电解电容的原理与作用

目录

　　电解电容器俗称极化电容器，其中阳极具有更多的正电压比阴极。它们用于滤波应用、低通滤波器、音频放大器电路等等。铝、钽、铌、锰等金属在电化学过程中形成氧化层，阻止一个方向的电流流动，但允许相反方向的电流流动。这种现象首先由德国物理学家和化学家Johann Heinrich Buff(1805–1878)在1857年观察到。1875年法国研究人员和创始人Eugene Ducretet是第一个实现这一想法的人，并为这些发明了“阀门金属”一词。　　电解电容器主要用于需要小体积的高电荷存储时。在电解电容器中，液体电解质充当电极之一(主要充当阴极)。为了更好地理解电解电容器的概念。电容器是一种储存电荷的电子设备。它由被称为电介质的绝缘材料隔开的两个导电板组成。根据用途使用不同类型的绝缘材料来构造电介质。电容器的导电板是电的良导体。因此它们很容易让电流通过，另一方面，电介质或材料是电的不良导体。因此，它不允许电流通过。

电解电容

　　1.特点

　　(1)单位体积的电容量非常大，比其它种类的电容大几十到数百倍。

　　(2)额定的容量可以做到非常大，可以轻易做到几万μf甚至几f(但不能和双电层电容比)。

　　(3)价格比其它种类具有压倒性优势，因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。制造电解电容的设备也都是普通的工业设备，可以大规模生产，成本相对比较低。

　　2.结构及种类

　　2.1结构

　　如图1所示，是有极性电解电容其内部结构示意图，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。

　　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。

图1 电解电容结构图

　　2.2种类

　　铝电解电容器：铝电解电容器是极化电容器，其中阳极(+)端子由铝箔和蚀刻表面形成。阳极氧化过程会产生一层薄薄的氧化物绝缘层，用作电介质。当非固体电解质掩盖氧化层的粗糙表面区域时，阴极通过第二铝箔形成。

　　非电解电容器：非电解电容器是包含“绝缘材料”作为非电解形式的电介质的那些电容器。这种类型的电容器是无极性的，用途广泛。

　　钽电解电容器：钽电解电容器提供更低的漏电流和ESR。它使用钽金属作为阳极，由一层氧化物包围作为电介质，并进一步用导电阴极包裹。这些电容器是固有极化的器件，并且非常稳定。如果连接正确，它会以异常的频率高效运行。

　　氧化铌电解电容器：氧化铌电解电容器的结构类似于钽电容器。它使用氧化铌代替金属钽作为阳极。氧化铌资源丰富，比钽电容器具有极其稳定的特性。

　　3.原理

　　如图2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停止工作，机器不运转的现象。

　　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。

图2 电解电容原理图

　　4.作用

　　(1)滤波作用，在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。

　　在实际中，为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化，所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容。由于大容量的电解电容一般具有一定的电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了一只容量为0.001--0.lpF的电容，以滤除高频及脉冲干扰。

　　(2)耦合作用：在低频信号的传递与放大过程中，为防止前后两级电路的静态工作点相互影响，常采用电容藕合。为了防止信号中韵低频分量损失过大，一般总采用容量较大的电解电容。

　　5.优缺点

　　电解电容的优点是：

• 用于实现高电容值

• 用于低频应用

• 钽电容器优于其他类型，因为电解电容器的高稳定性缺点如下：

• 必须注意确保电容器使用正确的端子进行校正

• 反向电压可能会损坏电容器

• 容易受温度变化影响

• 电容器与非电解质组合使用时会增加电容器尺寸

　　电解电容的缺点：

• 漏电流大

• 寿命短

　　6.应用

      广泛的电解电容器应用如下：

• 用于滤波应用以减少电源中的纹波

• 用作低通滤波器以平滑输入和输出信号

• 在音频放大电路中用作滤波器以减少嗡嗡声

　　7.关于电解电容的常见问题

　　7.1电解电容是交流还是直流?

　　在交流电路中使用电解电容器的一种方法是将两个串联极性相反。每个电容器将倾向于“处理”波形的适当部分。反向偏置电容器将在低反向电压下通过大量电流，并使用另一半阻止正向电压直流。

　　7.2电容器的平均寿命是多少?

　　额定温度下的设计寿命电解电容器制造商规定了最高额定环境温度下的设计寿命，通常为105°C。这种设计寿命可以从1,000小时到10,000小时或更长不等。

　　7.3电解电容是由什么构成的?

　　电解电容器由用薄纸隔开的阳极(正极)箔片和阴极(负极)箔片组成。电容在阳极和电解质之间。阴极连接到电解质。电容由箔的表面积决定。

　　7.4什么会缩短点解电容的使用寿命?

　　影响电容寿命的因素有哪些?任何有害的极端环境(即高温或低温)及其工作负载都会缩短电容器的使用寿命。电容器达到超过制造商额定值的稳定电流会很快造成损坏。

　　7.5电解电容和陶瓷电容有什么区别?

　　陶瓷电容器和电解电容器的主要区别在于，在陶瓷电容器中，两个导电板由陶瓷材料隔开，而在电解电容器中，两个导电板由电解质和金属氧化物层隔开。

　　7.6电解电容里面有油吗?

　　有的。充油电容器可用，它们通常是高功率和高电压的。

　　7.7如何鉴别电解电容?

　　电解电容通常标有条纹，表示负极引线。正极引线通常比负极引线长。

　　以上就是电解电容的原理与作用的介绍了。电解电容器的基本技术已为人所知数十年。维基百科中给出了详细说明。然而应该记住，在这些复杂组件的开发中投入了大量的专业知识。开发人员惊讶地发现，几个月后电路突然停止工作，电解电容器不再发挥其应有的作用。造成这种情况的原因之一可能是电容器已干涸，从而大大降低了电容。生产过程中不正确的成型也会导致问题。事实上，有大量影响质量和性价比的因素可能会被忽视。只有客户能够确保使用可靠的技术并按照严格的质量标准进行制造，才能成功开发和销售复杂的电气组件。