初学入门：浅谈由极性电容组成的无极性电容

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电容分有极性和无极性，以CBB电容为代表的属无极性电容，以铝电解电容为代表的属极性电容。大容量的无极性电容体积很大，同容量、同额定工作电压的电解电容的体积远远小于CBB电容，价格也远小于CBB电容。在纯交流电压的环境内（例如功放的分频电容，工作在低频率的滤波器等），当需要大容量的电容时我们会想到使用电解电容。本文讨论在纯交流电压环境下使用的无极性电容。
如果将额定电压为25V的电解电容反接到20V直流电源上（即电容正极接电源负极）时，电容器很快热到烫手，这是因为“反接”破坏了电容铝箔极板上的氧化膜介质，极间绝缘电阻急剧变小的缘故。若将它接到峰值小于25V的纯交流电源时，也很快热到烫手，这是因为纯交流电压的极性是周期变化的，总存在“反接”的时间，其氧化膜介质也会遭到破坏。
如果将极性电容长期搁置不用，其氧化膜会受到一些损伤，重新使用时，其内部的泄漏电阻较小。我们将电容与电源正接（即电容正极接电源正极）时，发现漏电电流会从某一值逐渐减小到几乎为0。这表明“正接”时直流电压可以修复氧化膜的损伤。因此，极性电容可以用于直流电压或含有直流分量的交变电压。
如果极性电容需要在纯交流电压的环境下使用，必须用两个极性电容C1、C2组合成一个无极性电容，见图1。图中RX1、RX2分别为C1、C2内部的泄漏电阻，V1、V2分别为电容C1、C2的端电压。


图1 电解电容组成无极电容（C1正接）


图2 电解电容组成无极电容（C2正接）
当输入电压正半周的极性如图1所示时，C1的正极板连接电源的正端，C1属于“正接”，C2属于反接，则RX1大于RX2，C1两端的分压大于C2两端的分压，即V1正半周电压的振幅大于Vm/2（Vm为输入Vi的峰值）。输入电压负半周时，极性如图2所示时，C2属于“正接”，C1属于反接，则RX1小于RX2，故V1负半周电压的振幅小于Vm/2。图3为试验测试到的V1的电压波形。显然，V1的正、负电压幅度是不对称的，正电压的幅度明显大于负电压的幅度，即C1的正极板明显存在相对负极板为正的直流电压分量。
同理，C2的正极板也明显存在相对负极板为正的直流电压分量。


图3 V1的波形（含直流分量）
参看图1或图2，两个电容的正极板经电源内部阻抗连接，因此这两个电解电容对直流而言是并联的。当电源内部直流电阻不为0时，C1、C2两端的直流电压分量可能存在差异。造成差异的原因是两个电容的实际容量不等、实际泄漏电阻不等。
图3的波形图证明了上述分析的正确性。也可以用数字电压表的直流电压挡测试C1或C1两端的直流电压分量，发现正极板的电压为“+”、负极板的电压为“—”，属于“正接”的直流电压分量，正是这个自动生成的直流电压分量保护了氧化膜介质。
要特别提醒的是，图1中的每个电容的端电压都叠加了直流分量，使得电容的端电压峰值高于Um/2，选择电容的额定电压时必须考虑到这一现象。
通常组成无极电容的两个电解电容的容量应相等，均为C，因此组成的无极电容的等效电容容量为C/2。若它们的额定电压都为UN，则组成的无极电容的额定电压为单个电容的额定电压UN，而不是这两个电容串联后的额定电压2UN。
交流电流流过无极电容时，电流会在其内部的等效串联电阻上产生功耗。如果功耗过大，温升过高，电解液气化产生的压力会使电容爆裂。