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深入了解鋁電解電容:結(jié)構(gòu)與性能

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鋁電容是屬于“電解”電容家族的器件。因此,它們以相對較低的成本在小封裝中提供高電容值。為了換取這些理想的品質(zhì),它們的電氣性能和使用壽命往往相對較差。盡管鋁電容不適用于信號相關(guān)應(yīng)用(除了最野蠻的信號應(yīng)用),但它是直流電源相關(guān)功能的主要材料。有三種不同的類型可用;標(biāo)準(zhǔn)鋁電解電容,該類型的雙極變體,以及包含鋁-聚合物電容的新類型。將該系列稱為“鋁電容”而不是“鋁電解電容”是對后一種不包含傳統(tǒng)液體電解質(zhì)的器件類型的致敬。

鋁電容的結(jié)構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)鋁電解電容由兩張高純度鋁箔組成,由一種間隔材料(如吸飽電解質(zhì)溶液的紙)交錯隔開。這些箔片通常在微觀水平上蝕刻,以增加其有效表面積,比箔片保持光滑的情況下增加幾百倍。

在其中一個箔片上(在標(biāo)準(zhǔn)鋁電解電容中),通過含氧電解質(zhì)溶液對箔施加電壓,形成一層氧化鋁,作為電容的介電材料。這樣做會導(dǎo)致電解液中的氧氣與鋁箔表面結(jié)合,形成一層氧化層,其厚度與形成過程中施加的電壓成正比,并由要生產(chǎn)的電容的預(yù)期工作電壓決定。通常情況下,這種氧化層的厚度約為1微米,即0.00004英寸。

底層的未氧化金屬形成鋁電解電容的一個電極。另一個電極不是第二張箔片,而是電解質(zhì)溶液。在標(biāo)準(zhǔn)的鋁電解電容中,第二層箔片沒有刻意形成的氧化層,只是用來與電解液進(jìn)行電接觸,因為很難將液體焊接到電路板上……在雙極電容中,在兩片鋁片上形成氧化層,從而形成一個有效的兩個電容反串聯(lián)連接的器件。

因為電解質(zhì)是一種流體(除了鋁聚合物電容,它是一種導(dǎo)電聚合物材料),它能夠符合蝕刻和氧化箔片的微觀結(jié)構(gòu),導(dǎo)致電容的兩個電極之間有很大的面積。由于介質(zhì)材料(氧化鋁)相當(dāng)薄,因此最終的結(jié)果是具有高值的電容;根據(jù)電容基本方程,電容的增加與電極面積成正比,與電極分離距離/介電厚度成反比。引線連接到箔片上,組件被纏繞,折疊或以其他方式形成以適合容器(通常也由鋁制成),組件使用橡膠密封塞密封。

由于故障情況可能導(dǎo)致內(nèi)部壓力積聚,大多數(shù)鋁電容還包括以相對安全的方式排出這種壓力的規(guī)定。在較大的裝置中,為此目的通常使用專用的機構(gòu),而較小的裝置則通過仔細(xì)設(shè)計橡膠密封塞和/或在容器上刻痕來實現(xiàn)保護(hù)性排氣功能,以便在產(chǎn)生過量內(nèi)部壓力時,容器以相對可控的方式破裂。

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