电解电容器的特点是容量较大,两引出线有正、负极性,这是由于它的特殊构造所决定的。
电解电容器按正极板使用的金属材料可分为铝电解电容器、钽电解电容器、铌电解电容器等。电解电容器是有极性电容,以铝电解电容器为例,它的正极板用铝箔,将其在电解池中作阳极氧化处理,表面生成一层三氧化二铝薄膜,用这层氧化膜作两极板间的介质;负极是浸过中性电解质溶液的特殊纸,通过原态铝箔接上引线导出(图1a);按其中心轴卷起,加以密封封装,就构成了铝电解电容器在(图1b)。为了保持电解质溶液不泄漏,不干涸,采用铝外壳封装,下端口用橡胶塞密封(图1c)。电解电容两极板之所以有极性,是由于正极板在电解池中作阳极氧化处理时,表面生成的三氧化二铝薄膜具有单方向导电性。当正极接高电位,负极接低电位时,介质层呈绝缘态;当正极接低电位,负极接高电位,介质层呈导通态。在使用时,两引线极性不能接反;极性反接后,介质层导通,较大的电流会使介质迅速升温,加速化学反应,电解质溶液中的水分大量挥发,体积骤增,使电容器爆炸或很快将氧化膜击穿。钽电解电容器和铌电解电容器都有与铝电解电容器相似的构造,正极板有相似的氧化膜——五氧化二钽或五氧化二铌作介质,氧化膜也具有单方向导电性;但使用的电解质有区别。由于材料和构造上的区别,钽电解电容器、铌电解电容器的性能优于铝电解电容器,它们的温度特性好、漏电流小、寿命长、体积小、稳定性好,但价格较高。电解电容器的正极板是用特殊氧化方法处理过的金属箔,由于处理后表面凹凸不平,增大了表面积,这就是电解电容器容量能做得较大的原因所在。

电容器的一些主要参数都标注在外壳上,如:两条引线的正负极性、电容容量、耐压、工作温度等。电解电容器的耐压,表示使用中能长期连续可靠地工作,不被击穿,所能承受的最大直流电压,也就是正极板上氧化层所能耐受的极限电压,超过此电压电容器将被击穿。在电解电容器的外壳上标有使用环境温度,使用中环境温度不要超过此值,在设计印制板时,应考虑电解电容器要远离发热元件,以防电容器的老化或温度过高发生爆裂等。例如:远离电源变压器、大功率电阻、整流元件、集成稳压器、大功率管等。选用电解电容器时,要注意选择它的耐压值。以图2电路为例,若变压器次级电压V\(_{2}\)为20V,经全桥整流后,采用电容滤波。此时电解电容器耐压值不能以变压器次级电压V2作标准,V\(_{2}\)是交流电压的有效值,整流滤波后,输出电压的平均值很接近变压器次级交流电压V2有效值的1.2~1.4倍,如果负载较轻时,电压的最高值可达20×1.4=28V,所以,选取耐压值要以交流电压V\(_{2}\)的最大值为标准。

电解电容器在使用前,先用万用表粗略测量,选取正向绝缘电阻较大,指针摆幅适当(容量够大)的。那些存放时间较长的铝电解电容器,氧化膜会逐渐变薄,绝缘电阻下降,漏电流增加(无法推测时间长短的电解电容器,也应按存放时间较长的来对待),这时可将铝电解电容器作一次低压充电,以修复变薄了的氧化膜。具体做法是:用一台输出电压为1.25V~35V连续可调的直流稳压电源(对耐压在35V以上的电解电容充电时,再备输出电压较高的直流电源)。自制夹持铝电解电容器的夹具,将准备修复的铝电解电容器若干只(一次不宜过多,最好5只左右,以便于检查),全部夹在夹具上,用导线接通直流稳压电源,电源电压先取2V,打开总电源开关,用万用表直流电压挡监测直流电压,在低压下充电30分钟以上,并用手感觉一下每只电容器的温升情况,如有温度较高温升较快者,要从夹具上拿下,另作处理;此后,电源电压每升高1V,充电20分钟,继续监测电压和电容温升情况;如此进行,直至电源电压升至10V;如果电解电容器耐压为16V、25V、35V,再按电源电压每上升5V,充电5分钟的新规律,达到耐压值后,再充电5分钟即可。对耐压较低的电容器,如3V、6.3V和10V的,要根据情况另行处理。低压充电修复完成后,关掉电源,将电解电容器放电,从夹具上全部取下,再用万用表检测一次绝缘电阻和容量,一般会比低压充电修复前好得多。如经低压充电后,漏电流仍然较大、容量不足或在充电修复过程中温度较高、温升较快者只好报废。
铝电解电容器在电路中主要用作电源滤波、退耦电路、低频级间耦合和低频旁路等。由于铝电解电容器容量误差较大,漏电流大,温度特性较差,在一些重要电路中(如级间耦合要求较高或脉冲锯齿波电路中),应使用钽电解电容器或铌电解电容器。由于铝电解电容器容量较大,由它带来的附加感抗是不容乎视的。这是由于大容量的铝电解电容器,两极板的铝箔很长,卷绕起来后,所形成的附加电感也较大。以电源电路为例(图2),电路中存在的杂散高频干扰和一些高次谐波成分,直接影响着直流稳压电源的多项指标,甚至产生自激振荡,危及到稳压集成电路的“安全”,所以滤除高频干扰和高次谐波成分显得十分重要。在实际电路中,大容量电容器的附加感抗与容抗串联,对高频将产生很强的阻碍作用(频率越高,阻碍作用越大)。假定3300μF的铝电解电容器自身的电感量为1mH(此数值是为了计算简便而假设的,并不代表实际情况),高频成分频率假设为50kHz,那么感抗X\(_{L}\)=2πfL=2π×50000×0.001=314.2Ω。可见,大电容对高频干扰和高次谐波成分的阻碍作用很强,滤波效果并不好;为了滤除高频干扰和高次谐波,需要在电解电容器上并联容量较小的电容,用来提供一条高频阻抗较小的通路。这就是电源滤波和退耦电路中,除大容量电解电容器外,再并联几只容量较小的无极性电容的原因,容量在0.01~0.68μF之间。设高频成分频率为50kHz,取电容量为0.68μF,则Xc=1/2πfc=1/2π×50000×0.68=4.68Ω。频率越高,容抗越小。电解电容器是有极性电容,如果欲将其变成无极性电容,可将两只电解电容器的正极或负极接在一起,其余的两引脚便成了新电容的两引线,这便形成一个无极性电容,如图3所示。使用两只容量和耐压相同的电解电容器来组成新电容,新电容的耐压和原来电容的耐压相同,容量是原来电容容量的一半。从电解电容的结构上看,两正极板上的三氧化二铝薄膜,无论是怎样接在一起,新电容总有一层氧化膜处于绝缘态;这样形成的新电容便没有极性存在了。

铝电解电容器在电路中使用得较多,但它也是发生故障较多的元件,所以电路发生故障时,首先检查的元器件中包括铝电解电容器。(李楷)