コンデンサ にはさまざまな形やサイズがありますが、そのほとんどすべてが同じように機能します。
これらのコンポーネントは誘電体によって分離されており、電荷を引き付けたり反発したりする一対の表面として機能します。最も単純な形では、空気またはプラスチックで分離された一対の平らな導電性表面です。コンデンサの有効性を支配する方程式は次のように表されます。
C = εA/d
この式では、静電容量 (C) = 誘電率 (ε) × 表面積 (A) を平行プレート間の距離 (d) で割った値です。
電解コンデンサとは何ですか?
表面積が大きく、陽極と陰極間の距離が短いほど、コンポーネントの静電容量は大きくなります。従来のコンデンサ構造は過去1世紀にわたって進歩してきましたが、電解コンデンサは薄い誘電体と大きな表面積という概念を極限まで追求しています。このタイプのコンポーネントは、機械的な手段で薄い誘電体バリアを形成するのではなく、酸化、つまり錆によって陽極上に直接誘電体を形成します。
酸化プロセスを慎重に制御すると、誘電体が非常に薄くなり、コンデンサの支配方程式の「d」の値を低くすることができます。酸化により、表面積「A」がコンポーネントの体積に比べて非常に大きくなります。この不均一な表面に接触するには、電解液を使用するか、通常は固体の材料でこれらの小さな表面を埋めることができるプロセスを使用してカソードを構築します。電解コンデンサは極性があるため、意図した方向と逆の電圧方向でリード線を接続すると、コンデンサの容量特性がすぐに破壊される可能性があります。
アルミ電解コンデンサ
電解コンデンサは通常、アルミニウム、タンタル、ニオブの3つの異なる材料のいずれかで作られています。アルミニウムは、次のようないくつかの理由から、メーカーが電解コンデンサに使用する3つの金属のうちの1つです。
-アルミニウムはいわゆる「バルブ」金属として機能し、電解槽内の正電圧によって誘電体として機能する薄い酸化物層を形成します。
- アルミニウム陽極は純粋なアルミニウム箔から作られており、多くの容量層を形成できます。この層化に加えて、アルミニウムをエッチングして、酸化物が形成される粗い表面を形成し、有効表面積を平らな表面の最大200倍まで増やすことができます。
- アルミニウムコンデンサは、液体電解液の代わりに二酸化マンガンまたはポリマーを使用して固体カソードを形成することで、固体部品としても機能します。
タンタル電解コンデンサ
現在製造されているタンタルコンデンサの大部分は、コンピューティング アプリケーションで使用される表面実装デバイス (SMD) です。タンタルコンデンサの製造業者にとっての利点は次のとおりです。
-タンタルはアルミニウムと同じ特性を多く備えていますが、最も重要なのは、タンタルを酸化させて薄い誘電体層を形成できることです。
- アルミニウムとは異なり、タンタルコンデンサは、陽極層をエッチングして陰極層とともに巻き上げることによって形成されません。代わりに、タンタル粉末を導電性ワイヤ上で押し付けて焼結します。この複合材料の表面と内部の空洞内に酸化物が形成されます。アルミニウムのエッチングプロセスと同様に、これにより非常に大きな表面積が可能になり、体積に対する静電容量が高くなります。
-タンタルはアルミニウムよりも誘電率が大幅に高く、破壊電圧がわずかに低くなります。
-タンタルコンデンサは、軍事、医療、宇宙部品など、極めて高い品質が要求される用途で使用されます。
残念ながら、タンタルは比較的希少な材料であるため、これらの部品はアルミニウム製のものよりも高価になる傾向があります。
ニオブ電解コンデンサ
ニオブはタンタルといくつかの特性を共有しており、自然界ではより頻繁に存在します。これは高価なタンタルコンデンサの優れた代替品のように思えるかもしれませんが、1990年代までニオブベースのコンデンサ製造技術を詳細に研究したのはソビエト連邦だけでした。ニオブコンデンサが増加した理由は次のとおりです。
- 2000年代初頭のタンタル価格の急騰は、西洋におけるニオブの使用を促進するのに役立ちました。
-タンタルコンデンサと同様に、ニオブアノードにはワイヤ導体の周囲に形成された材料の塊が含まれます。この多孔質材料は酸化されて誘電体を形成します。カソードとして機能する電解液または固体材料を追加して、コンデンサが完成します。
- ニオブベースの誘電体はタンタル部品よりも高い比誘電率を示しますが、所定の電圧定格を得るには誘電体の厚さを厚くする必要があります。
電解コンデンサは、現在使用されているコンデンサの1つのタイプにすぎません。コンデンサ全般に関する入門として、コンデンサの基礎に関するこの記事を必ずご覧ください 。 静電容量がどのように機能するかを実際に確認したい場合は、独自の可変コンデンサを作成する方法についての手順をご覧ください 。