基礎電子學 - 極性電容器

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極性電容器是指具有特定正負極性的電容器。在電路中使用這些電容器時，應始終注意將其連線在**正確的極性**上。下圖顯示了極性電容器的分類。

讓我們從電解電容器開始討論。

電解電容器

電解電容器顧名思義，其內部使用了電解質。它們是極性電容器，具有陽極（+）和陰極（-），並具有特定的極性。

透過陽極氧化形成**絕緣氧化物層**的金屬稱為**陽極**。覆蓋氧化物層表面的固體或非固體**電解質**充當**陰極**。由於陽極表面積較大且介電氧化物層較薄，因此電解電容器的**電容-電壓（CV）值**比其他電容器高得多。

鋁電解電容器

鋁電解電容器是電解電容器中最常見的型別。在這些電容器中，具有蝕刻表面的純**鋁箔**充當**陽極**。厚度為幾微米的薄金屬層充當**擴散阻擋層**，放置在兩種金屬之間以進行電隔離。因此，擴散阻擋層充當**介電層**。**電解質**充當**陰極**，覆蓋氧化物層的粗糙表面。

下圖顯示了各種尺寸的鋁電解電容器。

根據電解質的不同，鋁電解電容器有三種類型：-

• 溼式鋁電解電容器（非固體）
• 二氧化錳鋁電解電容器（固體）
• 聚合物鋁電解電容器（固體）

這些鋁電解電容器的主要優點是，即使在電源頻率下，它們也具有**低阻抗**值，並且價格更便宜。它們主要用於**電源電路、SMPS**（開關電源）和**DC-DC 轉換器**中。

鉭電解電容器

這是一種電解電容器，其**陽極**由**鉭**製成，在其上形成了非常薄的絕緣**氧化物層**。該層充當**介電層**，而**電解質**充當陰極，覆蓋氧化物層表面。

下圖顯示了鉭電容器的外觀。

鉭提供高介電常數的介電層。鉭具有較高的單位體積電容和較輕的重量。但由於鉭的供應不穩定，因此它們比鋁電解電容器更昂貴。

鈮電解電容器

鈮電解電容器是另一種型別的電解電容器，其中鈍化的鈮金屬或氧化鈮被認為是陽極，並在陽極上添加了絕緣的五氧化二鈮層，使其充當介電層。固體電解質鋪設在氧化物層表面，充當陰極。下圖顯示了鈮電容器的外觀。

鈮電容器通常以 SMD（表面貼裝器件）晶片電容器的形式提供。它們易於安裝在印刷電路板上。這些電容器應在正確的極性下工作。任何高於指定值的反向電壓或紋波電流最終都會**破壞介電層**以及電容器本身。

超級電容器

具有比其他電容器高得多的電容值的電化學高容量電容器稱為**超級電容器**。它們可以歸類為介於電解電容器和可充電電池之間的一組電容器。它們也稱為**超級電容**。

這些電容器具有許多優點，例如：-

• 它們具有高電容值。
• 它們可以更快地儲存和釋放電荷。
• 它們可以承受更多充放電迴圈。

這些電容器有許多應用，例如：-

• 它們用於汽車、公共汽車、火車、電梯和起重機。
• 它們用於再生制動。
• 它們用於記憶體備份。

超級電容器的型別有雙層、贗電容和混合型。

雙層電容器

雙層電容器是靜電電容器。這些電容器的電荷沉積是根據雙層原理進行的。

• 所有固體物質在置於液體中時，其表面層都會帶負電。

• 這是由於液體的介電常數較高。

• 所有正離子都會靠近固體材料的表面形成一層“皮”。

• 隨著距離的增加，正離子在固體材料附近的沉積會變得更鬆散。

• 由於陰離子和陽離子的沉積，在此表面產生的電荷導致一定的電容值。

這種雙層現象也稱為亥姆霍茲雙層。下圖說明了電容器充電和放電時雙層現象的過程。

這些電容器簡稱為電化學雙層電容器（EDLC）。它們使用碳電極來實現導電電極表面和電解質之間的電荷分離。碳充當介電層，另外兩個充當陽極和陰極。電荷分離比傳統電容器小得多。

贗電容器

這些電容器遵循**電化學**過程來沉積電荷。這也被稱為**法拉第過程**。當某些化學物質在電極上還原或氧化時，會產生一些電流。在此過程中，這些電容器透過電極和電解質之間的電子轉移來儲存電荷。這是贗電容器的工作原理。

它們充電速度更快，並且可以像電池一樣儲存電荷。它們以更快的速度執行。它們與電池串聯使用以延長使用壽命。它們用於電網應用中以處理功率波動。

混合電容器

混合電容器是 EDLC 和贗電容器的組合。在混合電容器中，活性炭用作陰極，預摻雜的碳材料用作陽極。鋰離子電容器是這種型別的常見示例。下圖顯示了不同型別的混合電容器。

它們在-55°C 到 200°C 的寬溫度範圍內具有高耐受性。混合電容器也用於航空應用。儘管成本較高，但這些電容器具有很高的可靠性和緊湊性。它們堅固耐用，可以承受來自環境的極端衝擊、振動和壓力。混合電容器比任何電解電容器都具有更高的能量密度和更高的比功率。