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深入了解鋁電解電容:結構與性能

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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,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應用(除了最野蠻的信號應用),但它是直流電源相關功能的主要材料。有三種不同的類型可用;標準鋁電解電容,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)液體電解質的器件類型的致敬。

鋁電容的結構

標準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(在標準鋁電解電容中),通過含氧電解質溶液對箔施加電壓,形成一層氧化鋁,作為電容的介電材料。這樣做會導致電解液中的氧氣與鋁箔表面結合,形成一層氧化層,其厚度與形成過程中施加的電壓成正比,并由要生產的電容的預期工作電壓決定。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,而是電解質溶液。在標準的鋁電解電容中,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連接的器件。

因為電解質是一種流體(除了鋁聚合物電容,它是一種導電聚合物材料),它能夠符合蝕刻和氧化箔片的微觀結構,導致電容的兩個電極之間有很大的面積。由于介質材料(氧化鋁)相當薄,因此最終的結果是具有高值的電容;根據電容基本方程,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致內部壓力積聚,大多數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,而較小的裝置則通過仔細設計橡膠密封塞和/或在容器上刻痕來實現保護性排氣功能,以便在產生過量內部壓力時,容器以相對可控的方式破裂。

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