电容器基本知识

电容器基本知识、铝电解电容器的一般概念电容器的定义：所谓电容器，就是由两个导电极板，中间放置具有介电特性的物质所组成的分立元件。这里所指的介电特征的物质在电气工程上称之为绝缘材料，物理学上则以电介质表示，而在电容器行业中则称为介质。电容器的基本结构 平板电容器C= X10-6口C= X10-6口F3.6兀dQQQQQQQQQQQQQQ自由电荷束缚电荷有电介质的情况.+用+用+¥+用+用+1一一—-一一I当两极板间为真空时，设介电常数£=1，此时任何电介质的介电常数£>1。这是因为在两极板间施加直流电压时，在直流电场作用下，使电介质产生极化，电偶极子开始有序向排列，在两极板上产生束缚电荷。这种情况下电容器静电容量为真空下的£倍。电容器的单位1F=106HF=1012PF电容器的分类按介质种类分：有机介质电容器；无机介质电容器；氧化膜介质电容器；双电层电容器。元件属性电容器种类主要电介质主要电极真空电容器—金属板固定空气电容器空气金属板可变空气电容器空气金属板云母电容器云母片烧附金属或金属箔

无机介质电容器瓷介电容器氧化钛、钛酸钡陶瓷烧附金属玻璃电容器玻璃膜烧附金属半导体陶瓷电容器晶界层半导体陶瓷烧附金属有机介质电容器纸介电容器油和纸金属箔金属化纸介电容器油和纸蒸发金属塑料薄膜电容器塑料薄膜金属箔或蒸发金属漆膜电容器纤维漆膜蒸发金属电解电容器铝电解电容器氧化铝膜铝箔与电解液钽电解电容器氧化钽膜烧结钽与二氧化锰、碳、银铌电解电容器氧化铌膜烧结铌与二氧化锰、碳、银特种电容器双电层电容器正负双电荷层活性碳板按极性分： 有极性电容器；无极性电容器。直流电容器；交流电容器。电解电容器的定义所谓电解电容器,就是两个电极板有阳（正）极和阴（负）极之分，其中作为阳极的是特定的阀金属，并在该金属表面上籍助于电化学方法生成一极薄且具有单向导电性的氧化膜作为介质，而阴极通常是采用能生成和修复介质氧化膜的液状或固状的电解质，这样一种特殊结构和特殊工艺制造的电容器。电解电容器分类按阀门金属种类分：铝电解电容器；钽电解电容器或钽铌合金电解电容器。按电解质状态分： 液体（湿式）电解电容器和固体电解质电容器。按阳极呈现的状态分：箔式卷绕型电解电容器；烧结型电解电容器。按正负极引出方式分：引线型；牛角型；焊片型；螺栓型；表面贴状型（V-CHIP）。按特性分： 通用型；宽温型；长寿命型；双极性型；低漏电流型；低阻

抗型（LOWESR）;高频特低阻抗型;耐高纹波型；缩体型。⑥按高度分:⑦按用途分:5mm高度产品（微型）；7mm高度产品（超小型）11mm高度以上的⑥按高度分:⑦按用途分:产品。通常用途电容器；节能灯整流器用电容器；闪光灯用电容器；马达启动用电容器；音频网络用电容器；S校正用电容器；高保真音响用电容器；空调用电容器；变频器用电容器；P.F.C线路用电容器;逆变器用电容器;充电器/充磁器用电容器等。一、铝电解电容器的结构特点1.通常铝电解电容器的基本结构是箔式卷绕型的结构，如下图:cp引线（端子）1.通常铝电解电容器的基本结构是箔式卷绕型的结构，如下图:cp引线（端子）铝梗归极箔阴极箔电解纸结构材料的特点：〈阳极铝箔〉先将高纯光铝箔在特定的腐蚀液中进行电化学腐蚀处理以扩大其表面积。接着在特定的赋能液中加上相当于额定电压140〜200%的电压进行化成处理，使铝箔的表面形成电化学介质（Al2O3）,这种介质是非常薄而且致密的氧化膜，约20〜30埃/V,并且具有很高的工作电场强度（600Kv/mm）〈阴极铝箔〉与阳极箔一样施行表面腐蚀处理，一般产品不进行化成处理。因此表面只有自然氧化膜，耐压0.2〜1V左右。3〈电解液/电解纸〉电解液是离子型导电液体。腐蚀后形成介质的箔浸在电解液中，电解液起到阴极的作用

并且具有修补氧化膜的作用。因此“阴极箔”只是起到电解液与外部端子联接的电极作用。为了保持电解液的均匀性及持久性，防止阳极和阴极的机械接触造成短路，使用电解纸。◎〈外壳/胶塞〉为了保持电容器芯组密封性，用铝外壳和胶塞封装。⑤〈底座板〉构成V-CHIP产品的必要部件，将特制电容器组装在底座板上构成表面贴装元件。、电气性能特点电解电容器与有机介质电容器、无机介质电容器相比较，客观存在在电性能上有显著特点：①比率电容量大：即单位面积所具有的电容量很高，若以S（cm2）表示构成电容器的电极的面积，C（pF）表示电容量，则比率电容量为 C=—叩/cm2比率y比率电容大（比容大），意味着在相同的电容量下，产品具有更小的体积，或在相同的体积下可做成电容量更大的产品。小知识:关于光箔经腐蚀后表面积得到扩大的例子铝电解电容器专用的高纯光箔经电化学腐蚀后，表面积得到扩大，为了证明这个问题，现用实例加以说明：我们先用1cm2光箔进行化成，化成电压为21V，此时氧化膜的厚度为5.25X10-6cm（1V电压可生成25埃厚的氧化膜，21V可生成525埃氧化膜。1埃=10-10M，所以525埃=5.25X10-6cm）C= £rSX10-63.6兀d式中：C容量（pF）；£ 相对电容率（铝氧化膜的£约为8.5）；S 面积（cm2）;d 电介质厚度（cm）17 =0.28659.3461cm17 =0.28659.346C=6x3.14x5.25x10-6经过电化学腐蚀后，1cm2腐蚀箔经21V化成后生成的正极箔最高可达80pF容量。经反推算，其有效面积扩大为： s=3.6x3・14x80x5.25x10-6=55855 28.5x10-6 .所以可以看出，经腐蚀后其表面积增加约280倍。图1.阳极箔剖面图阳极箔正面图介质氧化膜（Al20「能承受极高的工作电场强度。具有自愈作用：铝电解电容器在工作之中，依赖于工作电解质提供的负离子（02-），能自动修补A1203膜中的疵点、缺陷，使得该处的绝缘性能随时得到修补和改善，提高了产品的耐压特性。铝电解电容器除了上述优点外，也由于自身结构特点而带来的一些缺点:工作电压上限受到一定限制，对于铝电解电容器来说,工作电压最高为500V。具有单向导电性。在电路中阳极只能接正极，阴极只能接负极，不能反接使用，否则轻者电性能变坏，直至失效；重者在很短时间内外壳“炸开”。绝缘质量较差，衡量铝电解电容器的绝缘性一般用漏电流表示而不是以时间常数（T=CR）来表示。非固体电解质铝是电解电容器的电性能，在长期的贮存或长期负荷下工作，工作电解液将会逐渐枯干和变质，而导至电性能下降，特别是久存不用后，介质氧化膜局部绝缘性能变差。铝电解电容器的损耗角正切值tg6较大，温度频率特性也差些。三、电气参数与标称系列铝电解电容器常用工作温度范围；额定工作电压Ur；标称容量Cr；损耗角正切tg6；漏电流Ir和阻抗Z；这六大参数来表征其常规的电气性能。工作温度范围：表征该系列产品可在特定温度范围内正常工作。一般有：-25〜+55°C（闪光灯用电容器）；-20〜+70°C（马达启动电容器）；-40〜+85°C（一般品）；-40〜+105°C（一般宽温电容器）；-55〜+105C（宽温电容器）；-40〜+125C（高温电容器）额定工作电压U:R它指在下限类别温度和额定温度之间的任一温度下，可以连续加在电容器的最大直流电压或最大交流电压有效值或脉冲电压的峰值。对于电解电容器的额定电压值系列由下列数值组成：4.0;6.3;10;16;25;35;50;63;100;160;200;250;（330）;350;400;450;500其单位为伏（V）标称容量（Cr）与电容量允许偏差：一般讲，所谓标称电容量是指在电器上标明的电容量值，是设计容量的名义值。它与实际制造出来的电容器的电容量之间有一定偏差，这偏差称之为电容量的允许偏差。产生偏差的原因是由于原材料的不均匀性以及结构、工艺波动等因素造成的。铝电解电容器标称电容量值是按照E6系列：: nX=织10n=lg-1-按E6系列，在1.0;1.5;2.2;3.3;4.7;6.8;60的10n组成容量标称值。电容量的允许偏差的优先值如下表：允许偏差/%±10±20一10〜+30一10〜+50一10〜+75一10〜+100文字符号KMQTUR损耗角正切（tg6）：通常把电容器在电场作用下，单位时间内因发热而消耗的能量，叫电容器的损耗。损耗越大，发热越严重，表示电容器传递能量效率越低，使用频率越高，损耗越大。一个实际电容器相当一个纯电容并联一个电阻。PUIsin8 °有= =tg8PUIcos8无这里tg6永远小于1。tg6值越大，说明电容器的有功功率越大，即损耗越大。电容器的损耗，在直流电压下主要为漏导损耗，在交流电压下主要为漏导损耗和介质极化损耗。漏电流（Ir）：对于电解电容器来说，绝缘电阻表示不了其绝缘性，这是由于其电介质特性所决定的，电解电容器的介质是一层很薄的氧化膜，虽理论上能承受很高的工作电场强度，但其膜上免不了会有这样或那样的缺陷，如针孔、裂纹、疵点、划痕等，电解电容器的漏电流是通过这些缺陷的电子流和离子流产生的。根据其数值的大小，便可评价电解电容器的绝缘性能。电解电容器的漏电流与容量大小、施加电压高低、使用温度等有关对于铝电解电容器其漏电流通常用下式表示：Ir=KCU+M（|1A）式中：C 电容器的标称电容量（pF）

U——额定工作电压(V)K,M 常数K值：一般取0.01；低漏电产品取0.001〜0.002M值：一般取0〜20，对于微型产品及V-CHIP产品M值为0,但经计算后IrV3，以3为计6.阻抗(Z)：对于有高频特性的产品或对于有低等效串联电阻(ESR)的产品来讲，这两个参数也是十分重要的，它是描述产品在脉动电路中的电气特性。Z值是电阻、感抗、容抗的矢量和。1Z=r+j&L+ j®C打 1一般讲L很小，所以j①虚11可以忽略不计，——将随着C值越大小而值在j①C1变化，当C值一定时二；值也成定值。所以决定Z值大小，关键是r值。式中的损j①C耗电阻r是由三部分组成的：①氧化膜介质损耗的等效串联电阻r介；②代表工作电解液的等效串联电阻r液；③代表金属电极、引出线、以及接触电阻等组成的r金即：r被称为等效串联电阻，英文缩写为ESR(equivalentseriesresistance)故ESRtgESRtg§④C四、电容器的用途几乎所有电子线路中都有电容器，它在电子线路中起着各种作用，主要有以下用途：储存能量用：对电容器充电后,经电阻放电时，会发生瞬时大电流，可用于储能点焊机。滤波、旁路用：整流电路中所获得直流电压中所含有的交流成分或因电感所产生的交流成分，可经过电容接地，予以衰减。所有电子线路的电源部分都使用大容量的滤波、旁路电容器。耦合、隔直流用：要将与直流电压共存的信号电压供给放大器时，或欲阻止振荡电压反馈时，可经过电容器切断直流电压。因此，电路中信号频率较高，故一般都用小容量电容器。调谐、振荡用：当一个电感L和一个电容C串联在一起时，如果感抗Xl=2冗fL 和容抗X厂=1相等时，将成串联谐状态，此时电路中电流最大。应用此原理而以放大在C2冗fC特定频率f(=——)下的电压为目的用途，为调谐、振荡用。移相、调相用：为了使单相马达旋转，为改善其转矩特性，必须使用移相电容器。另外，为了缩小频率f的迟相电流，必须并联固定电容器为其调相。降压用：有必要在不引起发热损耗的情况下，降低电压或分割电压时必须用电容器。积分用：若计算机求微积分方程的解时，也必须使用构成积分常数的电容器。记忆用：若了解脉动电荷的积累时，必须使用漏电流极小的记忆电容器。特效网络用：和电阻或电感串、并联连接，而使用发生特有效果的网络中的电容器。五、铝电解电容器的失效模式及在用户中出现的故障分析1.产品“炸开”、防爆阀打开失效现象：内压增加；内部温度急剧上升。制造原因：套管负极指示反使用错误：施加过电压；纹波电流过大；施加反向电压；频繁充放电；施加交流电；使用温度过高。产品短路失效现象：氧化膜、电解纸的绝缘作用受到破坏；氧化膜劣化。制造原因：金属微粒附着；铝箔、引线毛剌；电解纸破、断。使用错误：引线受到异常外部应力；产品开路失效现象：引出线与铝箔接触严重不良；氯离子的侵入造成对铆接处腐蚀。制造原因：制造过程中机械应力的施加；导针断；使用错误：使用含卤素的洗洁剂；引线受到异常外部应力。漏电流大（漏电流上升）失效现象：氧化膜劣化；制造原因：氧化膜的缺陷多；电解液受污染或局部失效；芯子在组立时受损伤；老化温度偏低；老化电压不足；电解液不足；氯离子的侵入；存放时间太长。使用错误：存放时间太长；长期处于不使用状态；使用温度过高；选用电压规格不合理。容量下