1、電容器的基本原理
電容器的基本原理可以用圖1來描
1、電容器的基本原理
電容器的基本原理可以用圖1來描述
當(dāng)在兩個(gè)正對的金屬電極上施加電壓時(shí),電荷將據(jù)電壓的大小被儲存起來
Q=CV圖1
Q:電量( C )
V:電壓(V )
C:電容量(F)
C:電容器的電容量,可以由電極面積S [m2],介質(zhì)厚度t [m]以及相對介電常數(shù)ε來表示
C[F]= ε0·ε·S/t
ε0:介質(zhì)在真空狀態(tài)下的介電常數(shù)(=8.85x10-12 F/M)
鋁氧化膜的相對介電常數(shù)為7~8,要想獲得更大的電容,可以通過增加表面積S或者減少其厚度t來獲得。
表1列出了電容器中常用的幾種典型的介質(zhì)的相對介電常數(shù),在很多情況下,電容器的命名通常是根據(jù)介質(zhì)所使用的材料來決定的,例如:鋁電解電容器、鉭電容器等。
表1
介質(zhì)
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相對介電常數(shù)
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介質(zhì)
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相對介電常數(shù)
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鋁氧化膜
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7 ~ 8
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陶瓷
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10~120
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薄膜樹脂
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3.2
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聚苯乙烯
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2.5
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云母
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6 ~ 8
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鉭氧化膜
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10 ~20
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雖然鋁電解電容器非常小,但它具有相對較大的電容量,因?yàn)槠渫ㄟ^電化學(xué)腐蝕后,電極箔的表面積被擴(kuò)大了,并且它的介質(zhì)氧化膜非常薄。
圖2形象地描述了鋁電解電容器的基本組成。
圖2
2、電容器的等效電路
電容器的等效電路圖可由下圖2表示
圖2
R1:電極和引出端子的電阻
R2:陽極氧化膜和電解質(zhì)的電阻
R3:損壞的陽極氧化膜的絕緣電阻
D1:具有單向?qū)щ娦缘年枠O氧化膜
C1:陽極箔的容量
C2:陰極箔的容量
L :電極及引線端子等所引起的等效電感量
3、基本的電性能
3-1 電容量
電容器的由測量交流容量時(shí)所呈現(xiàn)的阻抗決定。交流電容量隨頻率、電壓以及測量方法的變化而變化。鋁電解電容器的容量隨頻率的增加而減小。
和頻率一樣,測量時(shí)的溫度對電容器的容量有一定的影響。隨著測量溫度的下降,電容量會變小。
另一方面,直流電容量,可通過施加直流電壓而測量其電荷得到,在常溫下容量比交流稍微的大一點(diǎn),并且具有更優(yōu)越的穩(wěn)定特性。
3-2 Tan δ(損耗角正切)
在等效電路中,串聯(lián)等效電阻ESR同容抗1/ wC之比稱之為Tan δ,其測量條件與電容量相同。
tan δ =RESR/ (1/wC)= wC RESR
其中:RESR=ESR(120 Hz)
w=2πf
f=120Hz
tan δ隨著測量頻率的增加而變大,隨測量溫度的下降而增大。
阻抗(Z):
在特定的頻率下,阻礙交流電通過的電阻就是所謂的阻抗(Z)。它與容量以及電感密切相關(guān),并且與等效串聯(lián)電阻ESR也有關(guān)系。具體表達(dá)式如下:
其中:Xc=1/ wC=1/ 2πfC
XL=wL=2πfL
漏電流:
電容器的介質(zhì)對直流電具有很大的阻礙作用。然而,由于鋁氧化膜介質(zhì)上浸有電解液,在施加電壓時(shí),重新形成以及修復(fù)氧化膜的時(shí)候會產(chǎn)生一種很小的稱之為漏電流的電流,剛施加電壓時(shí),漏電流較大,隨著時(shí)間的延長,漏電流會逐漸減小并最終保持穩(wěn)定。
漏電流隨時(shí)間變化特征圖
測試溫度和電壓對漏電流具有很大的影響。漏電流會隨著溫度和電壓的升高而增大。
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