电解电容

01 电路中错误

  在博文 基于光耦的LED振荡电路[1] 介绍了一款基于光耦的多谐振荡电路，对于光耦前向耦合电流增益的特性进行了讨论。

博文分别被公众号 TSINGHUAZHUOQING[2] 与 电子工程专辑[3] 转载。

▲ 图1.1  光耦振荡器及其电路

  在 电子工程专辑[2]的留言中，有读者对于电路图中电解电容的极性提出了疑问。图中，的正极连接在光耦的PIn1，负极连接在光耦Pin3。X

• Coffee:

  电路原理图错误，C1电解电容接反了，正确应该是正极接反馈光耦第3脚，负极接第2脚，接反了的话电容会一直反偏近似短路二极管常亮，光耦发热会很严重。看实物动图，一般光耦原点位是第一脚，电容接法也是反的，不知道为什么能闪。电路刚实搭了一个测试过。

• 北纬30度:

  电解电容上电压怎么是负的，电解电容不是不能为负吗？

• 北纬30度:

  是啊，我也觉得电解电容如果这样接电压为负，不符合电解电容用法。

  按照基于光耦的LED振荡电路[1]显示电路中各点的电压波形来看，的确电容的极性呈现反向，也就是它的负极性的电压始终比起正极要高。

▲ 图1.2 示波器显示电路中各部分的电压波形

  那么问题来了：对于电解电容在应用过程中需要避免施加的电压极性出错，但为什么在实验中，电容的极性反了，但电路工作确很正常呢？而且电容似乎也没有什么损坏的样子？

02 反极性电压

2.1 电解电容结构

  之所以不能将电解电容上施加的电压极性调换，是因为其内部结构使然。在普通的铝电解电容中，有一层专门处理过的铝膜作为阳极，通过腐蚀使得阳极铝箔表面表的粗糙，并且覆盖了一层氧化膜。粗糙的表面增加了电容极板的面积，薄薄的氧化膜充当电容极板之间的绝缘介电材料。

▲ 图1.3  电解电容内部的结构

  除此之外外还有另外一层它连同电解液充当电容的阴极。浸满电解液的绝缘纸可以有效防止阴极和阳极短路，并饱含电解液。

  在施加正确极性的电压时，作为绝缘层的氧化膜很稳定，而且还具有自愈功能，破损的氧化膜会自动形成修复。

  在施加反向极性电压后，氧化膜会在电化学作用下被溶解，最先破损的部分就会导致短路并使得电解气化，温度上升，最终导致电容损坏。

▲ 图2.1.2 电解电容内部的两个电极

2.2 为什么电容不立即损坏？

  那么前面电路中的电解电容，命名在施加了反向电压之后，为什么电路还能够继续使用，并且电容似乎也没有任何损坏的现象呢？

  根据网页 Does an electrolytic capacitor degrade each time it receives reverse voltage?[4] 中的讨论，可以看到电解电容之所以没有立即损坏，原因有：

• 反向极性破坏电容氧化膜的过程相对比较缓慢，所以短时间极性相反电压电容还是能够正常工作；
• 铝电解电容的氧化膜能够抵抗 1 ~ 1.5V的反向电压；在温度高的时候，容忍反向电压降低；

  因此，一个电解电容施加反向极性电压，如果还没有损毁，要么别着急，是因为时间还没到；要么就是施加的反向电压太小。

03 开膛破腹

  如果手边恰好有一个无辜的电解电容，一把锋利的斜口钳也在旁边冷笑。但凡能动手绝不瞎哔哔的你就会将电容开膛破腹，一探究竟。

  打开电容，解开捆卷在一起的铝膜和过滤纸。从结构上来看与所了解到的铝电解电容是一致的。但还是有少许的不同：

• 从外观上来看，正负两极的铝板大体相似，看不出太大的差别；
• 正极的铝箔显得较厚，负极的铝膜薄，偏软。

▲ 图3.1 开膛破腹的电解电容

  如果使用万用表测量两个铝箔的表面，所得到的阻值都是0。说好的绝缘氧化层呢？原来在这种低压电解电容里，绝缘氧化层非常薄，它们很容易就被破坏掉。

  如果将电解电容施加长久的反向电压，等它彻底损坏爆破之后，再观察两个铝箔外观会有什么变化吗？

  这的确是一个好的主意，不过手边的电容恰好没有了。等找到好的电容再测试一下吧。

参考资料

[1]

基于光耦的LED振荡电路: 

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]

电子工程专辑: 

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