基础电子学 - 极化电容器

极化电容器是具有特定正极性和负极性的电容器。在电路中使用这些电容器时，应始终注意它们的极性正确连接。下图为有极性电容的分类。

让我们从电解电容器开始讨论。

电解电容器

电解电容器是从名称上就可以看出其中使用了某种电解质的电容器。它们是极化电容器，具有具有特定极性的阳极（+）和阴极（-）。

通过阳极氧化形成绝缘氧化层的金属称为阳极。覆盖氧化物层表面的固体或非固体电解质起到阴极的作用。由于电解电容器具有较大的阳极表面和较薄的电介质氧化层，因此电解电容器的电容电压 (CV) 值比其他电容器高得多。

铝电解电容器是电解电容器中最常见的类型。在这些中，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实现电隔离。因此，扩散势垒充当电介质。电解质充当覆盖氧化物层的粗糙表面的阴极。

下图显示了可用的不同尺寸的铝电解电容器的图像。

根据电解液的不同，铝电解电容器可分为三种类型。他们是 -

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，并且更便宜。这些主要用于电源电路、SMPS（开关模式电源）和DC-DC 转换器。

这是另一种类型的电解电容器，其阳极由钽制成，其上形成非常薄的绝缘氧化物层。该层充当电介质，电解质充当覆盖氧化物层表面的阴极。

下图显示了钽电容器的外观。

钽提供高介电常数介电层。钽具有较高的单位体积电容和较低的重量。但由于钽经常缺货，这些电容器比铝电解电容器更昂贵。

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一氧化铌被视为阳极，并在阳极上添加绝缘五氧化二铌层，使其充当电介质。固体电解质放置在氧化物层的表面上，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）片式电容器的形式提供。它们可以轻松安装在 PCB 中。这些电容器应以完美的极性运行。任何高于规定值的反向电压或纹波电流最终都会损坏电介质和电容器。

电容值远高于其他电容器的高容量电化学电容器被称为超级电容器。这些可以归类为介于电解电容器和可充电电池之间的一组。这些也称为超级电容器。

这些电容器有很多优点，例如 -

这些电容器有许多应用，例如 -

超级电容器的类型有双层超级电容器、伪超级电容器和混合超级电容器。

双层电容器是静电电容器。这些电容器中的电荷沉积是根据双层原理完成的。

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

这些电容器简称为双电层电容器（EDLC）。他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。碳充当电介质，另外两个充当阳极和阴极。电荷分离比传统电容器小得多。

这些电容器遵循电化学过程来沉积电荷。这也称为法拉第过程。在电极处，当某些化学物质还原或氧化时，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。这就是赝电容的工作原理。

它们的充电速度更快，并且存储的电量与电池一样多。它们的运行速度更快。它们与电池一起使用以延长使用寿命。它们在电网应用中用于处理功率波动。

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，预掺杂碳材料用作阳极。锂离子电容器是此类的常见示例。下图显示了不同类型的混合电容器。

它们在 -55°C 至 200°C 的广泛温度变化范围内具有高耐受性。混合电容器也用于机载应用。尽管成本较高，但这些电容器高度可靠且紧凑。它们坚固耐用，可以承受环境中的极端冲击、振动和压力。混合电容器比任何电解电容器具有更高的能量密度和更高的比功率。