Condensador Electrolítico De Aluminio - Que Es, Desarrollo, Símbolos Y Propiedades

El condensador electrolítico es uno de los pilares de la industria de los condensadores que se utiliza en grandes cantidades tanto como un dispositivo con plomo o un SMD. El condensador electrolítico es el tipo con plomo más popular para valores mayores de aproximadamente 1 µF, teniendo uno de los niveles más altos de capacitancia para un volumen dado.

Los condensadores electrolíticos de aluminio se han utilizado durante muchos años, de esta manera se han convertido en un componente regular en muchos diseños.

Los condensadores electrolíticos se utilizan ampliamente como componentes con plomo, a menudo se encuentran en aplicaciones que van desde las fuentes de alimentación hasta el audio, donde se pueden utilizar dispositivos con plomo.

Inicialmente los condensadores electrolíticos de aluminio no eran populares en el formato de la tecnología de montaje en superficie debido a que los niveles de calor experimentados durante la soldadura podían dañarlos. Ahora, con un mayor desarrollo, los condensadores electrolíticos de montaje superficial se utilizan ampliamente y proporcionan buenos niveles de fiabilidad.

Condensador electrolítico: Condensador electrolítico de aluminio

Índice()

    Desarrollo temprano del condensador electrolítico

    El condensador electrolítico ha sido utilizado durante muchos años. Su desarrollo e historia temprana puede ser rastreada hasta los primeros días o la radio alrededor de la época en que se hacían las primeras emisiones de entretenimiento. En esa época, los aparatos inalámbricos de válvula eran muy caros, y tenían que funcionar con baterías. Sin embargo, con el desarrollo de la válvula calentada indirectamente o el tubo de vacío, se hizo posible utilizar la energía de la red de CA.

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    Si bien estaba bien que los calentadores funcionaran con una fuente de CA, el suministro de ánodo debía ser rectificado y suavizado para evitar que el zumbido de la red apareciera en el audio. Para poder usar un condensador no demasiado grande, Julius Lilienfield, que estaba muy involucrado en el desarrollo de los sets inalámbricos para uso doméstico, pudo desarrollar el condensador electrolítico, permitiendo que un componente con una capacitancia suficientemente alta, pero de tamaño razonable, se usara en los sets inalámbricos del día.

    Símbolos del condensador electrolítico

    El condensador electrolítico es una forma de condensador polarizado. El símbolo del circuito electrolítico indica la polaridad, ya que es esencial para asegurar que el condensador se ajusta correctamente al circuito y no está polarizado al revés.

    Símbolos del condensador electrolítico

     

    Hay una variedad de símbolos esquemáticos utilizados para los condensadores electrolíticos. El primero, "1", es la versión que tiende a utilizarse en los esquemas de circuitos europeos, mientras que "2" se utiliza en muchos esquemas de EE.UU., y "3" puede verse en algunos esquemas más antiguos. Algunos diagramas esquemáticos no imprimen el "+" adyacente al símbolo donde ya es obvio qué placa es cuál.

    Tecnología de condensadores electrolíticos

    Como su nombre indica, el condensador electrolítico utiliza un electrolito (un líquido conductor iónico) como una de sus placas para lograr una mayor capacidad por unidad de volumen que otros tipos.

    Los condensadores son capaces de aumentar la capacidad de varias maneras: aumentando la constante dieléctrica, aumentando la superficie de los electrodos y disminuyendo la distancia entre los electrodos. Los condensadores electrolíticos utilizan la alta constante dieléctrica de la capa de óxido de aluminio en la placa del condensador, que se encuentra en promedio entre 7 y 8. Esto es mayor que otros dieléctricos como el mylar que tiene una constante dieléctrica de 3 y la mica de alrededor de 6 - 8.

    Además de esto, la superficie efectiva dentro de los condensadores se incrementa en un factor de hasta 120 al hacer más rugosa la superficie de la lámina de aluminio de alta pureza. Esta es una de las claves para producir niveles muy altos de capacitancia.

    Construcción de condensadores electrolíticos

    Este tipo de condensador se construye utilizando dos finas películas de papel de aluminio, una de las cuales está cubierta por una capa de óxido como aislante. El uso de la lámina de aluminio da lugar a que el condensador se conoce a menudo como el condensador electrolítico de aluminio.

    Una hoja de papel empapada de electrolitos se coloca entre ellos y luego las dos placas se enrollan una sobre otra y se colocan en una lata.

    Construcción de condensadores electrolíticos

    En la fabricación del condensador electrolítico de aluminio, una de las primeras etapas consiste en grabar las láminas para hacerlas más rugosas y así aumentar la superficie y, por lo tanto, el nivel de capacidad que se puede obtener en una zona determinada.

    El siguiente proceso es formar el ánodo. Esto implica hacer crecer químicamente una fina capa de óxido de aluminio, Al2O3 en la lámina del ánodo, haciéndola diferente del cátodo.

    El propio elemento del condensador se enrolla en una máquina bobinadora. Las cuatro capas separadas: la lámina del ánodo formada, el separador de papel, la lámina del cátodo y el separador de papel, se traen y se enrollan juntas. Los separadores de papel evitan que los dos electrodos se toquen y hagan cortocircuito.

    Construcción de condensadores electrolíticos

    Cuando el ensamblaje se ha enrollado, se pega con cinta adhesiva para evitar que se desenrolle.

    Una vez que el condensador está enrollado, se impregna con el electrolito. Esto puede hacerse por inmersión y bajo presión.

    El electrolito utilizado en los condensadores electrolíticos de aluminio es una formulación desarrollada para proporcionar las propiedades requeridas para el condensador - rango de voltaje, rango de temperatura de operación y similares. Consiste principalmente en un disolvente y una sal (necesaria para proporcionar la conducción eléctrica). Los disolventes comunes incluyen el etilenglicol, y la sal común incluye el borato de amonio y otras sales de amonio.

    Una vez que esto se completa, el condensador se coloca en una lata que se sella para evitar la evaporación del electrolito.

    condensadores electrolíticos

    Propiedades del condensador electrolítico

    Los condensadores electrolíticos de aluminio proporcionan un nivel mucho más alto de capacitancia para un volumen dado que la mayoría de los condensadores cerámicos. Esto significa que los condensadores electrolíticos de alto valor pueden ser relativamente pequeños. Esta es una ventaja significativa en muchos casos.

    Los condensadores electrolíticos están polarizados, es decir, sólo pueden colocarse en un sentido en el circuito. Si se conectan incorrectamente pueden dañarse, y en algunos casos extremos pueden explotar. También hay que tener cuidado de no exceder el voltaje de trabajo nominal. Normalmente deben funcionar muy por debajo de este valor.

    El condensador electrolítico tiene una amplia tolerancia. Típicamente el valor del componente puede ser declarado con una tolerancia de -50% +100%. A pesar de ello, se utilizan ampliamente en aplicaciones de audio como condensadores de acoplamiento y en aplicaciones de suavizado para fuentes de alimentación. No funcionan bien en las altas frecuencias y normalmente no se utilizan para frecuencias superiores a 50 - 100 kHz.

    Parámetros eléctricos del condensador electrolítico

    Hay una serie de parámetros de importancia más allá de la capacitancia básica y la reactancia capacitiva cuando se utilizan condensadores electrolíticos. Cuando se diseñan circuitos que utilizan condensadores electrolíticos es necesario tener en cuenta estos parámetros adicionales para algunos diseños, y tenerlos en cuenta cuando se utilizan condensadores electrolíticos.

    • Tolerancia: Los condensadores electrolíticos tienen una tolerancia muy amplia. A menudo los condensadores pueden ser citados como -20% y +80%. Esto no suele ser un problema en aplicaciones como el desacoplamiento o el suavizado de la fuente de alimentación, etc. Sin embargo, no deben utilizarse en circuitos en los que el valor exacto es importante.
    • ESR Resistencia equivalente en serie: Los condensadores electrolíticos se utilizan a menudo en circuitos donde los niveles de corriente son relativamente altos. También en algunas circunstancias y la corriente que se obtiene de ellos debe tener una baja impedancia de la fuente, por ejemplo cuando el condensador se utiliza en un circuito de suministro de energía como condensador de reserva. En estas condiciones es necesario consultar las hojas de datos de los fabricantes para descubrir si el condensador electrolítico elegido cumplirá los requisitos del circuito. Si la ESR es alta, entonces no podrá suministrar la cantidad de corriente requerida en el circuito, sin una caída de tensión resultante de la ESR que será vista como una resistencia de la fuente.
    • Respuesta de frecuencia: Uno de los problemas de los condensadores electrolíticos es que tienen una respuesta de frecuencia limitada. Se encuentra que su ESR aumenta con la frecuencia y esto generalmente limita su uso a frecuencias por debajo de unos 100 kHz. Esto es particularmente cierto para los condensadores grandes, e incluso los condensadores electrolíticos más pequeños no deben ser utilizados a altas frecuencias. Para obtener detalles exactos es necesario consultar los datos de los fabricantes de una determinada pieza.
    • Pérdida: Aunque los condensadores electrolíticos tienen niveles mucho más altos de capacitancia para un volumen dado que la mayoría de las otras tecnologías de condensadores, también pueden tener un mayor nivel de fuga. Esto no es un problema para la mayoría de las aplicaciones, como cuando se utilizan en fuentes de alimentación. Sin embargo, en algunas circunstancias no son adecuados. Por ejemplo, no deben utilizarse alrededor de los circuitos de entrada de un amplificador operacional. En este caso, incluso una pequeña cantidad de fugas puede causar problemas debido a los altos niveles de impedancia de entrada del amplificador operacional. También cabe señalar que los niveles de fuga son considerablemente más altos en la dirección inversa.
    • Corriente de ondulación: Cuando se utilizan condensadores electrolíticos en aplicaciones de alta corriente como el condensador de reserva de una fuente de alimentación, es necesario tener en cuenta la corriente de ondulación que es probable que experimente. Los condensadores tienen una máxima corriente de ondulación que pueden suministrar. Por encima de ésta, pueden calentarse demasiado, lo que reducirá su vida útil. En casos extremos puede causar que el condensador falle. Por consiguiente, es necesario calcular la corriente de ondulación esperada y comprobar que está dentro de los valores máximos de los fabricantes.

    Marcas del condensador electrolítico

    Para las versiones con plomo de los condensadores electrolíticos, normalmente hay espacio para que los diversos parámetros se coloquen en la lata. Las marcas suelen proporcionar información sobre su valor de capacidad, voltaje de trabajo, rango de temperatura y posiblemente otros parámetros.

    Marcas del condensador electrolítico

    Algunos condensadores grandes destinados a suavizar las aplicaciones en las fuentes de alimentación también pueden llevar más información. Un parámetro particularmente importante es la corriente de rizado. Si se espera demasiada corriente del condensador, puede calentarse indebidamente y fallar.

    Marcas del condensador electrolítico

    Para los condensadores SMD el espacio es limitado, por lo que los detalles son limitados y sólo pueden contener la información básica.

    Condensadores electrolíticos de SMD

    Los condensadores electrolíticos se utilizan cada vez más en diseños que se fabrican con tecnología de montaje superficial, SMT. Sus altísimos niveles de capacitancia combinados con su bajo costo los hacen particularmente útiles en muchas áreas. Originalmente no se utilizaron en cantidades particularmente altas porque no eran capaces de soportar algunos de los procesos de soldadura. Ahora el diseño mejorado de los condensadores junto con el uso de técnicas de reflujo en lugar de la soldadura por onda permite que los condensadores electrolíticos se utilicen más ampliamente en formato de montaje superficial.

    A veces los dispositivos de montaje en superficie, las variedades SMD de condensadores electrolíticos están marcadas con el valor y el voltaje de trabajo. Se emplean dos métodos básicos. Uno es el de incluir su valor en microfaradios (µF), y el otro es el de utilizar un código. Utilizando el primer método, una marca de 33 6V indicaría un condensador de 33 µF con un voltaje de trabajo de 6 voltios. Un código alternativo utiliza una letra seguida de tres dígitos.

    La letra señala el voltaje de trabajo definido en la siguiente tabla y las tres cifras indican la capacitancia en picofaradios. Al igual que en muchos otros sistemas de marcado, los dos primeros dígitos representan los dígitos significativos y el tercer dígito indica el multiplicador. En este caso, una marca G106 indicaría un voltaje de trabajo de 4 voltios y una capacitancia de 10 veces 10^6 picofaradios. Esto resulta ser 10µF

    Condensadores electrolíticos de SMD

    La vida del condensador electrolítico de aluminio

    Los condensadores electrolíticos de aluminio se degradan con el tiempo. Muchos electrolíticos tienen un respiradero para permitir que el exceso de gases se escape. Este escape puede hacer que el electrolito se seque y que el rendimiento del condensador disminuya.

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    Además, si los condensadores electrolíticos de aluminio se dejan durante unos años, entonces la capa de óxido del ánodo puede disiparse. Cuando esto ocurre, el condensador necesita ser repolarizado. Esto puede hacerse aplicando un voltaje de corriente limitada al condensador. Inicialmente la corriente de fuga a través del condensador será relativamente alta y luego caerá a medida que se forme la capa de óxido.

    También es prudente tomar precauciones para prolongar la vida del condensador. Hay cuatro puntas doradas para maximizar la vida de un condensador electrolítico de aluminio:

    • Funcionar dentro de sus límites de voltaje: Siempre es prudente hacer funcionar cualquier componente con un buen margen por debajo de los valores máximos. Muchas compañías establecen en sus reglas de diseño que para los condensadores electrolíticos, sólo deben funcionar al 50% de sus valores máximos para asegurar una fiabilidad óptima. Si se superan los límites máximos, los niveles de corriente de fuga aumentarán y existe la posibilidad de que una avería localizada provoque un fallo explosivo del componente.
    • Manténgase dentro de su clasificación de corriente: En muchas aplicaciones se requerirá un condensador electrolítico para proporcionar altos niveles de corriente de rizado. Esto es de esperar en aplicaciones como la de ser usado como un condensador suavizante en una fuente de alimentación. Es imperativo asegurar que el condensador pueda soportar la corriente que se le requiere. Compruebe que el condensador funciona dentro de sus límites de corriente y que no se calienta demasiado durante su funcionamiento.
    • Nunca invierta el sesgo del condensador: Cuando funciona bajo un sesgo inverso, los niveles de fuga serán mucho más altos que en la dirección de avance. Una vez más, esto puede llevar a una avería y fallo catastróficos.
    • Mantenga las temperaturas bajas: El calor acorta la vida de cualquier condensador electrolítico de aluminio. Una buena regla empírica es que cada 10°C sobre 85°C reducirá a la mitad la esperanza de vida del componente.

    Aunque los condensadores electrolíticos de aluminio tienen una esperanza de vida, ésta puede elevarse hacia su máximo si se siguen estas reglas y se opera bien dentro de sus rangos.

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