電容為什么會爆炸？關(guān)于電容的這些事你都知道嗎？
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前言
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202305/447182.htm電容相信大家都不陌生，就算沒有見過也聽過，在現(xiàn)在的生活中，電容是必不可少的元件之一，大到線路，小到一個小小的電子主板，特別是單相電機的啟動，都無不需要電容。
所謂電容，就是容納和釋放電荷的電子元器件。電荷在電場中會受力而移動，當(dāng)導(dǎo)體之間有了介質(zhì)，則阻礙了電荷移動而使得電荷累積在導(dǎo)體上；造成電荷的累積儲存，最常見的例子就是兩片平行金屬板。
在兩個正對的平行金屬板中間夾上一層絕緣物質(zhì)(電介質(zhì))，就構(gòu)成了最簡單的電容器，叫平行板電容器，兩個金屬板叫電容器的極板。任意兩個彼此絕緣又相隔很近的導(dǎo)體，都可以看成是一個電容器。
電容的工作原理
電容的工作原理很簡單，比如家里的自來水管，供水端經(jīng)過長途跋涉，水量免不了會時大時小。若是直接供給用戶使用，就會感覺到出水時大時小。而通常自來水公司每隔一段距離就會建一個水塔。這個水塔的作用就是儲水，能將不穩(wěn)定的水源，穩(wěn)定地送到每家每戶。
這個水塔就對應(yīng)電子學(xué)里面的電容，電容的作用是儲能，可將不穩(wěn)定的電能，變成穩(wěn)定的電能后傳送給電路。理想的電容本身并不消耗電能量，它吸收多少能量就會放出多少電能量。當(dāng)輸入的電壓波動時，電容才會產(chǎn)生電流，因為會進行充電或放電，當(dāng)電壓穩(wěn)定時，就不會產(chǎn)生電流，稱之為“隔直流通交流”。
電容的充電
把電容器的兩個極板和電池的正負(fù)極相連，兩個極板就分別帶上了等量的異種電荷，這個過程叫充電，充電過程中電路中有短暫的充電電流。
充了電的電容,兩極板間就有電場，電勢差U，從電源獲得的電能儲存在電場中，這種能量叫電場能。電容器有儲存電荷和電場能的本領(lǐng)。
電容的放電
把充電后的電容器兩極板接通，兩極板上的電荷中和，電容器不再帶電，這個過程叫放電，并有短暫的放電電流。
放電后，兩極板就不再有電場和電勢差，電場能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。
電容器主要參數(shù)的標(biāo)注方法
直標(biāo)法
電解電容器或體積較大的無極性電容器：標(biāo)稱容量、額定電壓及允許偏差。
體積較小的無極性電容器：標(biāo)稱容量、額定電壓及允許偏差。
容量單位：微法(μF)、納法(nF)、皮法(pF)
如：1p2表示1.2pF；1n表示1000pF；10n表示0.01μF；2μ2表示2.2μF。
數(shù)碼標(biāo)注法
數(shù)碼標(biāo)注法一般為三位數(shù)碼表示電容器的容量，單位pF 。其中前兩位數(shù)碼為電容量的有效數(shù)字，第三位為倍乘數(shù)，但第三位倍乘數(shù)是9時表示×10 -1。
如：
101表示：10 ×101 = 100pF
102表示：10 ×102 = 1000pF
103表示：10 ×103 = 0.01μF
104表示：10 ×104 = 0.1μF
223表示：10 ×103 = 0.022μF
474表示：10 ×104 = 0.47μF
159表示：10 ×10–1 = 1.5pF
色標(biāo)法
色標(biāo)法：在電容器上標(biāo)注色環(huán)或色點來表示電容量及允許偏差。
四環(huán)色標(biāo)法：第一、二環(huán)表示有效數(shù)值，第三環(huán)表示倍乘數(shù)，第四環(huán)表示允許偏差(普通電容器)。
五環(huán)色標(biāo)法：第一、二、三環(huán)表示有效數(shù)值，第四環(huán)表示倍乘數(shù)，第五環(huán)表示允許偏差(精密電容器)。
如：
棕、黑、橙、金 表示其電容量為0.01μF，允許偏差為±5%
棕、黑、黑、紅、棕 表示其電容量為0.01μF，允許偏差為±1%
電容的分類
瓷介電容器(CC)
結(jié)構(gòu)：用陶瓷材料作介質(zhì)，在陶瓷表面涂覆一層金屬(銀)薄膜，再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后作為電極而成。瓷介電容器又分：1類電介質(zhì)(NPO、CCG)；2類電介質(zhì)(X7R、2X1)；3類電介質(zhì)(Y5V、2F4)瓷介電容器。
滌綸電容器(CL)
結(jié)構(gòu)：滌綸電容器，是用有極性聚脂薄膜為介質(zhì)制成的具有正溫度系數(shù)(即溫度升高時，電容量變大)的無極性電容。
聚苯乙烯電容器(CB)
結(jié)構(gòu)：有箔式和金屬化式兩種類型。常用的型號有CB10、CB11(非密封箔式)、CB14~16(精密型)、CB24、CB25(非密封型金屬化)、CB80(高壓型)、 CB40 (密封型金屬化)等系列。
聚丙烯電容器(CBB)
結(jié)構(gòu)：用無極性聚丙烯薄膜為介質(zhì)制成的一種負(fù)溫度系數(shù)無極性電容。有非密封式(常用有色樹脂漆封裝)和密封式(用金屬或塑料外殼封裝)兩種類型。常用的箔式聚丙烯電容：CBB10、CBB11、CBB60、CBB61等；金屬化式聚丙烯電容：CBB20、CBB21、CBB401等系列。
獨石電容器
結(jié)構(gòu)：獨石電容器是用鈦酸鋇為主的陶瓷材料燒結(jié)制成的多層疊片狀超小型電容器。常用的有CT4 (低頻) 、CT42(低頻)、CC4(高頻)、CC42(高頻)等系列。
云母電容器(CY)
結(jié)構(gòu)：云母電容器是采用云母作為介質(zhì)，在云母表面噴一層金屬膜(銀)作為電極，按需要的容量疊片后經(jīng)浸漬壓塑在膠木殼(或陶瓷、塑料外殼)內(nèi)構(gòu)成。常用的有CY、CYZ、CYRX等系列。
紙介電容器(CZ)
結(jié)構(gòu)：紙介電容器是用較薄的電容器專用紙作為介質(zhì)，用鋁箔或鉛箔作為電極，經(jīng)卷饒成型、浸漬后封裝而成。常見有CZ11、CZ30、CZ31、CZ32、CZ40、CZ80等系列。
金屬化紙介電容器(CJ)
結(jié)構(gòu)：金屬化紙介電容器采用真空蒸發(fā)技術(shù)，在涂有漆膜的紙上再蒸鍍一層金屬膜作為電極而成。常見有CJ10、CJ11等系列。
鋁電解電容器(CD)
結(jié)構(gòu)：有極性鋁電解電容器是將附有氧化膜的鋁箔(正極)和浸有電解液的襯墊紙，與陰極(負(fù)極)箔疊片一起卷繞而成。外型封裝有管式、立式。并在鋁殼外有藍(lán)色或黑色塑料套。
鉭電解電容器(CA)
結(jié)構(gòu)：有兩種形式：1. 箔式鉭電解電容器，內(nèi)部采用卷繞芯子，負(fù)極為液體電解質(zhì)，介質(zhì)為氧化鉭。型號有CA30、CA31、CA35、CAk35等系列。2. 鉭粉燒結(jié)式，陽極(正極)用顆粒很細(xì)的鉭粉壓塊后燒結(jié)而成。封裝形式有多種。
聚合物鉭電容器
與大多數(shù)電容技術(shù)不同，固體聚合物鉭電容器不使用陰陽極片。陽極由鉭粉燒結(jié)成的鉭顆粒制成。這種顆粒經(jīng)過陽極氧化處理，整個陽極表面形成五氧化二鉭(Ta2O5)介質(zhì)層。然后，用高導(dǎo)電聚合物浸漬氧化顆粒用作陰極。
經(jīng)過處理，導(dǎo)電聚合物層涂覆石墨，然后涂覆一層金屬銀，在電容芯與外部電極(引線框或其他電極)之間形成導(dǎo)電面。
模塑片式聚合物鉭電容器元件封裝在塑料樹脂中，如環(huán)氧樹脂材料。選擇的模塑化合物符合 UL 94 V-0 耐火等級和 ASTM E-595 脫氣要求。組裝后，對電容器進行測試和檢查，確保長期壽命和可靠性。
模塑聚合物剖面示意圖
云母微調(diào)電容器(CY)
結(jié)構(gòu)：云母微調(diào)電容器由定片和動片構(gòu)成，定片為固定金屬片,其表面貼有一層云母薄片作為介質(zhì)，動片為具有彈性的銅片或鋁片，通過調(diào)節(jié)動片上的螺釘調(diào)節(jié)動片與定片之間的距離，來改變電容量。云母微調(diào)電容器有單微調(diào)和雙微調(diào)之分。
瓷介微調(diào)電容器(CC)
結(jié)構(gòu)：瓷介微調(diào)電容器是用陶瓷作為介質(zhì)。在動片(瓷片)與定片(瓷片)上均鍍有半圓形的銀層，通過旋轉(zhuǎn)動片改變兩銀片之間的相對位置，即可改變電容量的大小。
薄膜微調(diào)電容器
結(jié)構(gòu)：薄膜微調(diào)電容器是用有機塑料薄膜作為介質(zhì)，即在動片與定片(動、定片均為半圓形金屬片)之間加上有機塑料薄膜，調(diào)節(jié)動片上的螺釘，使動片旋轉(zhuǎn)，即可改變?nèi)萘俊?/span>薄膜微調(diào)電容器一般分為雙微調(diào)和四微調(diào)。有的密封雙連或密封四連可變電容器上自帶薄膜微調(diào)電容器，將微調(diào)電容器安裝在外殼頂部，使用和調(diào)整就更方便了。
空氣可變電容器(CB)
結(jié)構(gòu)：電極由兩組金屬片組成。一組為定片，一組為動片，動片與定片之間以空氣作為介質(zhì)。當(dāng)轉(zhuǎn)動動片使之全部旋進定片時，其電容量最大，反之，將動片全部旋出定片時，電容量最小。空氣可變電容器有單連和雙連之分。
薄膜可變電容器
結(jié)構(gòu)：薄膜可變電容器是在其動片與定片之間加上塑料薄膜作為介質(zhì)，外殼為透明或半透明塑料封裝，因此也稱密封單連或密封雙連和密封四連可變電容器。
電容的作用和用途
電容的作用和用途有很多種，如：在旁路、去耦、濾波、儲能方面的作用；在完成振蕩、同步以及時間常數(shù)的作用……下面來詳細(xì)分析一下：
隔直流：作用是阻止直流通過而讓交流通過。
旁路（去耦）：為交流電路中某些并聯(lián)的元件提供低阻抗通路。
旁路電容：旁路電容，又稱為退耦電容，是為某個器件提供能量的儲能器件。
它利用了電容的頻率阻抗特性，理想電容的頻率特性隨頻率的升高，阻抗降低，就像一個水塘，它能使輸出電壓輸出均勻，降低負(fù)載電壓波動。
旁路電容要盡量靠近負(fù)載器件的供電電源管腳和地管腳，這是阻抗要求。
在畫PCB時候特別要注意，只有靠近某個元器件時候才能抑制電壓或其他輸信號因過大而導(dǎo)致的地電位抬高和噪聲。
說白了就是把直流電源中的交流分量，通過電容耦合到電源地中，起到了凈化直流電源的作用。如圖C1為旁路電容，畫圖時候要盡量靠近IC1。
圖C1
去耦電容：去耦電容，是把輸出信號的干擾作為濾除對象，去耦電容相當(dāng)于電池，利用其充放電，使得放大后的信號不會因電流的突變而受干擾。
它的容量根據(jù)信號的頻率、抑制波紋程度而定，去耦電容就是起到一個“電池”的作用，滿足驅(qū)動電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾。
旁路電容實際也是去耦合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄放途徑。
高頻旁路電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般取0.1F/0.01F等。
而去耦合電容的容量一般較大，可能是10F或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)、以及驅(qū)動電流的變化大小來確定。如圖C3為去耦電容
圖C3
它們的區(qū)別：旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象，而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象，防止干擾信號返回電源。
耦合：作為兩個電路之間的連接，允許交流信號通過并傳輸?shù)较乱患夒娐?。
用電容做耦合的元件，是為了將前級信號傳遞到后一級，并且隔斷前一級的直流對后一級的影響，使電路調(diào)試簡單，性能穩(wěn)定。
如果不加電容交流信號放大不會改變，只是各級工作點需重新設(shè)計，由于前后級影響，調(diào)試工作點非常困難，在多級時幾乎無法實現(xiàn)。
濾波：這個對電路而言很重要，CPU背后的電容基本都是這個作用。
即頻率f越大，電容的阻抗Z越小。當(dāng)?shù)皖l時，電容C由于阻抗Z比較大，有用信號可以順利通過；當(dāng)高頻時，電容C由于阻抗Z已經(jīng)很小了，相當(dāng)于把高頻噪聲短路到GND上去了。
濾波作用：理想電容，電容越大，阻抗越小，通過的頻率也越高。
電解電容一般都是超過1uF ，其中的電感成分很大，因此頻率高后反而阻抗會大。
我們經(jīng)?？匆娪袝r會看到有一個電容量較大電解電容并聯(lián)了一個小電容，其實大的電容通低頻，小電容通高頻，這樣才能充分濾除高低頻。
電容頻率越高時候則衰減越大，電容像一個水塘，幾滴水不足以引起它的很大變化，也就是說電壓波動不是你很大時候電壓可以緩沖，如圖C2：
圖C2
溫度補償：針對其它元件對溫度的適應(yīng)性不夠帶來的影響，而進行補償，改善電路的穩(wěn)定性。
分析：由于定時電容的容量決定了行振蕩器的振蕩頻率，所以要求定時電容的容量非常穩(wěn)定，不隨環(huán)境濕度變化而變化，這樣才能使行振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定。因此采用正、負(fù)溫度系數(shù)的電容并聯(lián)，進行溫度互補。
當(dāng)工作溫度升高時，Cl的容量在增大，而C2的容量在減小，兩只電容并聯(lián)后的總?cè)萘繛閮芍浑娙萑萘恐?，由于一個容量在增大而另一個在減小，所以總?cè)萘炕静蛔儭?/span>
同理，在溫度降低時，一個電容的容量在減小而另一個在增大，總的容量基本不變，穩(wěn)定了振蕩頻率，實現(xiàn)溫度補償目的。
計時：電容器與電阻器配合使用，確定電路的時間常數(shù)。
輸入信號由低向高跳變時，經(jīng)過緩沖1后輸入RC電路。
電容充電的特性使B點的信號并不會跟隨輸入信號立即跳變，而是有一個逐漸變大的過程。
當(dāng)變大到一定程度時，緩沖2翻轉(zhuǎn)，在輸出端得到了一個延遲的由低向高的跳變。
時間常數(shù)：以常見的RC串聯(lián)構(gòu)成積分電路為例，當(dāng)輸入信號電壓加在輸入端時，電容上的電壓逐漸上升。
調(diào)諧：對與頻率相關(guān)的電路進行系統(tǒng)調(diào)諧，比如手機、收音機、電視機。
變?nèi)荻O管的調(diào)諧電路
因為lc調(diào)諧的振蕩電路的諧振頻率是lc的函數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)振蕩電路的最大與最小諧振頻率之比隨著電容比的平方根變化。
此處電容比是指反偏電壓最小時的電容與反偏電壓最大時的電容之比。
因而，電路的調(diào)諧特征曲線（偏壓一諧振頻率）基本上是一條拋物線。
整流：在預(yù)定的時間開或者關(guān)半閉導(dǎo)體開關(guān)元件。
儲能：儲存電能，用于必要的時候釋放。
例如相機閃光燈，加熱設(shè)備等等。
一般地，電解電容都會有儲能的作用，對于專門的儲能作用的電容，電容儲能的機理為雙電層電容以及法拉第電容。
其主要形式為超級電容儲能，其中超級電容器是利用雙電層原理的電容器。
當(dāng)外加電壓加到超級電容器的兩個極板上時，與普通電容器一樣，極板的正電極存儲正電荷，負(fù)極板存儲負(fù)電荷。
在超級電容器的兩極板上電荷產(chǎn)生的電場作用下，在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平衡電解液的內(nèi)電場。
這種正電荷與負(fù)電荷在兩個不同相之間的接觸面上，以正負(fù)電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個電荷分布層叫做雙電層，因此電容量非常大。
電容爆炸
當(dāng)電容施加的電壓超過其耐壓時，或者對于有極性電解電容電壓極性加反時，都會引起電容漏電流急劇上升，造成電容內(nèi)部熱量增加，電解液會產(chǎn)生大量的氣體。
為了防止電容爆炸，在電容外殼的頂部壓制有三條凹槽，這樣便于電容頂部在高壓下率先破裂，釋放內(nèi)部的壓力。
電解電容頂部的爆破槽
但是，有的電容在制作過程中，頂部的凹槽壓制不合格，電容內(nèi)部的壓力會使得電容底部的密封橡膠被彈出，此時電容內(nèi)部的壓力突然釋放，就會形成爆炸。
無極性電解電容爆炸
下圖顯示了手邊一顆無極性電解電容，它的容量為1000uF，耐壓16V。在施加電壓超過18V之后，漏電流突然增加，電容內(nèi)部的溫度和壓力增加。最終，電容底部的橡膠密封圈炸開，內(nèi)部電極像爆米花一下被砸松散。
無極性電解電容過壓爆破
通過在電容上捆綁一個熱電偶，可以測量電容的溫度隨著施加的電壓增加變化的過程。下圖顯示了無極性電容在電壓增加過程中，當(dāng)施加的電壓超過耐壓值，內(nèi)部溫度繼續(xù)增高的過程。
電壓與溫度之間的關(guān)系
下圖顯示了在同樣的過程中，流過電容的電流變化?？梢钥吹剑娏鞯脑黾邮窃斐蓛?nèi)部溫度上升的主要原因。在這個過程中，電壓是成線性增加，隨著電流急劇升高，供電電源內(nèi)組使得電壓下降。最終，當(dāng)電流超過6A之后，隨著一聲巨響，電容炸開。
電壓與電流之間的關(guān)系
由于無極性的電解電容內(nèi)部體積大，電解液多，所以在過流之后所產(chǎn)生的壓力巨大，導(dǎo)致了外殼頂部的泄壓槽沒有破裂，而電容底部的密封橡膠被炸開了。
極性電解電容爆炸
對于有極性的電解電容，施加電壓。當(dāng)電壓超過電容的耐壓時，漏電電流也會急劇上升，造成電容過熱爆炸。
下圖顯示了有極限的電解電容，它的容量為1000uF，耐壓16V。在過壓之后，通過頂部泄壓槽釋放內(nèi)部氣壓過程，因此就避免了電容爆炸過程。
極性電解電容過壓爆破
下圖顯示了電容的溫度隨著施加電壓的增加變化的情況，當(dāng)電壓逐步接近電容的耐壓后，電容的留點電流增加，內(nèi)部的溫度繼續(xù)上升。
電壓與溫度之間的關(guān)系
下圖是電容的漏電電流變化情況，標(biāo)稱為16V耐壓的電解電容，在測試過程中，當(dāng)電壓超過15V之后，電容的漏電便開始急劇上升了。
電壓與電流之間的關(guān)系
通過前面兩個電解電容的實驗過程遭遇，也可以看到對于此類1000uF普通電解電容耐壓限制情況。為了避免電容被高壓擊穿，因此在使用電解電容的時候，需要根據(jù)實際電壓波動情況，留下足夠的余量。
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