東佳課堂:電解電容不能承受反向電壓?

2020-06-26 10:00:21 admin 1527

都知道電容器在電子電路中一直扮演著相當重要的角色,在電子電路中負責信號的偶合、RC電路中伏安特性的微分如積分、振盪電路中的“槽路”、旁路和電源濾波等。

 

鋁電解電容器是由經過腐蝕和形成氧化膜的陽極鋁箔、經過腐蝕的陰極鋁箔、中間隔著電解紙卷繞後,再浸漬工作電解液,然後密封在鋁殼中而製成的。

 

【為什麼鋁電解質電容不能承受反向電壓?】

由於電解電容器存在極性,在使用時必須注意正負極的正確接法,否則不僅電容器發揮不了作用,而且漏電流很大,短時間內電容器內部就會發熱,破壞氧化膜,隨即損壞。

 

如圖為鋁電解電容的基本結構,它由陽極( anode )、在絕緣介質上附著的氧化鋁構成的鋁層,接收極的陰極鋁層,和真正的由電解液構成的陰極。電解液浸透在兩個鋁層間的紙上。氧化鋁層是通過電鍍在鋁層上,相對於加在其上的電壓來說是非常薄的,很容易被擊穿,導致電容失效。

 

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氧化鋁層可以承受正向的直流電壓,如果其承受反向的直流電壓,其很容易在數秒內失效。這個現象被稱為‘Valve Effect ’,這就是為什麼鋁電解電容擁有極性的原因,如果電解電容的兩個電極都有氧化層,則形成無極性電容。

 

許多文章報導了鋁電解電容反向電壓的閾值現象的機理,叫做氫離子理論( Hydrogen ion theory ),當電解電容承受反向直流電壓的時候,即電解液的陰極承受正向電壓而氧化層承受負電壓。

 

集合在氧化層的氫離子就將穿過介質達到介質和金屬層的邊界,轉化成氫氣,氫氣的膨脹力使得氧化層脫落,因此電流在擊穿電解液後直接流通電容,電容失效,這個直流電壓非常小,在 1~2V 的反向直流電壓作用下,鋁電解電容在幾秒鐘就會因為氫離子效應而立即失效。相反,當電解電容承受正向電壓時候,負離子集結在氧化層之間,因為負離子的直徑非常大,其並不能擊穿氧化層,所以能承受較高電壓。

 

【有極性電容反接後會怎麼樣?】

如果電容容量很小,耐壓很高,工作電壓低的話,反接看不出來啥;如果容量稍大(100UF以上),耐壓離工作電壓近,電容不會超過10分鐘就壞,壞的表現形式是:先鼓包,再吹氣,然後爆漿。

 

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【有極性電容器反接會爆炸,是不是說不能直接接在交流電源上?】

不能接到交流電源上,因為這個有極性電容設計就是用在直流電源上,作濾波用,因為這個有極性電容內部有特殊的物質,這個物質不能承受反壓,如果通到交流電上就會反向擊穿或爆炸。

 

【極性電容反接為什麼會短路?】

極性電容內部結構分為正極、介質層、負極,介質層具有單向導電的性質,當然接反後產品介質層就起不到絕緣的作用了,電容自然就短路了。

 

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【為什麼把電解電容器正負極接反時電阻率變小?】

涉及到電解電容器的原理:正接時電容器的正極會形成極薄的氧化膜(氧化鋁)來作為電介質;反接時金屬鋁薄片(電容正極)是接電源負極的,會電解出H2來而不會形成氧化膜,另一電極由於材料不同也不會形成可以作為電介質的氧化膜。

 

【純交流電路中為什麼只能使用無極性電容器?】

在直流電壓疊加交流信號的電路中,且能保證疊加後的最低電壓不會成為負值,就可以使用有極性的電容器。在容量相同的情況下,有極性的電容器的體積和成本都遠小於無極性的電容器。

 

所以需要較大的電容量情況下,電容器的體積是一個較大的矛盾,能用無極性的電容器的場合,都自然會用有極性的電容器替代,不僅解決了體積問題,成本也低很多,何其不樂。大電容可以濾除較低頻率以上的交流信號,小電容則只能濾除較高頻率以上的信號。