Om te begrijpen hoe elektrolytische condensatoren gevormd worden, hun voordelen en toepassingen, laten we eerst herhalen wat een condensator is en waar de capaciteit van afhangt.

Wat is een "CONDENSATOR"?

"Een condensator is een elektronisch apparaat dat elektronische ladingen opslaat in de vorm van een elektrisch veld."

Een condensator is een passief component. "Passief" = apparaten die stroom niet kunnen sturen via een ander elektrisch signaal (weerstanden, transformatoren, spoelen, diodes, condensatoren).

Twee typen: gepoliariseerde (polair) en niet-gepoliariseerde. Een elektrolytische condensator is een polair condensator (heeft polariteit). In dit artikel focussen we op de aluminium-elektrolytische condensator.

De twee metalen platen (anode en kathode) kunnen ladingen opslaan bij juiste polariteit. In een platte-plaat condensator produceert spanning een elektrisch veld. Hoog veld → lagere capaciteit (omgekeerd evenredig). Capaciteit = vermogen om ladingen op te slaan bij 1V potentiaalverschil. Door een dielektricum (elektrisch isolerend materiaal) tussen de platen te plaatsen, daalt het veld → spanning daalt → capaciteit stijgt. Capaciteit hangt af van: plaatoppervlak, afstand tussen platen, dielektrische permeabiliteit.

ELEKTROLYTISCHE CONDENSATOREN:

Wijd gebruikt in voedingen, moederborden (TV/computers), inerte schakelingen, microcontroller-borden, audioversterkers, koppeling/ontkoppeling, enz. Leveren zeer hoge capaciteitswaarden door gebruik van dielectrum.

HOE WORDEN ELEKTROLYTISCHE CONDENSATOREN GEVORMD?

Een elektrolytische condensator bestaat uit twee metalen platen (anode/kathode). Het dielectrum wordt op de anode gevormd via anode-oxidatie – een electrochemisch proces dat een isolerende oxidelaag (Al₂O₃) creëert. Dit maakt het metaal duurzaam en corrosievast. Het elektrolyt (geïoniseerde vloeistof) fungeert als kathode. Dikte van de oxidelaag hangt af van de maximale werkspanning ter bescherming tegen doorbraak.

Drie typen naar metaalplaten:

1. ALUMINIUM-ELEKTROLYTISCHE CONDENSATOR
2. TANTALUM-ELEKTROLYTISCHE CONDENSATOR
3. NIOBIUM-ELEKTROLYTISCHE CONDENSATOR

We focussen op aluminium.

ALUMINIUM-ELEKTROLYTISCHE CONDENSATOR:

Heeft de voornaamste positie onder condensatortypen. Breed toepasbaar. Hoofdvoordelen: zeer hoge capaciteit, hoge betrouwbaarheid, beste prestaties.

CONSTRUCTIEPRINCIPES:

Twee aluminiumfolies (anode/kathode), gescheiden door dielectrum. Aan kathodezijde: elektrolytoplossing en spacerpapier.

ANODEFOIL:

Aluminium, 99,99% zuiver. Dikte 20-100 µm.

• ETSEN (ROUGHENING):

Capaciteit hangt af van effectief oppervlak. Etsen vergroot dit.

Twee etsprocessen:

1. Fysisch etsen: aluminiumfolie in zoutzuuroplossing.
2. Elektrochemisch etsen: folie in waterige zoutzuuroplossing + elektrische stroom (DC of AC). Elektrolyse = folie in ionenbevattende vloeistof + stroom.

Keuze proces hangt af van gewenste prestaties. Na etsen kunnen chloorionen de folie langzaam aanvallen → schade. Daarom: folie afspoelen met water. Onderstaande afbeelding toont oppervlak na etsen voor lage/hooge spanning.

• VORMEN (ANODE-OXIDATIE):

Na etsen: dielectrumvorming. Geetste folie in elektrolytische oplossing (ammoniumfosfaat/borzuur) + DC-spanning. Vormt Al₂O₃-laag (dielectrum). Dikte evenredig met spanning (~1,4 nm per volt).

KATHODEFOIL:

Aluminium, lage zuiverheid (9,8%). Ook geetst, maar geen oxidatieproces. Heeft naturele dunne oxidelaag (1-2V weerstand) door reactie met lucht.

ELEKTROLYT:

De geleidende, geïoniseerde vloeistof tussen anode en kathode speelt de rol van kathode.

Eisen:

• Elektrisch geleidend
• Chemisch stabiel in contact met anode/kathode folie
• Lage vluchtigheid bij hoge temperatuur

SPACERPAPIER:

Beschermt anode en kathode tegen kortsluiting (direct contact). Hoog zuiver, absorbeerend. Dikte afhankelijk van spanningsklasse: bij 100V condensator 35-75 µm. Dikker bij hogere spanning om doorbraak te voorkomen. Als spanning > nominaal: spacerpapier breekt door → kortsluiting → condensator exploiteert.

FABRICAGE:

1. Masterrol aluminiumfolie → etsen → vormen (dielectrumlaag).
2. Anode/kathode folie knippen uit masterrol (breedte/lengte).
3. Anode/kathode met lead verlassen, spacerpapier ertussen → samen wikkelen.
4. Gewonden element in elektrolytbad (impregnatie) onder lage luchtdruk.
   

Elektrolyt: polyhydric alcoholen (ethyleenglycol = oplosmiddel) + ammoniumzouten (opgeloste stoffen) → herstelt beschadigde oxidelaag, verbetert prestaties/levensduur. Impregneerd element gemonteerd met rubberafdichting, in aluminium behuizing, afgedicht met rubberen dop.

Afwerking: PVC-huls met condensatorinformatie. Tijdens knippen/verlassen kan oxidelaag beschadigd raken. VEROUDERING (AGING): Condensator onder DC-spanning bij hoge temperatuur → herstelt oxidelaag, stabiliseert lekkagestroom. Eindtest op specificaties.

Volgend artikel: Condensator testen met 6 methoden | Elektronica Engineering Technologie