一、什么是鉭電容器

鉭電容器有一個(gè)鉭陽(yáng)極和電解電容器。它們是極化電容器，頻率和穩(wěn)定性都很好。以鉭為成分的電解電容器稱(chēng)為鉭電容器。它們是由鉭金屬制成的，鉭作為陽(yáng)極，一層氧化物充當(dāng)電介質(zhì)，周?chē)幸粋€(gè)導(dǎo)電陰極。

鉭被用來(lái)制造一個(gè)非常薄的介電層。結(jié)果表明，該電容器的單位體積電容值更高，頻率特性?xún)?yōu)于許多其他類(lèi)型的電容器，并且具有良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。鉭電容器通常是極化的，這意味著只有在保持終端極性的情況下，它們才能連接到直流電源。

使用鉭電容器的缺點(diǎn)是它們有一個(gè)不利的失效模式，這可能導(dǎo)致熱失控、火災(zāi)和小爆炸。這可以通過(guò)使用外部故障保護(hù)裝置（如限流器或熱熔絲）來(lái)避免。

鉭電容器現(xiàn)在可以廣泛用于各種電路，包括計(jì)算機(jī)、汽車(chē)、手機(jī)和其他電子設(shè)備，最常見(jiàn)的是表面安裝設(shè)備（SMD）. 這些表面貼裝的鉭電容器在印刷電路板上占據(jù)的空間要小得多，這樣可以獲得更高的封裝密度。

值得注意的是，和電阻一樣，有固定電容器和可變電容器。固定值電容器根據(jù)其極性分為非極化電容器和極化電容器。三種最常見(jiàn)的電容器類(lèi)型在下圖中用電氣符號(hào)表示。

鉭電容電容器符號(hào)

二、鉭電容器的結(jié)構(gòu)與性能

鉭是一種銀灰色金屬，原子序數(shù)為73。當(dāng)觀察鉭電容器的橫截面圖時(shí)，例如下圖所示的帶固體電解質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)SMD鉭電解片式電容器，正極（陽(yáng)極）端子是將鉭粉末壓制并燒結(jié)到托盤(pán)中。電介質(zhì)由覆蓋在正極（陽(yáng)極）端子上的絕緣氧化層形成，負(fù)極（陰極）端子由固體二氧化錳電解液形成。

鉭電容器鉭電容器的結(jié)構(gòu)

在固體鉭電容器的情況下，電解液通過(guò)熱解添加到陽(yáng)極。為了形成一層二氧化錳涂層，固體鉭電容器浸在特殊溶液中，然后在烤箱中烘烤。重復(fù)該程序，直到顆粒內(nèi)外表面都有一層致密的涂層。最后，為了確保牢固的陰極連接，固體鉭電容器中使用的小球浸在石墨和銀中。與固體鉭電容器不同，濕鉭電容器使用液體電解質(zhì)。陽(yáng)極在燒結(jié)并生長(zhǎng)出介電層后，浸入外殼內(nèi)的液體電解質(zhì)中。在濕鉭電容器中，外殼和電解液充當(dāng)陰極。

鉭電容器由于其薄而高的介電常數(shù)介電片而具有很高的單位體積和重量電容，這使其與其他電解電容器區(qū)別開(kāi)來(lái)。鉭電解電容器也是通過(guò)或繞過(guò)低頻信號(hào)和存儲(chǔ)大量電能的理想電容器。

三、鉭電容器特性

3.1一般特性

鉭電容器的電容值在1nF到72mF之間，明顯小于相同電容量的鋁電解電容器。鉭電容器的額定電壓從2V到500V以上。它們的等效串聯(lián)電阻（ESR）比鋁電解電容器低10倍，允許更高的電流通過(guò)電容器，同時(shí)產(chǎn)生更少的熱量。與鋁電解電容器相比，鉭電容器隨著時(shí)間的推移非常穩(wěn)定，其電容量不會(huì)隨時(shí)間發(fā)生顯著變化。如果處理得當(dāng)，它們是非?？煽康?，它們的保質(zhì)期幾乎是無(wú)限的。

3.2極性

鉭電解電容器具有很高的極化率。雖然極化鋁電解電容器可以承受短暫的反向電壓，但鉭電容器對(duì)反向極化極為敏感。當(dāng)施加相反極性的電壓時(shí)，介質(zhì)氧化物會(huì)分解，導(dǎo)致短路。這種短路可能導(dǎo)致熱失控和電容器在未來(lái)的破壞。

與鋁電解電容器相比，鉭電容器的正極端子通常標(biāo)記在外殼上。

3.3鉭電容器故障模式

根據(jù)ASM國(guó)際出版的一篇論文，鉭電容器的失效模式分為三大類(lèi)。

?高泄漏/短路

高泄漏電流可能是由施加反向電壓引起的，這在故障排除、故障和/或臺(tái)架試驗(yàn)期間很常見(jiàn)。由于晶化過(guò)程中形成的熱點(diǎn)使陰極發(fā)熱，含晶化的鉭電容器發(fā)生短路故障。

?高等效串聯(lián)電阻（ESR）

當(dāng)電容器暴露在板安裝、挑選和放置、回流焊和操作壽命時(shí)，機(jī)械/熱機(jī)械對(duì)其ESR有重要影響。外部和/或內(nèi)部關(guān)系通常會(huì)因這種形式的壓力而受到損害，從而導(dǎo)致高ESR。

?低電容/開(kāi)路

這種故障并不常見(jiàn)，因?yàn)殂g電容器的電容在正常工作條件下不會(huì)發(fā)生位移。鉭電容器在任何應(yīng)用中的電容值較低可能表示電容器短路，而開(kāi)路故障可能是由正極導(dǎo)線和導(dǎo)線連接損壞引起的。

眾所周知，鉭電容器具有潛在的危險(xiǎn)失效模式。在電壓尖峰期間，鉭陽(yáng)極可能與二氧化錳陰極接觸，如果尖峰能量足夠，可能會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這種化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量，并且是自我維持的，同時(shí)也可能產(chǎn)生煙霧和火焰。外部故障保護(hù)電路，如限流器和熱熔斷器，應(yīng)與鉭電容器結(jié)合使用，以避免熱失控。

四、鉭電容器分類(lèi)

4.1插件鉭電容器

為了避免損壞，鉛鉭電容器通常封裝在一個(gè)小的環(huán)氧樹(shù)脂盒中。鉭珠電容器因其形狀而得名。

雖然顏色編碼方案曾經(jīng)很常見(jiàn)，一些電容器仍然使用它，但是電容器的標(biāo)記通常以圖形的形式直接寫(xiě)在封裝上。

4.2貼片鉭電容器

表面貼裝鉭電容器在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中常用。當(dāng)設(shè)計(jì)有足夠的裕度時(shí)，它們提供可靠的服務(wù)，并允許在現(xiàn)代設(shè)備所需的小封裝尺寸中實(shí)現(xiàn)高電容值。

由于無(wú)法承受焊接所需的溫度，鋁電解質(zhì)最初在表面貼裝封裝中不可用。因此，能夠承受焊接過(guò)程的鉭電容器幾乎是表面貼裝組件中高價(jià)值電容器的唯一選擇。盡管表面貼裝電解液可用，但鉭仍然是貼片電容器的首選，因?yàn)樗哂袃?yōu)良的成本、尺寸和性能參數(shù)。

?貼片鉭電容器標(biāo)記

貼片鉭電容器的標(biāo)記上通常有三個(gè)數(shù)字。主要數(shù)字是前兩個(gè)，乘數(shù)是第三個(gè)。值以picofarads為單位。結(jié)果表明，貼片鉭電容器的電容值為47x105pf，相當(dāng)于4.7F。

五、鉭電容器的應(yīng)用

鉭電容器有許多優(yōu)點(diǎn)，可用于各種應(yīng)用，包括現(xiàn)代電子產(chǎn)品，在廣泛的溫度和頻率范圍內(nèi)，鉭電容器具有更高的穩(wěn)定性、長(zhǎng)期可靠性和更高的體積效率。

鉭電容器因其泄漏電流小、容量大、長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠而被廣泛應(yīng)用。它們用于采樣和保持電路中，例如，需要低泄漏電流來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)保持時(shí)間。由于其體積小，長(zhǎng)期可靠，它們經(jīng)常被廣泛用于計(jì)算機(jī)主板和手機(jī)的電源濾波，最常見(jiàn)的是表面貼裝形式。

軍用標(biāo)準(zhǔn)（MIL-SPEC）鉭電容器也可用，公差更小，工作溫度范圍更廣。由于它們不會(huì)隨時(shí)間而變干或改變電容，因此在軍事應(yīng)用中，它們是鋁電解的常用替代品。

鉭的高穩(wěn)定性也用于醫(yī)療電子產(chǎn)品。鉭電容器通常用于音頻放大器，在那里穩(wěn)定性很重要。鉭電容器是一種復(fù)雜的元件，用于心臟植入術(shù)中，用于檢測(cè)不規(guī)則的心跳，并在幾秒鐘內(nèi)發(fā)出一次電回?fù)簟ａt(yī)療、電信、航空航天、軍事、汽車(chē)和計(jì)算機(jī)只是使用這種電容器的少數(shù)幾個(gè)行業(yè)。

六、鉭與陶瓷電容器的區(qū)別

鉭電容器廣泛應(yīng)用于各種電路中，盡管它們通常需要一個(gè)外部故障保護(hù)系統(tǒng)來(lái)防止由其故障模式引起的問(wèn)題。個(gè)人電腦、筆記本電腦、醫(yī)療設(shè)備、音頻放大器、汽車(chē)電路、移動(dòng)電話和其他表面安裝設(shè)備只是少數(shù)幾個(gè)例子（SMD）。鉭電解是軍事應(yīng)用中鋁電解的一種常見(jiàn)替代品，因?yàn)樗粫?huì)隨著時(shí)間的推移而變干或改變電容。

陶瓷電容器有著廣泛的應(yīng)用，其中最受歡迎的是個(gè)人電子設(shè)備。MLCC是應(yīng)用最廣泛的電容器，每年約有10億個(gè)電子設(shè)備。印刷電路板（PCB）、感應(yīng)爐、DC-DC轉(zhuǎn)換器和電源斷路器就是一些應(yīng)用實(shí)例。由于陶瓷電容器是非極化的，有各種各樣的電容、電壓額定值和尺寸，所以通常用作通用電容器。

鉭電容器與陶瓷電容器

雖然鉭和陶瓷電容器具有相似的功能，但它們的構(gòu)造方法、材料和性能卻大不相同。鉭和陶瓷電容器在性能方面有幾個(gè)主要方面的變化：

?老化

說(shuō)到電容器，老化是指電容隨時(shí)間的對(duì)數(shù)下降。鉭電容器不會(huì)老化，而陶瓷電容器會(huì)老化。目前還沒(méi)有已知的鉭電容器的磨損機(jī)理。

?極化

大多數(shù)鉭電容器是極化的。這意味著它們只能連接到直流電源，同時(shí)保持適當(dāng)?shù)亩俗訕O性。另一方面，非極化陶瓷電容器可以安全地連接到交流電源上。陶瓷電容器具有較高的頻率響應(yīng)，因?yàn)樗鼈儧](méi)有極化。

?溫度響應(yīng)

鉭電容器在溫度變化時(shí)具有線性電容變化，而陶瓷電容器具有非線性響應(yīng)。另一方面，陶瓷電容器可以通過(guò)縮小工作溫度范圍和在設(shè)計(jì)階段考慮溫度響應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)線性趨勢(shì)。

?電壓響應(yīng)

鉭電容器的電容隨外加電壓的變化很明顯，而陶瓷電容器沒(méi)有。陶瓷電容器內(nèi)的介電常數(shù)隨著外加電壓的升高而收縮，從而引起電容的變化。雖然大多數(shù)陶瓷電容器的電容變化是線性的，很容易解釋?zhuān)恍└呓殡姵?shù)的電介質(zhì)在額定電壓下運(yùn)行時(shí)會(huì)損失70%的初始電容。

七、常見(jiàn)問(wèn)題

1.鉭電容器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是什么？

固體鉭電容器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)如下

優(yōu)點(diǎn)：壽命長(zhǎng)、耐高溫、性能優(yōu)良、精度高、濾除高頻諧波效率高。

缺點(diǎn)：氧化層很薄，不堅(jiān)固，不能承受超過(guò)極限的電壓，紋波電流額定值低。

2.什么時(shí)候使用鉭電容器？

當(dāng)你需要在一個(gè)很小的空間里獲得最大的電容時(shí)，比如芯片旁邊的去耦，在一系列溫度或電壓范圍內(nèi)具有出色的穩(wěn)定性，并且你知道它們的獨(dú)特特性，這樣就可以正確地設(shè)計(jì)它們，而不會(huì)讓你的系統(tǒng)冒著嚴(yán)重故障的風(fēng)險(xiǎn)。

3.鉭電容器的浪涌電壓是多少？

在串聯(lián)電阻最小的電路中，浪涌電壓是能在較短時(shí)間內(nèi)施加在電容器上的最高電壓。

4.鉭電容器和電解電容器有什么區(qū)別？

用鋁（或鋁）制造的電解電容器通常比用鉭制造的電容器價(jià)格低。鉭電容器的單位體積電容量較高。用鉭制成的電容器可以是極性的也可以是非極性的，盡管極化形式更常見(jiàn)。

5.鉭電容器為什么會(huì)失靈？

在含有固體二氧化錳電解液的鉭電解電容器上施加的瞬態(tài)電壓或電流尖峰會(huì)導(dǎo)致一些鉭電容器發(fā)生故障，并可能直接導(dǎo)致短路。

6.鉭電容器能用多久？

聚合物鉭電容器的電容穩(wěn)定性隨時(shí)間、溫度和電壓的變化超過(guò)了MLCCs。雖然mlcc容易老化，但聚合物鉭在20年的使用壽命內(nèi)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

7.所有的鉭電容器都是極化的嗎？

鉭電容器是固有的極化元件。反向電壓會(huì)破壞電容器。非極性或雙極性鉭電容器是由兩個(gè)極化電容器串聯(lián)而成，陽(yáng)極方向相反。

8.鉭電容器是用來(lái)做什么的？

使用鉭電容器的應(yīng)用具有泄漏電流低、容量大、長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。例如，它們用于采樣和保持電路中，這些電路依靠低泄漏電流來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)保持時(shí)間。

9.我能用鉭來(lái)代替電容器嗎？

但由于電容器是一種比電容器更可靠的圓柱形電容器，而鉭電容器更可靠。如果泄漏系數(shù)不是太關(guān)鍵，那么你可以很容易地用其他普通的電解電容器來(lái)代替鉭電容器。

10.什么是濕鉭電容器？

濕鉭電容器是為電路提供電容電抗的無(wú)源器件。它們是帶有濕電解液、陽(yáng)極和陰極的電解電容器。由于其優(yōu)越的特性，包括容積效率、高可靠性、寬溫度范圍內(nèi)的電氣穩(wěn)定性和較長(zhǎng)的使用壽命，它們被用于其他類(lèi)型的電容器。濕鉭電容器技術(shù)最適合軍事、航天、衛(wèi)星和重工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。