他の2つは陽極と陰極として機能します。 電荷の分離は、従来のコンデンサよりもはるかに小さくなります。
擬似コンデンサ
これらのコンデンサは、電荷の堆積のために「電気化学」プロセスに従います。 これは、*ファラデープロセス*とも呼ばれます。 電極では、一部の化学物質が還元または酸化されると、電流が生成されます。 そのようなプロセスの間、これらのコンデンサは電極と電解質間の電子移動により電荷を蓄積します。 これが疑似コンデンサの動作原理です。
彼らははるかに速く充電され、バッテリーと同じくらい充電を保存します。 彼らはより速い速度で運営されています。 これらは、電池と一緒に使用して寿命を改善します。 これらは、電力変動を処理するためにグリッドアプリケーションで使用されます。
ハイブリッドコンデンサ
ハイブリッドコンデンサは、EDLCと疑似コンデンサの組み合わせです。 ハイブリッドコンデンサでは、活性炭がカソードとして使用され、プレドープされたカーボン材料がアノードとして機能します。 リチウムイオンコンデンサは、このタイプの一般的な例です。 次の図は、さまざまなタイプのハイブリッドコンデンサを示しています。
これらは、-55°Cから200°Cまでの幅広い温度変化に対して高い耐性を持っています。 ハイブリッドコンデンサは航空機搭載アプリケーションでも使用されます。 コストは高いですが、これらのコンデンサは信頼性が高くコンパクトです。 これらは頑丈で、極端な衝撃、振動、環境からの圧力に耐えることができます。 ハイブリッドコンデンサは、電解コンデンサよりも高いエネルギー密度と高い比電力を持っています。
