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電解電容

發(fā)布時(shí)間:2022-06-14 來源:TsinghuaJoking 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】在博文 基于光耦的LED振蕩電路[1] 介紹了一款基于光耦的多諧振蕩電路,對(duì)于光耦前向耦合電流增益的特性進(jìn)行了討論。博文分別被公眾號(hào) TSINGHUAZHUOQING[2] 與 電子工程專輯[3] 轉(zhuǎn)載。


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01 電路中錯(cuò)誤


在博文 基于光耦的LED振蕩電路[1] 介紹了一款基于光耦的多諧振蕩電路,對(duì)于光耦前向耦合電流增益的特性進(jìn)行了討論。博文分別被公眾號(hào) TSINGHUAZHUOQING[2] 與 電子工程專輯[3] 轉(zhuǎn)載。


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▲ 圖1.1  光耦振蕩器及其電路

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在 電子工程專輯[2]的留言中,有讀者對(duì)于電路圖中電解電容C1的極性提出了疑問。圖中,C1的正極連接在光耦的PIn1,負(fù)極連接在光耦Pin3。X


●   Coffee:

??

電路原理圖錯(cuò)誤,C1電解電容接反了,正確應(yīng)該是正極接反饋光耦第3腳,負(fù)極接第2腳,接反了的話電容會(huì)一直反偏近似短路二極管常亮,光耦發(fā)熱會(huì)很嚴(yán)重。看實(shí)物動(dòng)圖,一般光耦原點(diǎn)位是第一腳,電容接法也是反的,不知道為什么能閃。電路剛實(shí)搭了一個(gè)測(cè)試過。


●   北緯30度:

??

電解電容上電壓怎么是負(fù)的,電解電容不是不能為負(fù)嗎?


●   北緯30度:

??

是啊,我也覺得電解電容如果這樣接電壓為負(fù),不符合電解電容用法。

??

按照基于光耦的LED振蕩電路[1]顯示電路中各點(diǎn)的電壓波形來看,的確電容C1的極性呈現(xiàn)反向,也就是它的負(fù)極性的電壓始終比起正極要高。


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▲ 圖1.2 示波器顯示電路中各部分的電壓波形

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那么問題來了:對(duì)于電解電容在應(yīng)用過程中需要避免施加的電壓極性出錯(cuò),但為什么在實(shí)驗(yàn)中,電容的極性反了,但電路工作確很正常呢?而且電容似乎也沒有什么損壞的樣子?


02 反極性電壓


2.1 電解電容結(jié)構(gòu)


之所以不能將電解電容上施加的電壓極性調(diào)換,是因?yàn)槠鋬?nèi)部結(jié)構(gòu)使然。在普通的鋁電解電容中,有一層專門處理過的鋁膜作為陽極,通過腐蝕使得陽極鋁箔表面表的粗糙,并且覆蓋了一層氧化膜。粗糙的表面增加了電容極板的面積,薄薄的氧化膜充當(dāng)電容極板之間的絕緣介電材料。


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▲ 圖1.3  電解電容內(nèi)部的結(jié)構(gòu)

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除此之外外還有另外一層它連同電解液充當(dāng)電容的陰極。浸滿電解液的絕緣紙可以有效防止陰極和陽極短路,并飽含電解液。

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在施加正確極性的電壓時(shí),作為絕緣層的氧化膜很穩(wěn)定,而且還具有自愈功能,破損的氧化膜會(huì)自動(dòng)形成修復(fù)。

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在施加反向極性電壓后,氧化膜會(huì)在電化學(xué)作用下被溶解,最先破損的部分就會(huì)導(dǎo)致短路并使得電解氣化,溫度上升,最終導(dǎo)致電容損壞。


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▲ 圖2.1.2 電解電容內(nèi)部的兩個(gè)電極


2.2 為什么電容不立即損壞?


那么前面電路中的電解電容,命名在施加了反向電壓之后,為什么電路還能夠繼續(xù)使用,并且電容似乎也沒有任何損壞的現(xiàn)象呢?

??

根據(jù)網(wǎng)頁 Does an electrolytic capacitor degrade each time it receives reverse voltage?[4] 中的討論,可以看到電解電容之所以沒有立即損壞,原因有:


●   反向極性破壞電容氧化膜的過程相對(duì)比較緩慢,所以短時(shí)間極性相反電壓電容還是能夠正常工作;

●   鋁電解電容的氧化膜能夠抵抗 1 ~ 1.5V的反向電壓;在溫度高的時(shí)候,容忍反向電壓降低;

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因此,一個(gè)電解電容施加反向極性電壓,如果還沒有損毀,要么別著急,是因?yàn)闀r(shí)間還沒到;要么就是施加的反向電壓太小。


03 開膛破腹


如果手邊恰好有一個(gè)無辜的電解電容,一把鋒利的斜口鉗也在旁邊冷笑。但凡能動(dòng)手絕不瞎嗶嗶的你就會(huì)將電容開膛破腹,一探究竟。

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打開電容,解開捆卷在一起的鋁膜和過濾紙。從結(jié)構(gòu)上來看與所了解到的鋁電解電容是一致的。但還是有少許的不同:


●   從外觀上來看,正負(fù)兩極的鋁板大體相似,看不出太大的差別;

●   正極的鋁箔顯得較厚,負(fù)極的鋁膜薄,偏軟。


15.jpg

▲ 圖3.1 開膛破腹的電解電容

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如果使用萬用表測(cè)量?jī)蓚€(gè)鋁箔的表面,所得到的阻值都是0。說好的絕緣氧化層呢?原來在這種低壓電解電容里,絕緣氧化層非常薄,它們很容易就被破壞掉。

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如果將電解電容施加長(zhǎng)久的反向電壓,等它徹底損壞爆破之后,再觀察兩個(gè)鋁箔外觀會(huì)有什么變化嗎?

??

這的確是一個(gè)好的主意,不過手邊的電容恰好沒有了。等找到好的電容再測(cè)試一下吧。


參考資料


[1] 基于光耦的LED振蕩電路: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/122304815

[2] TSINGHUAZHUOQING: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5NjQyNjc2NQ==&mid=2452246549&idx=1&sn=f26c3c574d57c8154d71deeac6afe497&chksm=876ebe77b0193761e7f0728f5cf4c54e9b1f420526df16feca5d90241e4489bde2c7645e06dc&token=730357272&lang=zh_CN#rd

[3] 電子工程專輯: https://mp.weixin.qq.com/s/i97TieHuaCCMlMWmhaIx0A

[4] Does an electrolytic capacitor degrade each time it receives reverse voltage?: https://electronics.stackexchange.com/questions/161548/does-an-electrolytic-capacitor-degrade-each-time-it-receives-reverse-voltage



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