一、什么是鉭電容器

鉭電容器有一個鉭陽極和電解電容器。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為鉭電容器。它們是由鉭金屬制成的，鉭作為陽極，一層氧化物充當電介質，周圍有一個導電陰極。

鉭被用來制造一個非常薄的介電層。結果表明，該電容器的單位體積電容值更高，頻率特性優(yōu)于許多其他類型的電容器，并且具有良好的長期穩(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是它們有一個不利的失效模式，這可能導致熱失控、火災和小爆炸。這可以通過使用外部故障保護裝置（如限流器或熱熔絲）來避免。

鉭電容器現(xiàn)在可以廣泛用于各種電路，包括計算機、汽車、手機和其他電子設備，最常見的是表面安裝設備（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。三種最常見的電容器類型在下圖中用電氣符號表示。

鉭電容電容器符號

二、鉭電容器的結構與性能

鉭是一種銀灰色金屬，原子序數(shù)為73。當觀察鉭電容器的橫截面圖時，例如下圖所示的帶固體電解質的標準SMD鉭電解片式電容器，正極（陽極）端子是將鉭粉末壓制并燒結到托盤中。電介質由覆蓋在正極（陽極）端子上的絕緣氧化層形成，負極（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構

在固體鉭電容器的情況下，電解液通過熱解添加到陽極。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。重復該程序，直到顆粒內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。陽極在燒結并生長出介電層后，浸入外殼內的液體電解質中。在濕鉭電容器中，外殼和電解液充當陰極。

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)別開來。鉭電解電容器也是通過或繞過低頻信號和存儲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電容器，同時產生更少的熱量。與鋁電解電容器相比，鉭電容器隨著時間的推移非常穩(wěn)定，其電容量不會隨時間發(fā)生顯著變化。如果處理得當，它們是非常可靠的，它們的保質期幾乎是無限的。

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，但鉭電容器對反向極化極為敏感。當施加相反極性的電壓時，介質氧化物會分解，導致短路。這種短路可能導致熱失控和電容器在未來的破壞。

與鋁電解電容器相比，鉭電容器的正極端子通常標記在外殼上。

3.3鉭電容器故障模式

根據(jù)ASM國際出版的一篇論文，鉭電容器的失效模式分為三大類。

?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/或臺架試驗期間很常見。由于晶化過程中形成的熱點使陰極發(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）

當電容器暴露在板安裝、挑選和放置、回流焊和操作壽命時，機械/熱機械對其ESR有重要影響。外部和/或內部關系通常會因這種形式的壓力而受到損害，從而導致高ESR。

?低電容/開路

這種故障并不常見，因為鉭電容器的電容在正常工作條件下不會發(fā)生位移。鉭電容器在任何應用中的電容值較低可能表示電容器短路，而開路故障可能是由正極導線和導線連接損壞引起的。

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

四、鉭電容器分類

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小的環(huán)氧樹脂盒中。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，一些電容器仍然使用它，但是電容器的標記通常以圖形的形式直接寫在封裝上。

4.2貼片鉭電容器

表面貼裝鉭電容器在現(xiàn)代電子產品中常用。當設計有足夠的裕度時，它們提供可靠的服務，并允許在現(xiàn)代設備所需的小封裝尺寸中實現(xiàn)高電容值。

由于無法承受焊接所需的溫度，鋁電解質最初在表面貼裝封裝中不可用。因此，能夠承受焊接過程的鉭電容器幾乎是表面貼裝組件中高價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，因為它具有優(yōu)良的成本、尺寸和性能參數(shù)。

?貼片鉭電容器標記

貼片鉭電容器的標記上通常有三個數(shù)字。主要數(shù)字是前兩個，乘數(shù)是第三個。值以picofarads為單位。結果表明，貼片鉭電容器的電容值為47x105pf，相當于4.7F。

五、鉭電容器的應用

鉭電容器有許多優(yōu)點，可用于各種應用，包括現(xiàn)代電子產品，在廣泛的溫度和頻率范圍內，鉭電容器具有更高的穩(wěn)定性、長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、長期穩(wěn)定可靠而被廣泛應用。它們用于采樣和保持電路中，例如，需要低泄漏電流來實現(xiàn)長保持時間。由于其體積小，長期可靠，它們經(jīng)常被廣泛用于計算機主板和手機的電源濾波，最常見的是表面貼裝形式。

軍用標準（MIL-SPEC）鉭電容器也可用，公差更小，工作溫度范圍更廣。由于它們不會隨時間而變干或改變電容，因此在軍事應用中，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。鉭電容器是一種復雜的元件，用于心臟植入術中，用于檢測不規(guī)則的心跳，并在幾秒鐘內發(fā)出一次電回擊。醫(yī)療、電信、航空航天、軍事、汽車和計算機只是使用這種電容器的少數(shù)幾個行業(yè)。

六、鉭與陶瓷電容器的區(qū)別

鉭電容器廣泛應用于各種電路中，盡管它們通常需要一個外部故障保護系統(tǒng)來防止由其故障模式引起的問題。個人電腦、筆記本電腦、醫(yī)療設備、音頻放大器、汽車電路、移動電話和其他表面安裝設備只是少數(shù)幾個例子（SMD）。鉭電解是軍事應用中鋁電解的一種常見替代品，因為它不會隨著時間的推移而變干或改變電容。

陶瓷電容器有著廣泛的應用，其中最受歡迎的是個人電子設備。MLCC是應用最廣泛的電容器，每年約有10億個電子設備。印刷電路板（PCB）、感應爐、DC-DC轉換器和電源斷路器就是一些應用實例。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主要方面的變化：

?老化

說到電容器，老化是指電容隨時間的對數(shù)下降。鉭電容器不會老化，而陶瓷電容器會老化。目前還沒有已知的鉭電容器的磨損機理。

?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，同時保持適當?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，因為它們沒有極化。

?溫度響應

鉭電容器在溫度變化時具有線性電容變化，而陶瓷電容器具有非線性響應。另一方面，陶瓷電容器可以通過縮小工作溫度范圍和在設計階段考慮溫度響應來實現(xiàn)線性趨勢。

?電壓響應

鉭電容器的電容隨外加電壓的變化很明顯，而陶瓷電容器沒有。陶瓷電容器內的介電常數(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，但一些高介電常數(shù)的電介質在額定電壓下運行時會損失70%的初始電容。

七、常見問題

1.鉭電容器的優(yōu)點和缺點是什么？

固體鉭電容器的優(yōu)點和缺點如下

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

缺點：氧化層很薄，不堅固，不能承受超過極限的電壓，紋波電流額定值低。

2.什么時候使用鉭電容器？

當你需要在一個很小的空間里獲得最大的電容時，比如芯片旁邊的去耦，在一系列溫度或電壓范圍內具有出色的穩(wěn)定性，并且你知道它們的獨特特性，這樣就可以正確地設計它們，而不會讓你的系統(tǒng)冒著嚴重故障的風險。

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間內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。

5.鉭電容器為什么會失靈？

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)電壓或電流尖峰會導致一些鉭電容器發(fā)生故障，并可能直接導致短路。

6.鉭電容器能用多久？

聚合物鉭電容器的電容穩(wěn)定性隨時間、溫度和電壓的變化超過了MLCCs。雖然mlcc容易老化，但聚合物鉭在20年的使用壽命內實現(xiàn)長期穩(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。反向電壓會破壞電容器。非極性或雙極性鉭電容器是由兩個極化電容器串聯(lián)而成，陽極方向相反。

8.鉭電容器是用來做什么的？

使用鉭電容器的應用具有泄漏電流低、容量大、長期穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。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實現(xiàn)長保持時間。

9.我能用鉭來代替電容器嗎？

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)不是太關鍵，那么你可以很容易地用其他普通的電解電容器來代替鉭電容器。

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源器件。它們是帶有濕電解液、陽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、寬溫度范圍內的電氣穩(wěn)定性和較長的使用壽命，它們被用于其他類型的電容器。濕鉭電容器技術最適合軍事、航天、衛(wèi)星和重工業(yè)應用領域。