1、有极性电解电容结构及工作原理

电解电容的基本结构是浸在电解液中的两个电极,如下图所示。

电解电容参数讲解(电容详解4-电解电容的结构原理)(1)

下图a)是有极性电解电容其内部结构示意图,图b)是功能结构示意图。图a)所示是一个铝电解电容器,分别用两层滤波作为电容器的正、负极板,在这个正、负极板上分别引出正、负极性引脚。

电解电容参数讲解(电容详解4-电解电容的结构原理)(2)

在两铝箔之间用电解纸隔开,使电容器的两极板绝缘。然后,将整个铝箔紧紧地卷起来,浸渍工作电解质(大多为糊状液体),再用外壳密封起来,这就是有极性电解电容的结构。

如上图b)所示,有极性电解电容的介质就是氧化膜,它类似于晶体管中的PN结,具有单向导电性。当电解电容器的正极引脚接高电位、负极引脚接低电位时,氧化膜处于阻流状态,如同PN结处于反向偏置状态,正、负基板之间的电流很小,电解电容正常工作。

当负极引脚接高电位、正极引脚接低电位时,氧化膜处于通流状态,如同PN结的正向导通一样,两极板之间的电流很大,将失去电容的作用,注意这种电容正、负极引脚接反后还会发生爆炸现象。

电容有极性是因为内部结构的原因,其内部类似存在一个PN结,只有对这一PN结加上反向电压时,有极性电解电容才能正常工作。如下图所示。

电解电容参数讲解(电容详解4-电解电容的结构原理)(3)

正因为有极性电解电容两根引脚有极性之分,所以不能用于纯交流电路,如下图所示,如果用于纯交流电路中,会有一个半周工作于反极性状态,而造成有极性电解电容损坏。

电解电容参数讲解(电容详解4-电解电容的结构原理)(4)

电子电路中,通常是交流电压信号“骑”在直流电压上,如下图所示,整个电压始终为正,这时交流电压负半周峰值电压也是正的,所以不会出现负电压情况,这样电路中使用有极性电解电容也不存在问题。

电解电容参数讲解(电容详解4-电解电容的结构原理)(5)

2、无极性电解电容结构及工作原理

无极性电解电容是电解电容中的一种,又称为双极性电解电容。下图所示是它的功能结构示意图。

电解电容参数讲解(电容详解4-电解电容的结构原理)(6)

从图中可以看出,这种电解电容有两个氧化膜,且两个氧化膜一个为nip,另一个为pin,相当于两个PN结背靠背,如下图所示,这样,无论正极1还是正极2中的那一个加上高电位,另一个引脚加有低电位时,两个氧化膜中始终有一个处于流通状态,一个处于阻流状态,使两极板之间无较大的电流流过,克服了有极性电解电容两根引脚有正负之分的不足。

无极性电解电容由于采用了双氧化膜结构,使电解电容的引脚变成了无极性的,同时又保留了电解电容的一些优点。不过,无极性电解电容的成本比有极性电解电容高,有的要高很多。

电解电容具有体积小,电容量大,成本低的优点,但是它的两根引脚有正、负极之分,这样使它的使用范围受到了限制,而无极性电解电容除成本偏高之外,可克服有极性电解电容的不足。

3、有极性电解电容的等效电路

下图是有极性电解电容的等效电路,这是没有考虑引脚分布参数时的等效电路。等效电路中,C1为电容,R1为两电极之间漏电阻,VD1为具有单向导电特性的氧化膜。

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4、大容量电解电容的等效电路

电解电容是一种低频电容,即它主要工作在频率较低的电路中,不宜工作在频率较高的电路中。因为电解电容的高频特性不好,所以容量很大的电解电容其高频特性更差。下图是大容量电解电容的等效电路,从图中可以找到大容量电解电容高频特性差的原因。因为在等效电路中串联着一只电感L0,所以当工作频率高时电感L0感抗很大。

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四、铝电解电容主要参数

1、电容量

电解电容的容量取决于在交流电压下工作时所呈现的阻抗,也就是其交流电容量随着工作频率、电压以及测量方法的变化而变化。

铝电解电容的电容量的测量在频率为120Hz,最大交流电压为0.5V(有限值),DC bias(直流偏置)电压为1.5~2.0V的条件下进行。

铝电解电容的容量随频率的增加而减小。

2、损耗角正切值

电容器的等效电路中,串联等效电阻同容抗之比,这里的串联等效电阻是在120Hz下计算获得的值。该值随着测量频率的增加而增大,随测量温度的下降而增大。

3、阻抗

在特定频率下,阻碍交流电流通过的电阻即为所谓的阻抗。它与电容等效电路的电容值,电感值密切相关,且与串联等效电阻也有关系。电容的容抗在低频范围内随着频率的增加逐步减小。

频率继续增加达到中频范围时电抗降至串联等效电阻的值。

当频率达到高频范围时感抗变为主导,所以阻抗是随着频率的增加而增加。

电阻(R)是指通过导体的直流电压与电流之比,单位为欧姆。

电抗(X)是指交流电路中由电感和电容引起的阻抗部分,包括感抗和容抗,单位为欧姆。

阻抗(Z)是一个复合参数,实部为电阻,虚部为电抗,所以它与电阻、容抗和感抗三者有关,单位为欧姆。

电导(G)是指通过导体的电流与电压之比,是电阻的倒数,单位为西门子。

电纳(B)是导纳的虚数部分,包括容纳和感纳,单位为西门子。

导纳(Y)是阻抗的倒数,也是一个复合参数,实部为电导,虚部为导纳,单位为西门子。

导纳通常表示的是元器件并联的情况,而阻抗表示的是元器件串联的情况。

4、漏电流

电容器的介质对直流电流有很大的阻碍作用。然而,由于铝氧化膜介质上浸有电解液,在施加电压时,在重新形成的以及修复氧化膜的时候会产生一种很小的电流,称之为漏电流。通常,漏电流会随着温度和电压的升高而增大。

5、纹波电流和纹波电压

纹波电流和纹波电压又可以称为涟波电流和涟波电压,它是电容能耐受的纹波电压、电流值。

当纹波电压增大时,纹波电流也随之增大。叠加入纹波电流后,由于会引起电容内部的等效串联电阻发热,所以会影响到电容的使用寿命。一般的,纹波电流与频率成正比,因此低频时纹波电流也比较低。

有极性电容引脚极性识别方法1、有极性电容引脚识别方法

电解电容一般采用直标法标出标称容量及允许偏差、额定电压等。对有极性电解电容,还要标出引脚的极性。

下图所示是有极性电解电容的引脚表示方式说明。

1)标出负极性引脚位置,在电解电容的绝缘套上画出负号的符号,以表示这一引脚为负极性引脚。

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2)在新的电解电容中采用长短不同的引脚来表示引脚极性,通常长的引脚为正极性引脚。当电容使用之后,由于引脚已被剪掉,所以无法识别极性,因而这种表示方法不够完善。

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3)这种电解电容器在铝壳的顶部标一个黑色标记,表示这端的引脚是电解电容的负极引脚。

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4)贴片有极性电解电容,在侧面或顶部有一个黑色标记,以标出负极性引脚位置。

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2、电解电容防爆口

在电解电容上有防爆设计,下图所示是人字形防爆口,此外还有十字型等多种,有的防爆口设在底部,形状也多种多样。

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