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铝电解电容器的基本模型

目录
 1 铝电解电容器的基本模型
 2 铝电解电容器的基本构造
 3 电容器材料的特性
1 铝电解电容器的基本模型
电容器是无源器件, 在各种电容器中,铝电解电容器与其他电容器相比,相同尺寸时,CV值更大,价格更便宜。

电容器的基本模型如图-1所示,静电容量计算式如下: ε : 介电常数
S : 电极板表面积(m2)
d : 两极板间距离=电介质的厚度(m)

从式(1)中可以看出:静电容量与介电常数,极板表面积成正比,与两极板间距离成反比。作为铝电解电容器的电介质氧化膜(Al2O3)的介电常数通常
为8~10,这个值一般不比其他类型的电容器大,但是,通过对铝箔进行蚀刻扩大表面积,并使用电化学的处理得到更薄更耐电压的氧化电介质层,使铝电解电容器可以取得比其他电容器更大的单位面积CV值。

铝电解电容器的等效电路如图-2所示:
铝电解电容器主要构成如下:
 阳极 ⋯铝箔
 电介质⋯阳极铝箔表面形成的氧化膜(Al2O3)
 阴极 ⋯真正的阴极是电解液
其他的组成成分包括浸有电解液的电解纸,和电解液相连的阴极箔。综上所述,铝电解电容器是有极性的非对称构造的元件。两个电极都使用阳极铝箔的是两极性(无极性)电容。

2 铝电解电容器的基本构造
铝电解电容器素子的构造如图-3所示,由阳极箔,电解纸,阴极箔和端子(内外部端子)卷绕在一起含浸电解液后装入铝壳,再用橡胶密封而成。
铝电解电容器、根据制品的形状不同,外部端子的形状,密封
橡胶的材料和构造也不同。如图-4所示

3 电容器材料的特性
铝箔是铝电解电容器主要材料,将铝箔设置为阳极,在电解液中通电后,铝箔的表面会形成氧化膜(Al2O3),此氧化膜的功能为电介质。
如图-5所示,形成氧化膜后的铝箔在电解液中是具有整流特性的金属,被称之为阀金属。

《阳极铝箔》
首先,为了扩大表面积,将铝箔材料置于氯化物水溶液中进行电化学蚀刻。然后,在硼酸铵溶液中施加高于额定电压的电压后,在铝箔表面形成电介质氧化层(Al2O3),这个电介质层是很薄很致密的氧化膜,大概1.1~1.5nm/vot , 绝缘电阻大约为108 ~ 109Ω/m。氧化层的厚度和耐压成正比。为了增加扩大表面积的效率,根据额定电压的不同,而蚀刻形状也不同。(如图-6)
《阴极铝箔》
同阳极箔一样,阴极铝箔同样有蚀刻的程序,但是没有氧化的程序。因此,阴极铝箔表面只有少量的自然氧化形成的(Al2O3),能承受的电压只有0.5V左右。



《电解液》
电解液是由离子导电的液体,是真正意义上的阴极,起着连接阳极铝箔表面电介质层的作用。而阴极铝箔类似集电极一样起着连接真正阴极和内部电路的作用。电解液是决定电容器特性(温度特性,频率特性,使用寿命等)的关键材料。
《电解纸》
电解纸主要起着均衡电解液的分布并保持阴极箔和阳极箔间隔的作用。
《铝壳和封口材料》
铝壳和由橡胶制成的封口材料主要作用是保持电容器气密性。

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