电容器简介教材

0电容器简介1目录电容器的定义电容器的分类铝电解电容器的结构及封装铝电解电容器的生产工艺流程铝电解电容器主要电性能参数铝电解电容器的用途13456728电容器的发展历程铝电解电容器的其它特性2电容器的发展历程早期电容器30年代电容器50年代电容器1745年玻璃电容器1874年云母电容器1876年纸介电容器1900年瓷介电容器1921年液体铝电解电容器1938年干式铝电解电容器1949年液体烧结钽电解电容器1956年固体烧结钽电解电容器晶体管发明后，元件向小型化方向发展随着混合集成电路的发展，又出现了无引线的超小型状电容器和其他外贴电容器3是由两块金属电极之间夹一层绝缘电介质构成。当在两金属电极间加上电压时，电极上就会存储电荷，所以电容器是储能元件。任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，组成一个电容器。电容器由电容器的极板、平行板电容器、电容器的极板和电介质组成电容器的定义面积(S)点介质（e）阳极阴极d1F=106uF=1012pF介质的介电常数空气：1

一般物质：2~5

铝氧化膜：7~10电容器的分类纸介电容云母电容陶瓷电容铝电解电容钽电解电容半可变电容电容器的分类45结构：用两片金属箔做电极，夹在极薄的电容纸中，卷成圆柱形或者扁柱形芯子，然后密封在金属壳或者绝缘材料壳中制成特点:是体积较小，容量可以做得较大。但是有固有电感和损耗都比较大，用于低频比较合纸介电容云母电容结构:用金属箔或者在云母片上喷涂银层做电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。特点:介质损耗小，绝缘电阻大、温度系数小，适宜用于高频电路电容是由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成的。由于绝缘材料的不同，所构成的电容器的种类也有所不同。6结构：陶瓷做介质，在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜做极板制成。特点:体积小，耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适宜用于高频电路。铁电陶瓷电容容量较大，但是损耗和温度系数较大，适宜用于低频电路。陶瓷电容铝电解电容结构:由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极制成。还需要经过直流电压处理，使正极片上形成一层氧化膜做介质。特点:容量大，但是漏电大，稳定性差，有正负极性，适宜用于电源滤波或者低频电路中。使用的时候，正负极不要接反。7结构：用金属钽或者铌做正极，用稀硫酸等配液做负极，用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。特点:是体积小、容量大、性能稳定、寿命长、绝缘电阻大、温度特性好。用在要求较高的设备中。钽电解电容半可变电容结构:由两片或者两组小型金属弹片，中间夹着介质制成。特点:调节的时候改变两片之间的距离或者面积。它的介质有空气、陶瓷、云母、薄膜等。电解电容器的整体结构导针胶粒铝壳正极箔负极箔套管防爆阀电解纸（含电解液)电解电容器的内部结构8铝电解电容器的结构及封装工作介质：金属氧化膜（Al2O3）为了获得较大的电容量且体积又要小，在正极铝箔的一面用硼酸电化学腐蚀方法使整个铝箔的表面形成一个高密度的网状的有几十亿个精细微管道的结构，使电极的表面积增大，从而使电容量增加。将其浸在电解液中进行阳极氧化处理，铝箔表面上便生成一层三氧化二铝薄膜，其厚度一般为0.02-0.03μm正极：金属基体9Al-foilAl-foil负极：电解液电解液一般由硼酸、氨水、乙二醇等组成。为了便于电容器的制造，通常是把电解质溶液浸渍在特殊的纸上，再用一条原态铝宿与浸过电解质溶液的纸贴合在一起，这样可以比较方便地在原态铝箔带上引出负极，(a)所示。使用电解液做阴极有不少好处。首先在于液体与介质的接触面积较大，这样对提升电容量有帮助。其次是使用电解液制造的电解电容，最高能耐260度的高温，这样就可以通过波峰焊（波峰焊是SMT贴片安装的一道重要工序），同时耐压性也比较强。电容的极性铝电解电容器之所以有极性，是因为正极板上的氧化铝膜具有单向导电性，只有在电容器的正极接电源的正极，负极接电源的负极时，氧化铝膜才能起到绝缘介质的作用。如果将铝电解电容器的极性接反，氧化铝膜就变成了导体，电解电容器不但不能发挥作用，还会因有较大的电流通过，造成过热而损坏电容器。10铝电解电容器的生产工艺流程11分割钉接与卷绕含浸装配清洗与套管老化分选与包装裁切刀片分割含浸装配清洗与套管老化分选与包装钉接与卷绕目的:将导针分别铆接在阳、阴极铝箔上，再用电解纸分隔开，并卷绕成圆形或椭圆形。分割钉接与卷绕含浸装配清洗与套管老化分选与包装目的:在真空、高压条件下使卷绕素子能充分吸收电解液。分割钉接与卷绕含浸装配清洗与套管老化分选与包装铝壳素子橡胶塞导针目的：保证电解电容的密封性分割钉接与卷绕含浸装配清洗与套管老化分选与包装清洗的目的:洗去导针、裸品表面的油污及铝屑。套管的目的:洗去导针、裸品表面的油污及铝屑。分割钉接与卷绕含浸装配清洗与套管老化分选与包装目的:修补被损坏的氧化膜，使性能更加稳定。分割钉接与卷绕含浸装配清洗与套管老化分选与包装目的:挑选符合品质要求的产品进行包装。损耗角正切(%)漏电流(uA,mA)容量(uF)分割钉接与卷绕含浸装配清洗与套管老化分选与包装19铝电解电容器主要电性能参数电容器的寿命额定纹波电流(mA,A)ESR—等效串联电阻(mΩ)漏电流(uA,mA)损耗角正切(%)容量(uF)电容量20铝电解电容器的容量随频率的增加而减小。和频率一样，测量时的温度对电容器的容量有一定的影响。随着测量温度的下降，电容量会变小。

电容C,单位：μF（MFD）标称容量（额定容量）允许偏差：（C实—C标）/C实×100%（±10%、±20%、-10~+30%、-10~50%等）21影响容量的因素贮存期。电容器内部或多或少地都会有水分存在,水将同阴、阳极箔上的氧化膜发生反应生成水合氧化膜,使阴、阳极箔上的氧化膜增厚,电容量减小,所以电容器贮存一段时间后,电容量都会有所减小。试片、开片时工艺因素考虑不周到。如试片时所加的极化电压小,试样的容量偏大,电容器的容量将偏小。反向电压老化。反向电压老化将使电容器的阴极箔上生成较厚的氧化膜,使阴极容量减小,电容器的容量减小。温度。电容量的测试温度下降,工作电解液的粘度将增大,浸有工作电解液的电解纸与腐蚀阴、阳极箔接触的紧密程度下降,这就相当于阴、阳极箔的有效表面积减小,从而使电容器的电容量下降。片尺寸差错较大,电容量就会不准确。老化电压过大,如大于化成电压,则电容量将明显减小。损耗角正切22Tanδ：串联等效电阻ESR同容抗1/wC之比tanδ=RESR/(1/wC)=wCRESR(w指2πf，c指容量，R指等效串联电阻)

tanδ随着测量频率的增加而变大，随测量温度的下降而增大。23影响损耗正切角的因素芯子浸渍后,甩干过份,损耗增大。手工装配时,如果用力过大,使芯子中的工作电解液损失过多,也会使损耗增大。电容器测试频率(一般规定测试频率为100或120H)越高,损耗越大。电容器的电容量越大,损耗也越大。电容器纸越厚,损耗越大。电容器纸密度越大,浸渍工作电解液的量越少,电解纸的渗透系数值越大,损耗也越大。芯子浸渍时,浸渍时间过短,或真空度不够,致使芯子没有浸透工作电解液,损耗也会增大。对于大壳号的产品更应注意这个问题。阴、阳极箔铆接质量差,接触电阻大,电容器的损耗就大。温度越低,工作电解液的粘度越大,浸有工作电解液的电解纸的电阻越大,损耗越大。漏电流24漏电流：IL=KCV（IL指漏电流，K指常数，C指容量，V指电压）电容器的介质对直流电具有很大的阻碍作用。然而，由于铝氧化膜介质上浸有电解液，在施加电压时，重新形成以及修复氧化膜的时候会产生一种很小的称之为漏电流的电流，刚施加电压时，漏电流较大，随着时间的延长，漏电流会逐渐减小并最终保持稳定。25影响漏电流的因素工作电解液不但起到电解电容器阴极作用，而且还要能随时提供O2-不断供给阳极以修补损伤的氧化膜，倘若电解液修补氧化膜和防止氧化膜恶化的能力差，则势必产品漏电流变大。一般电容器本身的电容量越大，漏电流也越大（同样的原材料和制造工艺）在施加电压的初始阶段，漏电流随着施加电压持续时间的增加而迅速下降，最后达到一稳定值。施加的直流电压的高低，对漏电流大小有明显的影响。当外加电压不超过额定电压时，漏电流随着外加电压的增加而缓慢上升，当外加电压超过额定电压时，漏电流将剧烈上升。漏电流随着温度的上升呈指数性上升箔片氧化膜及其它部材、加工工艺有关等效串联电阻ESR26ESR等效串联电阻，ESR=tanδ/wc（Tanδ耗散因数CS串联电容，单位为F）其中，电解液的电阻是铝电解电容器等效串联电阻（ESR）的主要部分，管脚引脚和电容电极极板金属的电阻可以忽略。铝电解电容ESR的形成因素27影响ESR的因素由于连接于电容内部的管脚引线不是铝金属材料，而且铝是不可焊的材料。

对于铝质的电极极板材料和铜质的管脚材料来说，其电气连接主要采用所谓的“焊接”和机械压接方式。但是这两种方式都会产生较高的ESR。随着电解液水分的挥发，ESR也随之增大。不良的电气连接新、旧电解电容都有可能出现电解溶液的干枯多数都是发生在旧电解电容上额定纹波电流28交流纹波电流流过铝电解电容器，将在其ESR上产生损耗而使铝电解电容器发热，这个发热的限度对纹波电流的限制就是额定纹波电流值。电容器的寿命29随着时间的推移，电解液会渐渐的干涸，当电解液干涸到一定程度后，电容量将开始明显降低；同时伴随着ESR的明显升高，当电容量的减小，ESR的上升达到一定程度，铝电解电容器将失去应用意义。这标志着铝电解电容器寿命终了30影响电容器寿命的因素电容器的外形尺寸小,在相同的试验条件下,电容器的散热面积小,,寿命越低。电容器损耗大,试验过程中发热大,寿命越低电容器内部杂质含量高,试验过程中破坏介质氧化膜,寿命越低。电容器密封性差,包括卷边不良及密封材料选择不适,试验过程中,电容器内部的电解液泄漏出体外,,寿命越低。铝电解电容器的用途31作用是阻止直流通过而让交流通过。这个对DIY而言很重要，显卡上的电容基本都是这个作用。为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路对与频率相关的电路进行系统调谐，比如手机、收音机、电视机。在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。储存电能，用于必须要的时候释放。例如相机闪光灯，加热设备等等。针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响，而进行补偿，改善电路的稳定性。隔直流旁路（去耦）耦合温度补偿滤波调谐整流储能32铝电解电容器的老化由于作为绝缘层的氧化铝介质的特殊性：氧化铝介质在铝箔切割、铆接过程中受到的损伤或受电解液中的氯离子的腐蚀而产生缺陷而产生的漏电流，需要通过施加直流电压的（阳极氧化）方式加以修补，因此，即使已经施加很长一段时间直流电压，仍会有一小的修补电流流过。这个电流成为漏电流。漏电流低意味着电解液中的氯离子极少，可以得到良好的修补结果，也表明作为绝缘层的氧化铝介质是良好的。电解液和铝箔中的铁、铜离子在铝电解电容器的电极上施加电压后会产生原电池效应电流，需要较多的电荷将其消耗掉，这就是一些铝电解电容器在初次加电后需要较长时间“漏电流”才能降到正常值的原因。这种现象也说明了铝电解电容器出厂前需要“老化的必要性”铝电解电容器的其它特性铝电解电容器的等效电路33电容器的等效电路图可由下图表示R1：电极和引出端子的电阻R2：阳极氧化膜和电解质的电阻R3：损坏的阳极氧化膜的绝缘电阻D1：具有单向导电性的阳极氧化膜C1：阳极箔的容量C2：阴极箔的容量L：电极及引线端子等所引起的等效电感量34铝电解电容器温度特性温度特性容量：T↗容量↗损耗：T↗损耗↘

ESR：T↗ESR↘

漏电流：T↗漏电流↗频率特性35铝电解电容器频率特性容量：f↗容量↘损耗：f↗损耗↗

ESR：f↗ESR↘

耐IR能力：f↗耐IR↗36通常电解电容器寿命的终了评判依据是电容量下降到额定（初始值）的80%以下。由于早期铝电解电容器的电解液充盈，铝电解电容器的电容量在工作早期缓慢下降。随着负荷过程中工作电解液不断修补倍杂质损伤的阳极氧化膜所致电解液逐渐减少。到使用后期，由于电解液挥发而减少，粘稠度增大的电解液就难于充分接触经腐蚀处理的粗糙的铝箔表面上的氧化膜层，这样就使铝电解电容器的极板有效面积减小，即阳极、阴极铝箔容量减少，引起