东佳课堂:电解电容不能承受反向电压?

2020-07-09 16:15:49 admin 28

都知道电容器在电子电路中一直扮演着相当重要的角色,在电子电路中负责信号的偶合、RC电路中伏安特性的微分如积分、振荡电路中的“槽路”、旁路和电源滤波等。

 

铝电解电容器是由经过腐蚀和形成氧化膜的阳极铝箔、经过腐蚀的阴极铝箔、中间隔着电解纸卷绕后,再浸渍工作电解液,然后密封在铝壳中而制成的。

 

【为什么铝电解质电容不能承受反向电压?】

由于电解电容器存在极性,在使用时必须注意正负极的正确接法,否则不仅电容器发挥不了作用,而且漏电流很大,短时间内电容器内部就会发热,破坏氧化膜,随即损坏。

 

如图为铝电解电容的基本结构,它由阳极( anode )、在绝缘介质上附着的氧化铝构成的铝层,接收极的阴极铝层,和真正的由电解液构成的阴极电解液浸透在两个铝层间的纸上。氧化铝层是通过电镀在铝层上,相对于加在其上的电压来说是非常薄的,很容易被击穿,导致电容失效。

 

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氧化铝层可以承受正向的直流电压,如果其承受反向的直流电压,其很容易在数秒内失效。这个现象被称为‘Valve Effect ’,这就是为什么铝电解电容拥有极性的原因,如果电解电容的两个电极都有氧化层,则形成无极性电容。

 

许多文章报道了铝电解电容反向电压的阈值现象的机理,叫做氢离子理论( Hydrogen ion theory ),当电解电容承受反向直流电压的时候,即电解液的阴极承受正向电压而氧化层承受负电压。

 

集合在氧化层的氢离子就将穿过介质达到介质和金属层的边界,转化成氢气,氢气的膨胀力使得氧化层脱落,因此电流在击穿电解液后直接流通电容,电容失效,这个直流电压非常小,在 1~2V 的反向直流电压作用下,铝电解电容在几秒钟就会因为氢离子效应而立即失效。相反,当电解电容承受正向电压时候,负离子集结在氧化层之间,因为负离子的直径非常大,其并不能击穿氧化层,所以能承受较高电压。

 

【有极性电容反接后会怎么样?】

如果电容容量很小,耐压很高,工作电压低的话,反接看不出来啥;如果容量稍大(100UF以上),耐压离工作电压近,电容不会超过10分钟就坏,坏的表现形式是:先鼓包,再吹气,然后爆浆。

 

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【有极性电容器反接会爆炸,是不是说不能直接接在交流电源上?】

不能接到交流电源上,因为这个有极性电容设计就是用在直流电源上,作滤波用,因为这个有极性电容内部有特殊的物质,这个物质不能承受反压,如果通到交流电上就会反向击穿或爆炸。

 

【极性电容反接为什么会短路?】

极性电容内部结构分为正极、介质层、负极,介质层具有单向导电的性质,当然接反后产品介质层就起不到绝缘的作用了,电容自然就短路了。

 

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【为什么把电解电容器正负极接反时电阻率变小?】

涉及到电解电容器的原理:正接时电容器的正极会形成极薄的氧化膜(氧化铝)来作为电介质;反接时金属铝薄片(电容正极)是接电源负极的,会电解出H2来而不会形成氧化膜,另一电极由于材料不同也不会形成可以作为电介质的氧化膜。

 

【纯交流电路中为什么只能使用无极性电容器?】

在直流电压叠加交流信号的电路中,且能保证叠加后的最低电压不会成为负值,就可以使用有极性的电容器。在容量相同的情况下,有极性的电容器的体积和成本都远小于无极性的电容器。

 

所以需要较大的电容量情况下,电容器的体积是一个较大的矛盾,能用无极性的电容器的场合,都自然会用有极性的电容器替代,不仅解决了体积问题,成本也低很多,何其不乐。大电容可以滤除较低频率以上的交流信号,小电容则只能滤除较高频率以上的信号。