Kapasitor Elektrolit Dijelaskan: Pembentukan, Manfaat, dan Aplikasi
Untuk memahami bagaimana kapasitor elektrolit terbentuk, keuntungan dan penggunaannya dalam aplikasi, mari kita tinjau ulang apa itu kapasitor ? dan pada parameter apa kapasitansi suatu kapasitor bergantung.
Apa itu “CAPACITOR “?
“ Kapasitor dapat didefinisikan sebagai perangkat elektronik yang digunakan untuk menyimpan muatan elektronik dalam bentuk medan listrik”
Kapasitor adalah komponen pasif. Pada titik ini Anda berpikir apa artinya istilah pasif? “ pasif menunjukkan perangkat yang tidak dapat mengontrol arus dengan sinyal listrik lainnya. ” (i.e, resistor, transformer, induktor, dioda dan kapasitor)
Terdapat dua jenis kapasitor (i.e polar dan non-polar kapasitor). Kapasitor elektrolit adalah kapasitor polar (i.e memiliki polaritas). Dalam artikel ini, kita akan membahas kapasitor polar (i.e kapasitor elektrolit aluminium yang dikategorikan sebagai kapasitor elektrolit).
Dua plate logam yang digunakan dalam kapasitor (i.e anode dan katoda) memiliki kemampuan untuk menyimpan muatan ketika polaritas tegangan yang benar diterapkan. Dalam kapasitor plate paralel saat tegangan diterapkan maka medan listrik dihasilkan. Medan listrik ini sangat tinggi sebagai hasilnya kapasitansi kapasitor akan menurun (karena kapasitansi berbanding terbalik dengan medan listrik). Kapasitansi adalah kemampuan untuk menyimpan muatan pada selisih potensial 1V. Karena untuk meningkatkan kapasitansi kapasitor sebuah dielektrik dimasukkan di antara plate kapasitor, dielektrik adalah bahan listrik isolasi.
Dengan memperkenalkan dielektrik medan listrik menurun, yang mengakibatkan penurunan tegangan dan kapasitansi akan meningkat. Kapasitansi bergantung pada tiga parameter (i.e, luas kapasitor, jarak di antara plate, dan permitivitas dielektrik).
KAPASITOR ELEKTROLIT:
Kapasitor elektrolit digunakan dalam berbagai macam aplikasi seperti di supply daya, papan induk TV dan komputer, rangkaian inert, papan mikrokontroler, penguat audio, digunakan untuk tujuan coupling dan decoupling dll. Kapasitor elektrolit menyediakan nilai kapasitansi yang sangat tinggi karena penggunaan dielektrik di antara plate kapasitor.
BAGAIMANA SEBENARNYA KAPASITOR ELEKTROLIT DIBENTUK?
Kapasitor elektrolit terdiri dari dua plate (i.e, anode dan katoda) yang terbuat dari logam, dielektrik dibentuk pada plate anode oleh proses anode oxidation, proses ini membentuk lapisan oksida isolasi (i.e, dielektrik untuk kapasitor) pada plate anode (anode oxidation adalah proses elektrokimia yang diperlukan untuk membuat logam tahan lama dan tahan korosi). Sedangkan elektrolit (cairan yang terionisasi ) yang berperan sebagai katoda. Ketebalan lapisan oksida ini bergantung pada tegangan operasional maksimum kapasitor untuk melindungi dielektrik dari breakdown.
Tiga jenis kapasitor elektrolit berdasarkan plate logamnya:
- ALUMINIUM ELECTROLYTIC CAPACITOR.
- TANTALUM ELECTROLYTIC CAPACITOR.
- NIOBIUM ELECTROLYTIC CAPACITOR.
Dalam artikel ini, kita akan membahas aluminium electrolytic capacitor.
ALUMINIUM ELECTROLYTIC CAPACITOR:
Kapasitor elektrolit aluminium memegang posisi utama di antara jenis kapasitor lainnya. Dan dapat digunakan untuk berbagai macam aplikasi. Keuntungan utama yang membuat kapasitor elektrolit lebih berguna dibandingkan jenis kapasitor lainnya adalah nilai kapasitansi yang sangat tinggi, keandalan tinggi, dan kinerja terbaik.
PRINSIP KONSTRUKSI KAPASITOR ELEKTROLIT ALUMINIUM:
Karena kapasitor elektrolit terdiri dari dua foil aluminium (i.e, satu foil berperan sebagai anode dan yang lain berperan sebagai katoda), dipisahkan oleh bahan dielektrik (kita telah membahas peran dielektrik sebelumnya). Di sisi katoda, terdapat larutan elektrolit (basically cairan yang terionisasi) dan kertas spasi.
ANODE FOIL:
Plate anode dari kapasitor elektrolit aluminium terbuat dari aluminium (i.e, logam) yang sangat murni (i.e, 99,99% murni). Ketebalan plate ini sekitar 20~100um.
Karena kapasitansi kapasitor juga bergantung pada luas permukaan plate logam. Dengan proses etching, luas permukaan efektif kapasitor ditingkatkan.
Terdapat dua proses dasar etching.
- Foil aluminium direndam dalam larutan asam hidroklorik (juga dikenal sebagai etching fisik) .
- Foil aluminium yang berperan sebagai anode dengan proses elektrolisis ditempatkan dalam larutan asam hidroklorik air (yang pada dasarnya proses elektrokimia). Pada titik ini, Anda berpikir apa itu elektrolisis? Dalam proses ini, foil aluminium ditempatkan ke dalam cairan yang mengandung ion dan kemudian cairan diberi arus listrik (i.e, baik DC atau baik AC ).
Metode etching dapat ditentukan oleh kinerja yang diinginkan dari kapasitor. Setelah etching ion klorin di permukaan foil dapat menghancurkan logam aluminium secara perlahan oleh reaksi kimia sehingga kapasitor mungkin rusak. Oleh karena itu untuk melindungi foil dari kerusakan foil aluminium dicuci ke dalam air. Gambar di bawah menunjukkan luas permukaan untuk foil tegangan rendah dan tinggi setelah etching.
- FORMING (ANODE OXIDATION):
Setelah etching proses pembentukan dielektrik. Lapisan oksida dibentuk pada foil aluminium yang di-etching, lapisan oksida ini berperan sebagai dielektrik. Foil yang di-etching direndam ke dalam larutan elektrolit (i.e, fosfat amonium atau asam borat amonium) dan diberi tegangan DC. Selama proses ini, lapisan AL2O3 (i.e, dielektrik ) dibentuk pada foil aluminium. Ketebalan lapisan oksida ini berbanding lurus dengan tegangan yang diterapkan ( umumnya 1,4nm per volt).
CATHODE FOIL:
Foil aluminium di sisi katoda berperan untuk menyediakan kontak listrik antara elektrolit dan terminal eksternal. Aluminium ini kekurnahannya rendah (i.e, 9,8%). Foil ini juga di-etching tetapi tidak melalui proses oksidasi seperti foil aluminium anode. Namun juga memiliki lapisan oksida yang sangat tipis karena reaksi permukaan aluminium dengan udara yang terjadi secara alami. Lapisan oksida alami ini dapat menahan tegangan sekitar (1-2 V).
ELECTROLYTE:
Elektrolit (i.e, cairan konduktif yang terionisasi) di antara anode dan foil katoda pada dasarnya berperan sebagai katoda kapasitor.
Persyaratan dasar elektrolit disebutkan di bawah ini:
- Secara listrik konduktif
- Saat bersentuhan dengan foil anode dan katoda maka harus secara kimia stabil
- Pada suhu sangat tinggi memiliki volatilitas rendah.
SPACER PAPER:
Katoda dan anode kapasitor harus dilindungi dari short circuit (i.e kontak langsung). Kertas spasi di antara anode dan katoda terbuat dari penyerap kekurnahan tinggi untuk melindungi kontak fisik antara anode dan katoda (i.e untuk melindunginya dari short circuit).
Ketebalan kertas spasi bergantung pada rating tegangan kapasitor. Untuk kapasitor 100V ketebalan kertas spasi antara 35-75um. Untuk melindungi kertas spasi dari breakdown pada tegangan lebih tinggi. Dibuat tebal sehingga dapat menahan tegangan rated kapasitor. Satu alasan kapasitor meledak pada tegangan lebih tinggi dari rated voltage adalah ketika tegangan di atas rated voltage diterapkan ke kapasitor maka ketebalan kertas spasi (dirancang untuk menahan tegangan rated kapasitor) tidak dapat menahan tegangan yang diterapkan dan breakdown terjadi (sehingga kertas spasi rusak dan anode dan katoda terhubung pendek dan kapasitor meledak.
FABRICATION:
Pertama master roll foil aluminium dilewatkan melalui proses etching dan melalui proses forming (i.e, lapisan dielektrik). Setelah ini, foil anode dan katoda dipotong dari master roll foil dengan lebar dan panjang yang ditentukan. Kemudian foil anode dan katova dijahit dengan umpan balik dan kertas spasi (i.e, di antara anode dan katoda), foil anode dan katoda digulung bersama. Setelah ini, elemen yang digulung direndam ke dalam kolam elektrolit (i.e, proses impregnasi ) di bawah tekanan udara rendah.
Elektrolit mengandung alkohol polihidrik seperti etilena glikol (i.e, berperan sebagai pelarut) dan garam amonium (i.e, berperan sebagai terlarut) untuk memulihkan lapisan oksida yang rusak (dielektrik) dan meningkatkan kinerja dan umur kapasitor. Kemudian elemen yang diimpregnasi dirakit di mana elemen yang diimpregnasi dilekatkan dengan stempel karet, dan juga ditempatkan dalam casing aluminium dan dilapisi dengan casing karet.
Sekarang kapasitor yang telah dilapisi dilapisi dengan selubung yang terbuat dari PVC. Selubung ini menunjukkan informasi kapasitor. Karena selama proses slitting dan stitching, lapisan oksida yang dibentuk oleh proses FORMING mungkin rusak, untuk membuat kapasitor bekerja dengan baik perlu memulihkan film oksida. Dalam proses AGING, kapasitor diberi tegangan DC pada suhu tinggi untuk memulihkan lapisan oksida. Proses ini membuat arus bocor stabil. Sekarang kapasitor akhirnya diuji untuk mencapai kriteria yang diperlukan.
Read Next Article: How to Test a Capacitor easily by using 6 Methods | Electronics Engineering Technology
