為什么鋁電解電容不能承受反向電壓

我們大家都知道電容器在電子電路中一直扮演著相當(dāng)重要的角色，在電子電路中負(fù)責(zé)信號(hào)的偶合、RC電路中伏安特性的微分如積分、振蕩電路中的“槽路”、旁路和電源濾波等。 鋁電解電容器是由經(jīng)過(guò)腐蝕和形成氧化膜的陽(yáng)極鋁箔、經(jīng)過(guò)腐蝕的陰極鋁箔、中間隔著電解紙卷繞后，再浸漬工作電解液，然后密封在鋁殼中而制成的。

1

為什么鋁電解質(zhì)電容不能承受反向電壓？

由于電解電容器存在極性，在使用時(shí)必須注意正負(fù)極的正確接法，否則不僅電容器發(fā)揮不了作用，而且漏電流很大，短時(shí)間內(nèi)電容器內(nèi)部就會(huì)發(fā)熱，破壞氧化膜，隨即損壞。如圖為鋁電解電容的基本結(jié)構(gòu)，它由陽(yáng)極（ anode ）、在絕緣介質(zhì)上附著的氧化鋁構(gòu)成的鋁層，接收極的陰極鋁層，和真正的由電解液構(gòu)成的陰極。電解液浸透在兩個(gè)鋁層間的紙上。氧化鋁層是通過(guò)電鍍?cè)阡X層上，相對(duì)于加在其上的電壓來(lái)說(shuō)是非常薄的，很容易被擊穿，導(dǎo)致電容失效。

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(shù)秒內(nèi)失效。這個(gè)現(xiàn)象被稱為‘Valve Effect ’，這就是為什么鋁電解電容擁有極性的原因，如果電解電容的兩個(gè)電極都有氧化層，則形成無(wú)極性電容。

許多文章報(bào)道了鋁電解電容反向電壓的閾值現(xiàn)象的機(jī)理，叫做氫離子理論（ Hydrogen ion theory ），當(dāng)電解電容承受反向直流電壓的時(shí)候，即電解液的陰極承受正向電壓而氧化層承受負(fù)電壓，集合在氧化層的氫離子就將穿過(guò)介質(zhì)達(dá)到介質(zhì)和金屬層的邊界，轉(zhuǎn)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后直接流通電容，電容失效，這個(gè)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(huì)因?yàn)闅潆x子效應(yīng)而立即失效。相反，當(dāng)電解電容承受正向電壓時(shí)候，負(fù)離子集結(jié)在氧化層之間，因?yàn)樨?fù)離子的直徑非常大，其并不能擊穿氧化層，所以能承受較高電壓。

2

常見(jiàn)的與電解質(zhì)電容器相關(guān)的名詞有哪些呢？

陽(yáng)極（ anode ）：陽(yáng)極鋁層，即電解電容的正極。2. 陰極（ cathode ）：電解液層。3. 電介質(zhì)（ Dielectric di ）：附著在鋁層表面的氧化鋁層。4. 陰極箔（ Cathode Foil ）：連接電解液和外部的層，這層在制作中并不需要氧化，但是在實(shí)際中由于在蝕刻過(guò)程中鋁容易被氧化，所以其形成了一個(gè)自然被氧化的氧化層，這個(gè)氧化層可以承受 1~2v 的電壓。5. 絕緣紙 （spacer paper）： 隔離陰極和陽(yáng)極，讓他們不直接短接，并吸附一定量的電解液。

3

無(wú)極性電容和有極性電容的異同在哪里？

無(wú)極性電容和無(wú)極性電解電容器一樣嗎？ 絕大多數(shù)種類的電容都是無(wú)極性的，唯獨(dú)電解電容有極性，電解電容當(dāng)中，又有很特殊的無(wú)極性電解電容。與普通電容相比，電解電容的容量大、價(jià)格低、體積小是其他電容無(wú)法比擬的，但是電解電容一般都有極性，而且工作可靠性、耐壓、耐溫、介質(zhì)損耗等指標(biāo)都不如其他電容。

所謂無(wú)極性電解電容，實(shí)際上就是將兩個(gè)同樣的電解電容背靠背封裝在一起。這種電容損耗大、可靠性低、耐壓低，只能用于少數(shù)要求不高的場(chǎng)合。

4

有極性電容反接后會(huì)怎么樣？

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(lái)啥;如果容量稍大（100UF以上），耐壓離工作電壓近，電容不會(huì)超過(guò)10分鐘就壞，壞的表現(xiàn)形式是：先鼓包，再吹氣，然后爆漿。

5

有極性電容器反接會(huì)爆炸，是不是說(shuō)不能直接接在交流電源上？

不能接到交流電源上，因?yàn)檫@個(gè)有極性電容設(shè)計(jì)就是用在直流電源上，作濾波用，因?yàn)檫@個(gè)有極性電容內(nèi)部有特殊的物質(zhì)，這個(gè)物質(zhì)不能承受反壓，如果通到交流電上就會(huì)反向擊穿或爆炸。

極性電容反接為什么會(huì)短路？

極性電容內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為正極、介質(zhì)層、負(fù)極，介質(zhì)層具有單向?qū)щ姷男再|(zhì)，當(dāng)然接反后產(chǎn)品介質(zhì)層就起不到絕緣的作用了，電容自然就短路了。

6

為什么把電解電容器正負(fù)極接反時(shí)電阻率變??？

涉及到電解電容器的原理：正接時(shí)電容器的正極會(huì)形成極薄的氧化膜（氧化鋁）來(lái)作為電介質(zhì);反接時(shí)金屬鋁薄片（電容正極）是接電源負(fù)極的，會(huì)電解出H2來(lái)而不會(huì)形成氧化膜，另一電極由于材料不同也不會(huì)形成可以作為電介質(zhì)的氧化膜。

7

純交流電路中為什么只能使用無(wú)極性電容器？

在直流電壓疊加交流信號(hào)的電路中，且能保證疊加后的最低電壓不會(huì)成為負(fù)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(yuǎn)小于無(wú)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(gè)較大的矛盾，能用無(wú)極性的電容器的場(chǎng)合，都自然會(huì)用有極性的電容器替代，不僅解決了體積問(wèn)題，成本也低很多，何其不樂(lè)。大電容可以濾除較低頻率以上的交流信號(hào)，小電容則只能濾除較高頻率以上的信號(hào)。

8

什么是電解電容？

電解電容是電容的一種，介質(zhì)有電解液涂層，有極性，分正負(fù)不可接錯(cuò)。電容（Electric capacity），由兩個(gè)金屬極，中間夾有絕緣材料（介質(zhì)）構(gòu)成。

電解電容器特點(diǎn)一：?jiǎn)挝惑w積的電容量非常大，比其它種類的電容大幾十到數(shù)百倍。電解電容器特點(diǎn)二：額定的容量可以做到非常大，可以輕易做到幾萬(wàn)μf甚至幾f（但不能和雙電層電容比）。電解電容器特點(diǎn)三：價(jià)格比其它種類具有壓倒性優(yōu)勢(shì)，因?yàn)殡娊怆娙莸慕M成材料都是普通的工業(yè)材料，比如鋁等等。

制造電解電容的設(shè)備也都是普通的工業(yè)設(shè)備，可以大規(guī)模生產(chǎn)，成本相對(duì)比較低。電解電容器通常是由金屬箔（鋁/鉭）作為正電極，金屬箔的絕緣氧化層（氧化鋁/鉭五氧化物）作為電介質(zhì)，電解電容器以其正電極的不同分為鋁電解電容器和鉭電解電容器。鋁電解電容器的負(fù)電極由浸過(guò)電解質(zhì)液（液態(tài)電解質(zhì)）的薄紙/薄膜或電解質(zhì)聚合物構(gòu)成;鉭電解電容器的負(fù)電極通常采用二氧化錳。由于均以電解質(zhì)作為負(fù)電極（注意和電介質(zhì)區(qū)分），電解電容器因而得名。

有極性電解電容器通常在電源電路或中頻、低頻電路中起電源濾波、退耦、信號(hào)耦合及時(shí)間常數(shù)設(shè)定、隔直流等作用。一般不能用于交流電源電路，在直流電源電路中作濾波電容使用時(shí)，其陽(yáng)極（正極）應(yīng)與電源電壓的正極端相連接，陰極（負(fù)極）與電源電壓的負(fù)極端相連接，不能接反，否則會(huì)損壞電容器。

9

有極性電容和無(wú)極性電容在性能、原理結(jié)構(gòu)上有什么不可忽視的異同？

有極性電容是指電解電容一類的電容，它是由陽(yáng)極的鋁箔和陰極的電解液分別形成兩個(gè)電極，由陽(yáng)極鋁箔上產(chǎn)生的一層氧化鋁膜做為電介質(zhì)的電容。由于這種結(jié)構(gòu)，使其具有極性，當(dāng)電容正接的時(shí)候，氧化鋁膜會(huì)由于電化反應(yīng)而保持穩(wěn)定，當(dāng)反接的時(shí)候，氧化鋁層會(huì)變薄，使電容容易被擊穿損壞。所以電解電容在電路中必須注意極性。普通的電容是無(wú)極性的，也可以把兩個(gè)電解電容陽(yáng)極或陰極相對(duì)串連形成無(wú)極性電解電容。

1、原理相同。

（1）都是存儲(chǔ)電荷和釋放電荷；

（2）極板上的電壓（這里把電荷積累的電動(dòng)勢(shì)叫電壓）不能突變。

2、介質(zhì)不同。

介質(zhì)是什么東西？說(shuō)穿了就是電容器兩極板之間的物質(zhì)。有極性電容大多采用電解質(zhì)做介質(zhì)材料，通常同體積的電容有極性電容容量大。另外，不同的電解質(zhì)材料和工藝制造出的有極性電容同體積的容量也會(huì)不同。再有就是耐壓和使用介質(zhì)材料也有密切關(guān)系。無(wú)極性電容介質(zhì)材料也很多，大多采用金屬氧化膜、滌綸等。由于介質(zhì)的可逆或不可逆性能決定了有極、無(wú)極性電容的使用環(huán)境。

3、性能不同。

性能就是使用的要求，需求最大化就是使用的要求。如果在電視機(jī)里電源部分用金屬氧化膜電容器做濾波的話，而且要達(dá)到濾波要求的電容器容量和耐壓。機(jī)殼內(nèi)恐怕也就只能裝個(gè)電源了。所以作為濾波只能使用有極性電容，有極性電容是不可逆的。

就是說(shuō)正極必須接高電位端，負(fù)極必須接低電位端。一般電解電容在1微法拉以上，做偶合、退偶合、電源濾波等。無(wú)極性電容大多在1微法拉以下，參與諧振、偶合、選頻、限流、等。當(dāng)然也有大容量高耐壓的，多用在電力的無(wú)功補(bǔ)償、電機(jī)的移相、變頻電源移相等用途上。無(wú)極性電容種類很多，不一一贅述。

4、容量不同。

前面已經(jīng)講過(guò)同體積的電容器介質(zhì)不同容量不等，不一一贅述。

5、結(jié)構(gòu)不同。

原則上講不考慮尖端放電的情況下，使用環(huán)境需要什么形狀的電容都可以。通常用的電解電容（有極性電容）是圓形，方型用的很少。無(wú)極性電容形狀千奇百變。像管型、變形長(zhǎng)方形、片型、方型、圓型、組合方型及圓型等等，看在什么地方用了。當(dāng)然還有無(wú)形的，這里無(wú)形指的就是分布電容。

對(duì)于分布電容在高頻和中頻器件中決不可忽視。功能上是一樣的。主要區(qū)別是在容量上，受材料結(jié)構(gòu)的影響，一般無(wú)極性電容的容量都比較小，一般在10uF以下，而極性電容的容量普遍較大。比如在進(jìn)行電源濾波的時(shí)候，你不得不使用大容量的極性電容。

電路設(shè)計(jì)的一個(gè)基本原則就是要求設(shè)計(jì)者充分了解和掌握現(xiàn)實(shí)中的元器件，所用的元器件盡量是標(biāo)準(zhǔn)件，通用件，最好是市場(chǎng)上最普通的型號(hào)（元器件的通用性越好，采購(gòu)越容易，供貨商產(chǎn)量越大，采購(gòu)成本越低）。對(duì)于圖紙中所用元器件，要是只有定做才能獲得的材料，其成本肯定不低。如果是定做都不能獲得，那這張?jiān)O(shè)計(jì)圖就等同于廢紙。

此外，大電容適合濾除低頻信號(hào)，小電容濾除高頻信號(hào)（原理見(jiàn)電路基礎(chǔ)，容抗與頻率的關(guān)系部分）。不過(guò)退耦僅僅是電容的一個(gè)作用，電容還有其他作用，不同種類的電容特性，用法都有很大差異，原理圖上的電容只是一個(gè)符號(hào)而已，背后的技巧多著呢。這方面跟經(jīng)驗(yàn)很有關(guān)系，不可能速成，只能通過(guò)實(shí)踐慢慢積累。

10

電容器該如何分類呢？

按電容器里面的電介質(zhì)分空氣電容器：用空氣作電介質(zhì)的電容器，如：收音機(jī)里面“調(diào)諧”用的可變電容器。

紙質(zhì)電容器：用一種專用的電容紙做電介質(zhì)的電容器。

電解電容器：用電解質(zhì)作電介質(zhì)的電容器。

云母電容器：用天然的云母作電介質(zhì)的電容。

瓷片電容器：用單層陶瓷材料作電介質(zhì)的電容器。

獨(dú)石電容器：也是用陶瓷材料作電介質(zhì)的電容器，為了解決單層瓷片電容器容量小的缺點(diǎn)，實(shí)際就是用多個(gè)瓷片電容串聯(lián)起來(lái)的電容器。

滌綸功電容器：用尼龍材料作電介質(zhì)的電容器。

鈮電容器：它用金屬鈮［ní］做正極，用稀硫酸等配液做負(fù)極，用鈮表面生成的氧化膜做介質(zhì)制成的一種電容器 。

鉭電容器：是一種用金屬鉭（Ta）作為陽(yáng)極材料而制成的一種電容器。

繞線式電容器：是一種用金屬絲繞在電介質(zhì)上作電極的電容器，可用改變金屬絲的匝數(shù)的辦法來(lái)調(diào)整電極面積大小從而調(diào)整容量的大小。

油浸紙質(zhì)電容器：用一種中性砊物油來(lái)做電介質(zhì)的電容器，多用在電力系統(tǒng)。..。..

按照電容的可調(diào)性分為：固定電容：電容值不變的電容器。

可變電容：可變電容可在一定的容量范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)的電容器。如：收音機(jī)里可以手動(dòng)調(diào)諧選臺(tái)用的那就是可變電容 。

可調(diào)電容：可調(diào)電容（也稱半可變電容）在一定的范圍內(nèi)可調(diào)整的電容器，如：瓷介微雕電容和線繞電容。