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\ \ begingroup \美元

在这个问题上有过一些讨论

我认为这个问题还没有得到最终解决:

  • “事实证明,看起来像两个普通电解质的东西,实际上并不是两个普通电解质。”
  • “不,不要这样做。它也会起到电容的作用,但一旦你通过几伏特,它就会炸毁绝缘体。”
  • “有点像‘你不能用两个二极管做一个BJT’。”
  • “这是一个修补匠做不到的过程”

那么,一个非极性(NP)电解帽与两个反向串联的电解帽在电性质上是否相同呢?它不能承受同样的电压吗?当一个大电压被放置在组合上时,反向偏置帽会发生什么?除了尺寸之外,还有什么实际的限制吗?哪个极性在外面有关系吗?

我看不出有什么区别,但很多人似乎认为有区别。

简介:

正如其中一条评论中所说,有一种电化学二极管正在工作:

如果电池的温度不高,薄膜对自由电子是可渗透的,但对离子基本上是不渗透的。当薄膜下的金属处于负电位时,这个电极上就有了自由电子,电流就会流过电池的薄膜。随着极性的逆转,电解液受到负电位的影响,但由于电解液中只有离子而没有自由电子,因此电流被阻挡。- - - - - -亚历山大·m·格奥尔基耶夫的《电解电容器

通常情况下,电容不能长时间反向偏压,否则会有大电流流过,“通过电化学还原破坏介质材料的中心层”:

电解液可以在短时间内承受反向偏压,但会产生很大的电流,不能作为一个很好的电容器。- - - - - -维基百科:电解电容器

然而,当你有两个背靠背,正向偏压电容阻止长时间的直流电流流动。

对钽也适用

对于反向电压漂移不可避免时的电路位置,两个类似的电容器串联“背对背”连接…将创建一个非极性电容功能…这是因为几乎所有的电路电压都通过正向偏置电容下降,所以反向偏置器件只看到一个微不足道的电压。

固体钽电容器常见问题

在钽电容器中使用的氧化物介电结构具有基本的整流特性,它阻止电流在一个方向流动,同时提供一个反方向的低电阻路径。

\ \ endgroup \美元
1
  • \ \ begingroup \美元 参见我的答案末尾的“机制”补充。 \ \ endgroup \美元
    - - - - - -拉塞尔•麦克马洪
    11月7日11点22点08分

11个答案11

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\ \ begingroup \美元

简介:

  • 是的,“极化”铝“湿电解”电容器可以合法地“背对背”连接(即与相反的极性串联),以形成一个非极性电容器。

  • C1 + C2的电容和额定电压总是相等的
    Ceffective = = C1/2 = C2/2

  • 有效= C1和C2的变化。

  • 看到“机制”这(可能)是如何工作的。


当这样做时,通常认为两个电容器具有相同的电容。
产生的电容具有每个单独电容的一半电容。
例如,如果两个× 10 uF电容串联放置,产生的电容将为5 uF。

我的结论是,产生的电容器将具有与个别电容器相同的额定电压。(我可能错了)。

我已经看到这种方法在许多场合使用了多年,更重要的是,已经看到了从许多电容器制造商的应用笔记描述的方法。见末尾的一个这样的参考。

要理解单个电容器如何正确充电,要么需要相信电容器制造商的说法(“就像它们被二极管绕过了一样”),要么需要额外的复杂性。但理解电容器的工作原理更容易。
想象两个背对背的电容,Cl充满电,Cr完全放电。
如果一个电流现在通过了串联排列,Cl然后放电到零电荷,那么Cr的反极性将导致它被充电到全电压。试图施加额外的电流并进一步放电Cl,因此它假定极性不正确将导致Cr被充电到其额定电压以上。例如,可以尝试,但这将是两个设备的外部规格。

综上所述,具体问题可以回答:

电容器串联的一些原因是什么?

可以从2个极盖创建双极盖。
只要注意平衡电压分布,OR可以使额定电压翻倍。并联电阻有时用来帮助实现平衡。

“事实证明,看起来像两个普通电解质的东西,实际上并不是两个普通电解质。”

这可以用普通的电解质来完成。

“不,不要这样做。它也会起到电容的作用,但一旦你通过几伏特,它就会炸毁绝缘体。”

如果评分不超过,工作正常。

“有点像‘你不能用两个二极管做一个BJT’。”

比较的原因被注明,但不是一个有效的原因。每个半电容仍然受制于与独立时相同的规则和要求。

“这是一个修补匠做不到的过程”

修补匠可以——完全合法。

那么,一个非极性(NP)电解帽与两个反向串联的电解帽在电性质上是否相同呢?

它可能是,但制造商通常会做出制造改变,所以有两个阳极箔,但结果是相同的。

它不能承受同样的电压吗?

额定电压为单帽电压。

当一个大电压被放置在组合上时,反向偏置帽会发生什么?

在正常运行下,没有反向偏压帽。每个帽处理交流整个完整的周期有效看到半个周期。参见我上面的解释。

除了尺寸之外,还有什么实际的限制吗?

我想不到有什么明显的限制。

哪个极性在外面有关系吗?

不。画出每顶帽子看到的东西在隔离而不考虑“外部”是什么。现在改变它们在电路中的顺序。他们看到的是一样的。

我看不出有什么区别,但很多人似乎认为有区别。

你是正确的。从“黑匣子”的角度来看,它们是相同的。


制造商的例子:

在本文档中铝电解电容器应用指南Cornell Dubilier,一个有能力和受人尊敬的电容器制造商,它说(在2.183和2.184岁)

  • 如果两个相同值的铝电解电容器串联在一起,正极或负极连接在一起,产生的单个电容器是具有一半电容的非极性电容器。

    两个电容器整流施加的电压,就像被二极管绕过一样。

    当施加电压时,极性正确的电容器获得全电压。

    在非极性铝电解电容器和电机启动铝电解电容器中,第二阳极箔取代阴极箔,以在单一情况下实现非极性电容器。

与理解整体行动相关的是第2.183页的这条评论。

  • 虽然看起来电容是在两个箔之间,但实际上电容是在阳极箔和电解质之间。

    所述正极板为阳极箔;

    电介质是阳极箔上的绝缘氧化铝;

    真正的负极板是导电的液体电解质,而阴极箔只是连接到电解质。

    这种结构提供了巨大的电容,因为蚀刻箔可以增加超过100倍的表面积,而氧化铝介电厚度不到一微米。因此产生的电容器有非常大的板面积和板是非常紧密地在一起。


补充道:

我直觉上和奥林一样,应该有必要提供一种保持正确极性的方法。在实践中,电容器似乎能很好地适应启动的“边界条件”。Cornell Dubiliers的“行为就像二极管”需要更好的理解。


机制:

我认为下面描述了这个系统是如何工作的。

正如我上面所描述的,一旦一个电容在交流波形的一个极端充满电,而另一个完全放电,那么系统将正确运行,电荷被传递到一个帽的外部“板”,穿过帽的内部板到另一个帽,并“从另一端出去”。即电荷体在两个电容器之间来回转移,并允许净电荷流通过双盖进出。到目前为止没有问题。

一个正确偏压的电容器有非常低的泄漏。
反向偏置电容有更高的泄漏,甚至可能更高。
在启动时,每个半周期有一个帽反向偏压,漏电流流动。
这样的电荷流可以驱动电容器达到适当的平衡状态。
这就是所谓的“二极管动作”——不是正式的纠正,而是错误操作偏差下的泄漏。
经过若干个循环后将达到平衡。瓶盖的反方向越“漏”,平衡速度就越快。
任何不完美或不平等都将通过这种自我调节机制得到补偿。非常整洁。

\ \ endgroup \美元
4
  • \ \ begingroup \美元 “在正常操作下没有反向偏置盖”它仍然是反向偏置一个二极管滴,不是吗? \ \ endgroup \美元
    - - - - - -endolith
    11月7日17:06
  • 4
    \ \ begingroup \美元 @endolith -不,但这么想没有问题,因为我怀疑我们中是否有人100%确定实际发生了什么。他们“像一个二极管”的说法更多的是虚张声势,而不是好的比较。我怀疑这意味着反向偏置的电解液将会非常严重地“泄漏”,并将电流通过另一个正确偏置的电容器,因此“泵系统”,直到它达到正确的平衡工作点。一旦达到平衡点(正如我在我的回答中所描述的),如果电容是相同的,系统将“完美”地运行每个电容偏压明智。 \ \ endgroup \美元
    - - - - - -拉塞尔•麦克马洪
    11月7日11点21分53分
  • 1
    \ \ begingroup \美元 @RussellMcMahon:关键是,反向偏置的二极管容易泄漏,泄漏量与电压成非线性关系,是反向电流而不是反向电压造成损坏。在没有正向泄漏的情况下,通过任何一个盖向前流动的“寿命”最大电子数量将被限制在给另一个盖充电所需的电子数量。如果一个特定的盖恰好在反向电压低于250mV时几乎没有泄漏,那么这个盖可能会有250mV的反向偏置,但是…… \ \ endgroup \美元
    - - - - - -supercat
    13年12月24日5点54分
  • 1
    \ \ begingroup \美元 ...这真的不重要。电压能保持的唯一方法是没有电流流过,如果没有电流流过就没有问题。直到所有的反向泄漏电荷流动,泄漏会影响瓶盖的性能特性,但在大多数情况下,泄漏总电荷的99%并不需要很长时间。 \ \ endgroup \美元
    - - - - - -supercat
    13年12月24日5点57分
31
\ \ begingroup \美元

我知道这已经成功地做了很久,但为什么它是有效的值得看看。

我想我应该根据Russell的回答建立一个快速模拟。主要的一点是“就像他们被二极管绕过了一样”的部分。这是一个非常粗略的近似,但它给出了可能发生的情况的图像。

双极示意图

双极模拟

I[D1]和I[D2]表示通过盖的反向电流。一开始,其中一个顶盖会获得短暂的反向电流激增,然后两个顶盖的电流都变得最小。I[C1]和I[C2]表示通过电容的电流。这满足了100Hz下0.5uF电容的预期。的容抗

$ $ \ dfrac{1}{100 \ \π\ cdot cdot 500 e ^ {9}} = 3183 $ $

所以峰值电流会是

$ $ \压裂{10}{3183}= 3.14 $ $

第三张图中浅蓝色的波是供电电压。第三个图中深蓝色和绿色的波表示每个电容器的电压(正极相对于负极)

可以看出,两者都是正确极化的。

\ \ endgroup \美元
2
  • \ \ begingroup \美元 我现在用这个电路,它工作,但是电容发热,为什么?我用的是1N5804而不是1N4148 \ \ endgroup \美元
    - - - - - -M.A.K
    17年3月14日17:26
  • \ \ begingroup \美元 @M.A。除非我搞错了,这个电路会产生等同于SMPS输出的纹波电流。如果你使用的帽子有一个高ESR,他们会降低电压就像一个电阻,因此热。 \ \ endgroup \美元
    - - - - - -GB - AE7OO
    10月20日19日20:37
20.
\ \ begingroup \美元

是的,可以将两个偏振帽组合成有效的单个非偏振帽,但有一些限制。每个单独的电帽仍然只需要看到其规格内的电压。最简单的方法是保证电源电压始终高于或低于施加在非极化盖两侧的任何电压。然后将两个极化盖背对背连接,并将一个高值电阻器连接到电源:

注意,总电容是两个独立电容的串联组合,如果它们相等,则各为一半。在上面的例子中,总有效电容是235 uF。

每个帽的电压范围也必须仔细考虑。最坏的情况取决于外部电路能做什么。例如,假设两端保持在10V,然后左端突然下降到0V。步骤结束后,中心电压为-5V,右盖处电压为15V。信号到电源上的1 MΩ阻抗也必须考虑。R1必须足够低,这样通过盖的泄漏不会增加太多的电压,但否则要尽可能高,以免负载信号。

一般来说,这种把戏应该被认为是最后的手段。由于信号通常需要双极电容,因此通常可以安排为要求较低的双极电容。近十年来,多层陶瓷盖取得了长足的发展。如果你能凑合用10 uF而不是100 uF,一个陶瓷罐可能就能做到。

\ \ endgroup \美元
12
  • \ \ begingroup \美元 我会用二极管(以防止每个电容器的反向偏置)而不是一个出血电阻,但是的,你已经覆盖得很好。 \ \ endgroup \美元
    - - - - - -杰森年代
    11月7日11时40分
  • 2
    \ \ begingroup \美元 ...但你没有遇到最坏的情况:假设两端都是0V,其中一端突然增加到10V。在R1能平衡之前,这将中间节点置于5V,并使其中一个电容反向偏移。所以我建议用二极管。它还使有效电容保持在470uF。 \ \ endgroup \美元
    - - - - - -杰森年代
    11月7日11时44分
  • 3.
    \ \ begingroup \美元 二极管不好,因为它们使系统非线性,不允许盖容易放电。 \ \ endgroup \美元
    - - - - - -奥林莱斯罗普
    11月7日11点31分
  • 3.
    \ \ begingroup \美元 @JasonS:你的意思是在每个帽子上放一个二极管,对吗?没有一个二极管对地。理论上,NP中的电容已经像二极管一样工作了。这是为什么呢? \ \ endgroup \美元
    - - - - - -endolith
    11月7日20:29
  • 1
    \ \ begingroup \美元 @JasonS:在没有正向泄漏的情况下,通过任何一个电容向后推的电子的总寿命数量将被限制在正向给另一个电容充电所需的数量。“二极管”机制是否让那些二极管快速或缓慢通过并不重要;大多数电容可以容纳大量反向流动的电子,这比充电一次所需的正向流动电子的数量要多。 \ \ endgroup \美元
    - - - - - -supercat
    13年12月24日6:06
12
\ \ begingroup \美元

请注意成对串联电容器的等效串联电阻(ESR)是原来的两倍。当元件偏离其理想模型时(接近理想/现实世界的电容器应具有不显著的电阻和阻抗),可能会产生不必要的影响(如烟雾释放)。例如,像LM78xx和LM317这样的集成电路,由于高ESR滤波器电容引入的振铃,将具有较差的调节能力

\ \ endgroup \美元
4
  • 1
    \ \ begingroup \美元 真实的。尝试在ADS7863 ADC上使用两个串联连接的1uf帽为Vref构建旁路帽,你会惊讶于你构建了一个多么美丽的振荡器…(参考本数据表图41中引脚11和12之间的470nF帽:ti.com/lit/ds/symlink/ads7863.pdf)并不是说你想在生产设计中这么做,但是我的实验室技术人员在建立测试设置时就这么做了,在排除电路板故障时我们非常惊讶。 \ \ endgroup \美元
    - - - - - -zebonaut
    11月8日11时55分
  • 5
    \ \ begingroup \美元 我是在什么时候知道那个事实的路(啊,美好的过去)。电解电容器至少因3件事而臭名昭著:它们有高ESR,通常是第一个失效的组件(热/热循环,尖峰),对实验者的不容忍(又是哪一种方式是负的?),以及……当他们失败时,会留下一堆烂摊子。但是,嘿,不时看到白色的烟花高射炮很有趣(提示:电容越大,爆炸越大)。: -) \ \ endgroup \美元
    - - - - - -shimofuri
    11月8日11点15点21分
  • \ \ begingroup \美元 我最喜欢的一个是在我重新安装了旧(我说的是30多年)高压电源后,我会把更换的过滤器帽拿出来,用双倍的反向电压撞击它们。请注意,这些东西非常大,所以……这样做有两个目的,首先它会发出很好的响声(就像在这里握住我的啤酒类型),并确保别人(过去的我儿子)不会抓住它并开始玩它(我发现他在做同样的事情(意外且不安全)。 \ \ endgroup \美元
    - - - - - -GB - AE7OO
    10月20日19日20:45
  • \ \ begingroup \美元 有人能给我简单解释一下高esr滤波电容的“振铃”吗?高esr对滤波电容电路的实际影响。 \ \ endgroup \美元
    - - - - - -panoet
    8月10日20时22:40分
9
\ \ begingroup \美元

我做了一个TTL振荡器来检查。这种讨论部分是正确的。

如果占空比接近50%,那么电容器就像内置二极管一样发挥作用,并限制负(错误方向)电压偏移。如果占空比不是50%(在我的情况下约为30%),那么负电压偏移约为0 V的一个电容和1.1 V的另一个。

除了低功率对称信号的应用,我将包括保护二极管。对于电力应用,肖特基二极管可能是值得投资的。

\ \ endgroup \美元
3.
  • 1
    \ \ begingroup \美元 在高电压和低电压期间,弦两端和中间的电压分别是多少? \ \ endgroup \美元
    - - - - - -supercat
    17年3月29日23:04
  • 1
    \ \ begingroup \美元 最后给出了一个基于第一手测量的答案。比加了二极管的SPICE运行更可信。 \ \ endgroup \美元
    - - - - - -crokusek
    10月28日18日2:27
  • \ \ begingroup \美元 请附上一份你们如何使用保护二极管的图解好吗? \ \ endgroup \美元
    - - - - - -MicroservicesOnDDD
    8月29日20时2:03分
5
\ \ begingroup \美元

是的,这是可以做到的,而且很安全,但如果你只是简单地按照某些答案中的建议去做,恐怕会有各种各样的问题。

例如,如果电阻性地将中点偏置于供电电势,那么即使电容匹配,电容器也可能暴露在1.5倍的供电电势下。任何不匹配都会增加可能的最大值,根据规格的不同,不匹配可能是很大的:甚至+/-20%表示最坏情况下的比例为1.5:1)。

依靠离子二极管的背对背连接避免了上述问题,但至少在理论上引入了一个不同的问题。电容器有可能出现与预期操作不直接相关的低泄漏;这可能会导致问题发展的时间,如果一个电容泄漏,而另一个没有。我对这种情况并不了解,但并联使用廉价的小信号二极管应该足以抑制这种效果,因为铝电解质的传导不会显著低于1.5伏(尽管我个人更喜欢长期保持在1伏)。(作为一个旁注:除了有问题的连接器,我所见过的设备故障最常见的原因是由于电解液泄漏使电路偏离了预期的偏置条件——所以,不管是否背对背,不要在电解液最大泄漏会打乱电路偏置的地方使用电解液)。

关于安全性的最后一个注意事项:使用背靠背偏压的要求表明在对之间有显著的交流信号。这意味着纹波电流;一定不要超过纹波电流额定值,还要注意(根据类型和设计)电解电容器的纹波电流额定值与频率有关

\ \ endgroup \美元
    4
    \ \ begingroup \美元

    我工作的公司多年来制造了数千台使用背靠背电解的仪器。没有任何问题。

    \ \ endgroup \美元
    1
    • 2
      \ \ begingroup \美元 我现在用的是背靠背的电解,它起作用了,但是电容器会发热,为什么?我用反转二极管为每个电容器 \ \ endgroup \美元
      - - - - - -M.A.K
      17年3月14日17:27
    1
    \ \ begingroup \美元

    这似乎是非常基本的观察分析,但当正弦波过零时,我们有两个一半,例如110V交流波从(+)到(-)峰值是220V。这意味着C1和C2交替向前和反向偏向它们的电解质。正向偏置电压穿过正向偏置电容C1为110V,然后在它们的每个正半周期(s)中分别穿过C2。从季度周期来看,这些上限在各自的第一季度正周期中充值,在第二季度周期中充值。110V对一个电容进行交替充电放电。

    但是假设两个电容的电压都是110V,一个是正向的,另一个是反向的,那么任何一个电容的电压实际上只有55V。也许这是不明智的,或者建议反向偏压电解帽,但在这种情况下,反向偏压的量只有实际应用电压(220)的一半,或者实际上是四分之一。根据最佳实践,使用额定电压至少是应用电压的两倍的瓶盖,并且永远不要超过额定电压的一半(每个瓶盖滴1/4)显然不会达到破坏点。

    \ \ endgroup \美元
    2
    • \ \ begingroup \美元 当串联瓶盖组合的电压为零时,两个瓶盖上的电压相等,大约是总成所遇到的最大电压的一半。将电压提高到这个最大值将导致一个电容的电压降为零,而另一个电容的电压上升到这个最大值。如果电压高于之前的最大值,其中一个电容就会变为负值,但由此导致的任何泄漏都会“永久”增加另一个电容的电压。 \ \ endgroup \美元
      - - - - - -supercat
      13年12月24日6:01
    • \ \ begingroup \美元 Supercat:我认为应该有人通过实际测量来确定这一点。如果任何一个C上的V都是V,并且在任何半个周期中反向偏置为零,那么我们就不用担心了。 \ \ endgroup \美元
      - - - - - -推测
      13年12月25日3:42
    1
    \ \ begingroup \美元

    我用了四个30uf的盖,所有的阴性都连接上了。一边站两个,另一边站两个。4个电容均为30uf,电压为150V。不管你怎么计算,扬声器工作了33年,直到我不得不更换组件,因为是时候重新盖帽跨界和重新泡沫低音炮。

    \ \ endgroup \美元
      0
      \ \ begingroup \美元

      记住,Q =简历。如果你有两个串联的电容器,并将电流通过电容器积分,Q将从一个电容器交替到另一个……然而,有可能在两个电容器的串联组合中有零伏,但仍然有一个非常重要的,但相等的电压,在每个电容器上。例如:+10v + -10v = 0v。

      但是等等,还有另一个需要考虑的问题。还记得你在第一节电子学课上学过的Q=CV吗?好吧,由于电解的公差可以很容易地达到20%,那么同样的Q在电容上,如果C相差20%,或者如果公差方向相反,则会导致每个电容所看到的电压峰值有非常大的差异。

      在每个电容器上放置一个二极管以消除明显反向电流的可能性是一个非常好的解决方案。在交流条件下,电容器上的电压通常会很快均衡。通过这样做,并确保您在选择电容的最大电压时是保守的,您将有一个可行的解决方案。

      唯一的其他问题是,电解质不喜欢完全充电和放电重复。在控制纹波方面,电容器制造商比通过交流要好得多,在他们的应用说明中说明了这一点。

      \ \ endgroup \美元
      3.
      • 1
        \ \ begingroup \美元 通过的交流电不会对电容器进行重复的充放电。 \ \ endgroup \美元
        - - - - - -endolith
        8月24日14时0:17分
      • \ \ begingroup \美元 怎么可能不是呢。电压从正,到零,到负,等等,等等,由于V=Q/C, Q的数量和极性必须改变,因此重复充电和放电…简单的交流电子产品。 \ \ endgroup \美元
        - - - - - -威廉
        8月28日14日2:34
      • 4
        \ \ begingroup \美元 是的,电压从正变为负,在帽子的两边.电容器能抵抗其两端电压的变化;频率越高,它们就越像短路。在交流耦合应用中,电容两端的电压是恒定的(直流偏置或0 V);两边随着信号一起上下移动。 \ \ endgroup \美元
        - - - - - -endolith
        8月28日14日13:54
      0
      \ \ begingroup \美元

      我看到了你自己的双极盖由两个相同值的背对背的电子和反向二极管组成。那是1988年,我刚从大学毕业。我不喜欢他们,发誓不做这个新的东西,广播音频产品,用它们制造数百,没有失败,所以我的老板不让我重新设计的可靠性很好所以这低纹波电流应用。科技和我所做的是测试aformentioned上限的音频精密测试集当时我们能找到的任何失真的蜜蜂的膝盖的火眼金睛来自帽。这不是我所期望的,也不是其他观看测试的人所期望的。另一方面,扬声器跨界网络经常使用双极eltec帽,这是已知的失败,并带走高音。在罕见的情况下,我替换某人的高音,我丢弃双极电和金属薄膜代替。

      \ \ endgroup \美元
      2
      • 1
        \ \ begingroup \美元 当在通带中使用时,帽具有最小的电压,因此最小的失真。两边一起上下。如果你让足够低的频率穿过它,你会看到失真。 \ \ endgroup \美元
        - - - - - -endolith
        9月20日15时18:29分
      • \ \ begingroup \美元 我们使用电子作为耦合帽,因为我们想要测试代表广播线路放大器,正在制造。我曾经也永远不会在音频滤波器中使用电子滤波器。我曾经看到有人在混合电话中使用过一个,它不是很好,15微法拉,边界返回损失。如果有人用电子作为亚音速切断,他们可以预期在切断频率附近的失真。 \ \ endgroup \美元
        - - - - - -自闭症
        9月21日15点15分

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