电解电容高频性能的测量尝试与分析

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1、电解电容高频性能的测量尝试与分析索杨军2001年7月20日在彩电维修中，许多故障是由电容的高频性能下降引起的。这些故障电容多数外观良好，用指针万用表测其充放电正常且不漏电，用数字电容表测其容量也正常，因而往往使人错判，维修误入歧途，只有通过代换才能真相大白。2.6V1.8VK1.5V0.6VNMLNMLKKLMN四角不光滑KLMN四角看不见图1（频率8Hz，占空系数50%，幅度2.0VP-P）【a】【b】电容的高频性能能否直观有效地测量呢？笔者进行了尝试，测量仪器选用CM-8601A数字电容表和COS5041CH示波器。将

2、示波器置于直流耦合方式，探头针接电容表正表笔，探头地接电容表负表笔。被测电容为三洋80P开关电源的脉宽调制故障电容C314(47μF／50V)和同规格的正常电容。将电容表置于2000μF档，测得的正常电容和故障电容波形分别示于图1的【a】和【b】。由图1可见两者有明显差别：在波形剧变处，故障电容从0.6V充电至1.5V，或从2.6V放电至1.8V几乎不需要时间。之所以说不需要时间，是因为这两段波形轨迹在示波器上因速度太快而看不见，这表明在此瞬间故障电容的容量几乎为零。7由于波形发生剧变的瞬间，频率最高，所以称故障电容的高频

3、性能下降是科学的。为了模拟故障电容，在正常电容上先后两次分别串接一个合适的电感或低阻值电位器，并进行了同样的测试。结果表明，串接电感的波形因有尖刺而实验失败，串接电位器实验成功。当调至16Ω时，测得的波形与图1(b)相同。至此终于搞清楚，所谓的高频性能下降，是因为电容的内电阻增大。现在有几个问题值得探讨。1.小小的16Ω电阻竟能使47μF电容在高频下容量降为零吗？一个电阻R与一个电容C的串联电路阻抗

4、Z

5、=（R2+1/（2πfC）2）1/2，在频率f很高时，电容的容抗可忽略，此时电阻反而起主导作用，而该电阻对高频信号的阻抗

6、仅仅相当于极小电容的阻抗(不考虑相位)。请参阅以下的计算：设高频信号的频率为50KHz，则47μF理想电容的容抗为：XC＝1／(2πfC)＝1／(2*3.14*50*103*47*10-6)≈0.068Ω(非常小，可忽略)该电容与16Ω电阻串联后阻抗为：Z＝（R2+XC2）1/2≈（162+0.0682）1/2≈16.000Ω(千分位为零，可见非常趋近于16Ω)这16Ω的阻抗Z在50KHz时相当于多大电容C'的阻抗XC'呢？C'的容量为：C'＝1／(2πfXC')＝1／(*3.14*50*103*16)≈1.99*10-7

7、F7＝0.199μF(不足47μF的1％)可见该47μF的故障电容在50KHz时仅仅相当于0.199μF的正常电容。此时数字电容表的测量显示值还可信吗？2.该类故障电容一般由受热引起，其变大的内电阻从何而来呢？故障电容的内电阻是由于电容引线与极板之间受热氧化后接触电阻变大吗？笔者解剖过一些故障电容，并未有此发现。因此，电容内电阻的增大必有根本性的原因。图2为电解电容的结构示意图。电介质②实际上是极薄的金属氧化膜(绝缘体)；电解质③的溶液(简称电解液，导体)是实际上的负极，还具有修补氧化膜介质的作用；金属极板④用于连接外引线

8、，不是真正的负极。笔者认为，电解电容的内电阻变大，是由于电解液电阻变大所致，有以下的一个或几个原因：一、在电容放电时，深入电容保护层内部的正极引线与正极极板的连接处可能和电解液发生了有害的化学反应，电容受热后反应越容易进行，使电解液变质，内电阻变大；二、电解液受热后溶剂可能挥发使浓度变稠，自身内电阻变大；三、电解液受热后可能发生了少许泄漏而导致内电阻变大。随着电解液的变质、变稠、泄漏而日益干涸时，其内电阻不断增大，氧化膜介质因得不到有效的养护与修补，出现了孔洞、裂缝等缺陷，故导致电容介质的漏电阻不断减小，此时电容低频下也失

9、效。7以“海尔”HP－2998B彩电场滤波电容C407（220μF／35Ｖ）为例（高频性能下降后，图像上有水波纹干扰，换台瞬间有回扫线；继续恶化严重损坏失效后，场幅压缩），轻微损坏者同上文的C314，但严重损坏者则不同，此时数字电容表测试容量减小，指针万用表测试有漏电。如一例测试容量为120μF，漏电阻为50kΩ。用示波器观察测试波形，同正常120μF电容波形有天地之别，可见其不论是高频，而且低频下实际容量也远远不够120μF，良好的120μF电容可使电路恢复正常工作更充分证明了这一点。此时高频性能下降发展为高低频均失效，

10、那么120μF的测量显示值又能说明什么问题呢？《家电维修》1999年3期5页中“当C327、C328容量分别减小为4.2μF、3.8μF时……B1上升到130.7V”也属于低频均效，其并联实际容量在此频率条件下不足10nF，远低于2μF，2000年9期13页中“结果把C3278用2.0μF电容代替后，+