电子电路基础 - 极化电容器

简述

极化电容器是具有特定正极性和负极性的电容器。在电路中使用这些电容器时，应始终注意它们以完美的极性连接。下图显示了极化电容器的分类。

让我们从电解电容器开始讨论。

电解电容器是通过名称表明其中使用了一些电解质的电容器。它们是具有特定极性的阳极 (+) 和阴极 (-) 的极化电容器。

通过阳极氧化在其上形成绝缘氧化层的金属称为阳极。覆盖氧化物层表面的固体或非固体电解质起到阴极的作用。电解电容器具有比其他电容器高得多的电容电压 (CV) 值，因为它们具有较大的阳极表面和薄的介电氧化层。

铝电解电容器是电解电容器中最常见的类型。在这些产品中，带有蚀刻表面的纯铝箔充当阳极。一层薄薄的金属，其厚度为几微米，用作扩散屏障，位于两种金属之间以电分离。因此，扩散势垒充当电介质。电解质充当覆盖氧化层粗糙表面的阴极。

下图显示了可用的不同尺寸铝电解电容器的图像。

根据电解液的不同，有三种类型的铝电解电容器。他们是 -

这些铝电解电容器的主要优点是，即使在电源频率下它们也具有低阻抗值，而且它们更便宜。这些主要用于电源电路、SMPS（开关模式电源）和DC-DC 转换器。

这些是另一种类型的电解电容器，其阳极由钽制成，其上形成了非常薄的绝缘氧化层。该层充当电介质，电解质充当覆盖氧化物层表面的阴极。

下图显示了钽电容的外观。

钽提供高介电常数介电层。钽具有较高的单位体积电容和较轻的重量。但这些电容比铝电解电容器更昂贵，因为钽经常无法获得。

铌电解电容器是另一种类型的电解电容器，其中钝化的铌金属或一氧化铌被视为阳极，并在阳极上添加绝缘的五氧化二铌层，使其充当电介质。固体电解质放置在充当阴极的氧化物层的表面上。下图显示了铌电容器的外观。

铌电容器通常以 SMD（表面贴装器件）片式电容器的形式提供。这些很容易安装在 PCB 中。这些电容器应以完美的极性运行。任何高于规定的反向电压或纹波电流最终都会破坏电介质和电容器。

电容值远高于其他电容器的高容量电化学电容器称为超级电容器。这些可以归类为介于电解电容器和可充电电池之间的组。这些也称为超级电容器。

这些电容器有很多优点，例如 -

这些电容器有许多应用，例如 -

超级电容器的类型有双层、伪和混合。

双层电容器是静电电容器。根据双层原理在这些电容器中进行电荷沉积。

这种双层现象也称为亥姆霍兹双层。下图说明了双电层现象的过程，即电容器充电时和放电时。

这些电容器简称为双电层电容器 (EDLC)。他们使用碳电极来实现导电电极表面和电解质之间的电荷分离。碳充当电介质，另外两个充当阳极和阴极。电荷分离比传统电容器小得多。

这些电容器遵循用于电荷沉积的电化学过程。这也称为法拉第过程。在电极处，当某些化学物质还原或氧化时，会产生一些电流。在此过程中，这些电容器通过电极和电解质之间的电子转移来存储电荷。这就是伪电容的工作原理。

它们的充电速度要快得多，并且可以像电池一样存储电量。它们以更快的速度运行。这些与电池一起使用以提高寿命。这些在电网应用中用于处理功率波动。

混合电容器是 EDLC 和伪电容器的组合。在混合电容器中，活性炭用作阴极，预掺杂碳材料用作阳极。锂离子电容器是这种类型的常见示例。下图显示了不同类型的混合电容器。

它们在 -55°C 至 200°C 的广泛温度变化范围内具有很高的耐受性。混合电容器也用于机载应用。虽然成本很高，但这些电容器非常可靠且紧凑。它们坚固耐用，可以承受来自环境的极端冲击、振动和压力。混合电容器比任何电解电容器具有更高的能量密度和更高的比功率。