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  铝电解电容器的基本概要 2007年6月10日

1-1. 电容器的基本原理
电容器的基本原理可以用图1-1来描述
当在两个正对的金属电极上施加电压时,电荷将据电压的大小被储存起来

Q=CV图. 1-1
Q:电量( C )
V:电压(V )
C:电容量(F

C:电容器的电容量,可以由电极面积S [m2],介质厚度t [m]以及相对介电常数ε来表示

C[F]= ε0·ε·S/t
ε0:介质在真空状态下的介电常数(=8.85x10-12 F/M)
铝氧化膜的相对介电常数为7~8,要想获得更大的电容,可以通过增加表面积S或者减少其厚度t来获得。
表1-1列出了电容器中常用的几种典型的介质的相对介电常数,在很多情况下,电容器的命名通常是根据介质所使用的材料来决定的,例如:铝电解电容器、钽电容器等。



介质 相对介电常数 介质 相对介电常数
铝氧化膜 7 ~ 8 陶瓷 10~120
薄膜树脂 3.2 聚苯乙烯 2.5
云母 6 ~ 8 钽氧化膜 10 ~20

虽然铝电解电容器非常小,但它具有相对较大的电容量,因为其通过电化学腐蚀后,电极箔的表面积被扩大了,并且它的介质氧化膜非常薄。
图1-2形象地描述了铝电解电容器的基本组成。





1-2电容器的等效电路
电容器的等效电路图可由下图2表示
图2

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

1-3基本的电性能
1-3-1 电容量
电容器的由测量交流容量时所呈现的阻抗决定。交流电容量随频率、电压以及测量方法的变化而变化。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。

另一方面,直流电容量,可通过施加直流电压而测量其电荷得到,在常温下容量比交流稍微的大一点,并且具有更优越的稳定特性。

1-3-2 Tan δ(损耗角正切)
在等效电路中,串联等效电阻ESR同容抗1/ wC之比称之为Tan δ,其测量条件与电容量相同。



tan δ =RESR/ (1/wC)= wC RESR
其中:RESR=ESR(120 Hz)
w=2πf
f=120Hz
tan δ随着测量频率的增加而变大,随测量温度的下降而增大。
阻抗(Z):
在特定的频率下,阻碍交流电通过的电阻就是所谓的阻抗(Z)。它与容量以及电感密切相关,并且与等效串联电阻ESR也有关系。具体表达式如下:

其中:Xc=1/ wC=1/ 2πfC
XL=wL=2πfL
漏电流:
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。


漏电流随时间变化特征图

测试温度和电压对漏电流具有很大的影响。漏电流会随着温度和电压的升高而增大。
 
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