在所有實(shí)際形式的電容器中發(fā)生的電阻損耗均由幾種不同的機(jī)制組成,包括組件和觸點(diǎn)的電阻,電介質(zhì)中的粘性力以及產(chǎn)生旁路電流路徑的缺陷。
為了表達(dá)這些各種因素對(duì)電解電容器性能的影響,將它們作為等效項(xiàng)串聯(lián)電阻(ESR)集中在一起。對(duì)于電解電容器,這主要由材料接觸的電阻組成電介質(zhì)的負(fù)極。
在大多數(shù)情況下,可以通過串聯(lián)電容,電阻和電感來模擬鉭電解電容器對(duì)變化信號(hào)的響應(yīng)。電容和電阻的值在某種程度上取決于信號(hào)的頻率。但是,在任何一種頻率下,值都可以引用為
等效串聯(lián)電阻(ESR)和電容(ESC)或電感(ESL)。 ESL一部分與電容器的主體相關(guān),一部分與引線相關(guān):后者的值與電容器在其電路位置安裝時(shí)留在電容器上的引線長(zhǎng)度成正比。只要這些線索是如果保持較短,則在低于約100kHz的頻率下可以忽略電感的影響。
只要兩個(gè)導(dǎo)體被絕緣體隔開,電容就存在。 如果是鉭電容器,則陽(yáng)極是金屬鉭,通常以燒結(jié)粉末的多孔體形式存在-盡管以箔的形式,它是薄箔的普通條或蝕刻條。絕緣體是在陽(yáng)極整個(gè)表面上的一層氧化物薄層,該層的厚度與電容器的額定電壓成比例。固態(tài)鉭電容器中的第二導(dǎo)體是覆蓋所有氧化層的二氧化錳沉積層。 對(duì)于鋁箔樣式,此第二導(dǎo)體是通過電解方式固定在紙巾分離器中的。
為了連接到組件的端子,還包括其他材料。 例如,在固體電容器中,二氧化錳被碳覆蓋,然后被諸如銀的金屬覆蓋。 然后將后者通過焊接連接到負(fù)極引線或外殼。 在箔形式中,存在第二鉭箔,其與正極箔和浸漬的組織一起纏繞在其中,并因此與電解質(zhì)進(jìn)行電接觸。 通過將鎳或鎳絲焊接到陽(yáng)極上的鉭絲上來實(shí)現(xiàn)正極連接。
ESR基本上由接觸材料的電阻加上氧化物絕緣體的損耗組成。 在低頻下,氧化物損失顯著,但由于其貢獻(xiàn)隨頻率成反比減小,因此與接觸材料的電阻相比,它們終變小。
ESR與頻率之間的典型關(guān)系如圖1所示。在室溫下,氧化物損失對(duì)ESR的貢獻(xiàn)通常在500 / fC至1500 / fC之間,其中f是以赫茲為單位測(cè)量的頻率,C是電容 以微法拉為單位。
圖1. ESR與頻率之間的典型關(guān)系。
該部分受溫度的影響很小,主要作用是從室溫到125°C可能增加兩倍。 固態(tài)電容器的其余ESR的大部分是由于二氧化錳中以及二氧化錳和碳之間的電阻。在箔電容器中,這歸因于電解質(zhì)及其與負(fù)極箔的界面。
由于電阻率和幾何因素均取決于制造程序,因此對(duì)二氧化錳電阻的分析趨于復(fù)雜。 通過硝酸鹽溶液熱解生產(chǎn)的材料的二氧化錳電阻率的公開值如下
在固態(tài)電容器中,變化至少為104倍。 這部分是由于偏離立體化學(xué)計(jì)量法和各個(gè)微晶尺寸的影響。 由于陽(yáng)極孔隙率的變化,孔的大小以及孔中二氧化錳的百分比填充,使電容器與此相關(guān)。
盡管電容器和生產(chǎn)批次之間的氧化物損失基本上是恒定的,但ESR的變化幾乎總是來自二氧化錳沉積物。 電容器制造商花費(fèi)了很多努力來保持該電阻低和可重復(fù)。
一部分的二氧化碳電阻在多孔體的外部,可以認(rèn)為是真正的串聯(lián)電阻。 其余部分位于孔內(nèi)部,并產(chǎn)生電阻,該電阻會(huì)隨著距陽(yáng)極中心的距離而增加。