電解電容的結(jié)構(gòu)原理、主要參數(shù)、引腳識別
信息來源于:互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布于:2022-06-23
電解電容的基本結(jié)構(gòu)是浸在電解液中的兩個電極。
在兩鋁箔之間用電解紙隔開,使電容器的兩極板絕緣。然后,將整個鋁箔緊緊地卷起來,浸漬工作電解質(zhì)(大多為糊狀液體),再用外殼密封起來,這就是有極性電解電容的結(jié)構(gòu)。
有極性電解電容的介質(zhì)就是氧化膜,它類似于晶體管中的PN結(jié),具有單向?qū)щ娦?。?dāng)電解電容器的正極引腳接高電位、負極引腳接低電位時,氧化膜處于阻流狀態(tài),如同PN結(jié)處于反向偏置狀態(tài),正、負基板之間的電流很小,電解電容正常工作。
當(dāng)負極引腳接高電位、正極引腳接低電位時,氧化膜處于通流狀態(tài),如同PN結(jié)的正向?qū)ㄒ粯?,兩極板之間的電流很大,將失去電容的作用,注意這種電容正、負極引腳接反后還會發(fā)生爆炸現(xiàn)象。
電容有極性是因為內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原因,其內(nèi)部類似存在一個PN結(jié),只有對這一PN結(jié)加上反向電壓時,有極性電解電容才能正常工作。如下圖所示。
正因為有極性電解電容兩根引腳有極性之分,所以不能用于純交流電路,如下圖所示,如果用于純交流電路中,會有一個半周工作于反極性狀態(tài),而造成有極性電解電容損壞。
電子電路中,通常是交流電壓信號“騎”在直流電壓上,如下圖所示,整個電壓始終為正,這時交流電壓負半周峰值電壓也是正的,所以不會出現(xiàn)負電壓情況,這樣電路中使用有極性電解電容也不存在問題。
無極性電解電容是電解電容中的一種,又稱為雙極性電解電容。下圖所示是它的功能結(jié)構(gòu)示意圖。
從圖中可以看出,這種電解電容有兩個氧化膜,且兩個氧化膜一個為nip,另一個為pin,相當(dāng)于兩個PN結(jié)背靠背,如下圖所示,這樣,無論正極1還是正極2中的那一個加上高電位,另一個引腳加有低電位時,兩個氧化膜中始終有一個處于流通狀態(tài),一個處于阻流狀態(tài),使兩極板之間無較大的電流流過,克服了有極性電解電容兩根引腳有正負之分的不足。
無極性電解電容由于采用了雙氧化膜結(jié)構(gòu),使電解電容的引腳變成了無極性的,同時又保留了電解電容的一些優(yōu)點。不過,無極性電解電容的成本比有極性電解電容高,有的要高很多。
電解電容具有體積小,電容量大,成本低的優(yōu)點,但是它的兩根引腳有正、負極之分,這樣使它的使用范圍受到了限制,而無極性電解電容除成本偏高之外,可克服有極性電解電容的不足。
下圖是有極性電解電容的等效電路,這是沒有考慮引腳分布參數(shù)時的等效電路。等效電路中,C1為電容,R1為兩電極之間漏電阻,VD1為具有單向?qū)щ娞匦缘难趸ぁ?br />
電解電容是一種低頻電容,即它主要工作在頻率較低的電路中,不宜工作在頻率較高的電路中。因為電解電容的高頻特性不好,所以容量很大的電解電容其高頻特性更差。下圖是大容量電解電容的等效電路,從圖中可以找到大容量電解電容高頻特性差的原因。因為在等效電路中串聯(lián)著一只電感L0,所以當(dāng)工作頻率高時電感L0感抗很大。
1、電容量
電解電容的容量取決于在交流電壓下工作時所呈現(xiàn)的阻抗,也就是其交流電容量隨著工作頻率、電壓以及測量方法的變化而變化。
鋁電解電容的電容量的測量在頻率為120Hz,最大交流電壓為0.5V(有限值),DC bias(直流偏置)電壓為1.5~2.0V的條件下進行。
鋁電解電容的容量隨頻率的增加而減小。
2、損耗角正切值
電容器的等效電路中,串聯(lián)等效電阻同容抗之比,這里的串聯(lián)等效電阻是在120Hz下計算獲得的值。該值隨著測量頻率的增加而增大,隨測量溫度的下降而增大。
3、阻抗
在特定頻率下,阻礙交流電流通過的電阻即為所謂的阻抗。它與電容等效電路的電容值,電感值密切相關(guān),且與串聯(lián)等效電阻也有關(guān)系。電容的容抗在低頻范圍內(nèi)隨著頻率的增加逐步減小。
頻率繼續(xù)增加達到中頻范圍時電抗降至串聯(lián)等效電阻的值。
當(dāng)頻率達到高頻范圍時感抗變?yōu)橹鲗?dǎo),所以阻抗是隨著頻率的增加而增加。
電阻(R)是指通過導(dǎo)體的直流電壓與電流之比,單位為歐姆。
電抗(X)是指交流電路中由電感和電容引起的阻抗部分,包括感抗和容抗,單位為歐姆。
阻抗(Z)是一個復(fù)合參數(shù),實部為電阻,虛部為電抗,所以它與電阻、容抗和感抗三者有關(guān),單位為歐姆。
電導(dǎo)(G)是指通過導(dǎo)體的電流與電壓之比,是電阻的倒數(shù),單位為西門子。
電納(B)是導(dǎo)納的虛數(shù)部分,包括容納和感納,單位為西門子。
導(dǎo)納(Y)是阻抗的倒數(shù),也是一個復(fù)合參數(shù),實部為電導(dǎo),虛部為導(dǎo)納,單位為西門子。
導(dǎo)納通常表示的是元器件并聯(lián)的情況,而阻抗表示的是元器件串聯(lián)的情況。
4、漏電流
電容器的介質(zhì)對直流電流有很大的阻礙作用。然而,由于鋁氧化膜介質(zhì)上浸有電解液,在施加電壓時,在重新形成的以及修復(fù)氧化膜的時候會產(chǎn)生一種很小的電流,稱之為漏電流。通常,漏電流會隨著溫度和電壓的升高而增大。
5、紋波電流和紋波電壓
紋波電流和紋波電壓又可以稱為漣波電流和漣波電壓,它是電容能耐受的紋波電壓、電流值。
當(dāng)紋波電壓增大時,紋波電流也隨之增大。疊加入紋波電流后,由于會引起電容內(nèi)部的等效串聯(lián)電阻發(fā)熱,所以會影響到電容的使用壽命。一般的,紋波電流與頻率成正比,因此低頻時紋波電流也比較低。
電解電容一般采用直標(biāo)法標(biāo)出標(biāo)稱容量及允許偏差、額定電壓等。對有極性電解電容,還要標(biāo)出引腳的極性。
1)標(biāo)出負極性引腳位置,在電解電容的絕緣套上畫出負號的符號,以表示這一引腳為負極性引腳。
2)在新的電解電容中采用長短不同的引腳來表示引腳極性,通常長的引腳為正極性引腳。當(dāng)電容使用之后,由于引腳已被剪掉,所以無法識別極性,因而這種表示方法不夠完善。
3)這種電解電容器在鋁殼的頂部標(biāo)一個黑色標(biāo)記,表示這端的引腳是電解電容的負極引腳。
4)貼片有極性電解電容,在側(cè)面或頂部有一個黑色標(biāo)記,以標(biāo)出負極性引腳位置。
在電解電容上有防爆設(shè)計,下圖所示是人字形防爆口,此外還有十字型等多種,有的防爆口設(shè)在底部,形狀也多種多樣。