基础电子学 - 极性电容器

---

---

极性电容器是指具有特定正负极性的电容器。在电路中使用这些电容器时，应始终注意将其连接在**正确的极性**上。下图显示了极性电容器的分类。

让我们从电解电容器开始讨论。

电解电容器

电解电容器顾名思义，其内部使用了电解质。它们是极性电容器，具有阳极（+）和阴极（-），并具有特定的极性。

通过阳极氧化形成**绝缘氧化物层**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**充当**阴极**。由于阳极表面积较大且介电氧化物层较薄，因此电解电容器的**电容-电压（CV）值**比其他电容器高得多。

铝电解电容器

铝电解电容器是电解电容器中最常见的类型。在这些电容器中，具有蚀刻表面的纯**铝箔**充当**阳极**。厚度为几微米的薄金属层充当**扩散阻挡层**，放置在两种金属之间以进行电隔离。因此，扩散阻挡层充当**介电层**。**电解质**充当**阴极**，覆盖氧化物层的粗糙表面。

下图显示了各种尺寸的铝电解电容器。

根据电解质的不同，铝电解电容器有三种类型：-

• 湿式铝电解电容器（非固体）
• 二氧化锰铝电解电容器（固体）
• 聚合物铝电解电容器（固体）

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，并且价格更便宜。它们主要用于**电源电路、SMPS**（开关电源）和**DC-DC 转换器**中。

钽电解电容器

这是一种电解电容器，其**阳极**由**钽**制成，在其上形成了非常薄的绝缘**氧化物层**。该层充当**介电层**，而**电解质**充当阴极，覆盖氧化物层表面。

下图显示了钽电容器的外观。

钽提供高介电常数的介电层。钽具有较高的单位体积电容和较轻的重量。但由于钽的供应不稳定，因此它们比铝电解电容器更昂贵。

铌电解电容器

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氧化铌被认为是阳极，并在阳极上添加了绝缘的五氧化二铌层，使其充当介电层。固体电解质铺设在氧化物层表面，充当阴极。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）芯片电容器的形式提供。它们易于安装在印刷电路板上。这些电容器应在正确的极性下工作。任何高于指定值的反向电压或纹波电流最终都会**破坏介电层**以及电容器本身。

超级电容器

具有比其他电容器高得多的电容值的电化学高容量电容器称为**超级电容器**。它们可以归类为介于电解电容器和可充电电池之间的一组电容器。它们也称为**超级电容**。

这些电容器具有许多优点，例如：-

• 它们具有高电容值。
• 它们可以更快地存储和释放电荷。
• 它们可以承受更多充放电循环。

这些电容器有许多应用，例如：-

• 它们用于汽车、公共汽车、火车、电梯和起重机。
• 它们用于再生制动。
• 它们用于内存备份。

超级电容器的类型有双层、赝电容和混合型。

双层电容器

双层电容器是静电电容器。这些电容器的电荷沉积是根据双层原理进行的。

• 所有固体物质在置于液体中时，其表面层都会带负电。

• 这是由于液体的介电常数较高。

• 所有正离子都会靠近固体材料的表面形成一层“皮”。

• 随着距离的增加，正离子在固体材料附近的沉积会变得更松散。

• 由于阴离子和阳离子的沉积，在此表面产生的电荷导致一定的电容值。

这种双层现象也称为亥姆霍兹双层。下图说明了电容器充电和放电时双层现象的过程。

这些电容器简称为电化学双层电容器（EDLC）。它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。碳充当介电层，另外两个充当阳极和阴极。电荷分离比传统电容器小得多。

赝电容器

这些电容器遵循**电化学**过程来沉积电荷。这也被称为**法拉第过程**。当某些化学物质在电极上还原或氧化时，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。这是赝电容器的工作原理。

它们充电速度更快，并且可以像电池一样存储电荷。它们以更快的速度运行。它们与电池串联使用以延长使用寿命。它们用于电网应用中以处理功率波动。

混合电容器

混合电容器是 EDLC 和赝电容器的组合。在混合电容器中，活性炭用作阴极，预掺杂的碳材料用作阳极。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 到 200°C 的宽温度范围内具有高耐受性。混合电容器也用于航空应用。尽管成本较高，但这些电容器具有很高的可靠性和紧凑性。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都具有更高的能量密度和更高的比功率。