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搭建与仿真

电解电容:极性、损耗与漏电

辨认正负极,设置耐压、ESR 与漏电,完成充电、滤波和自放电实验。

在元件库找到电解电容

在元件库搜索「电解电容」,或到「进阶」分类中添加。选中后,属性面板可调整电容量、额定电压、内部串联电阻、漏电电阻和初始内部电压。

「电容」用于理想无极性电容实验;「电解电容」具有正负极,并计算内部损耗与漏电。原有电路继续使用原来的元件和参数。

正负极怎么接

“+”端接较高电位,“−”端接较低电位;负极不一定接地。实物示意图的浅色条纹标记负极,符号图也标有“+”。旋转只改变摆放方向,接线端身份不变。

电压读数按“+”减“−”计算,必须检查整个波形以及启动过程。放电时电流可以为负,这不代表反接。交流电表的有效值始终非负,判断极性请看电解电容的瞬时电压或示波器。

例如负电源输出为 −5 V、公共端为 0 V,电解电容的正极应接公共端,负极接 −5 V 输出。

五个属性如何设置

属性及范围作用与输入方法
电容量:不小于 1 fF决定储能与充放电速度;选择 μF 后输入 100,也可点击常用值。
额定电压:大于 0 V检查电压是否超限;包含直流和纹波峰值,不是稳压值。默认 16 V。
内部串联电阻 ESR:不小于 0 Ω模拟充放电电流产生的压降与损耗,默认 0.5 Ω。设为 0 可做对比。
漏电电阻:大于 0 Ω越大漏电越小;默认 1 MΩ,可在右侧切换 Ω、kΩ、MΩ。5 V 下约漏电 5 μA。0.1 MΩ 等于 100 kΩ。
初始内部电压:可正、可负、可为 0设置开始时的储能状态。正向预充电用正值;负值用于反接现象观察,并会提示。修改后停止再开始。

以上为模型的必要约束,未列上限的属性不受原滑块范围限制。不支持的输入会提示并保留原值;极端参数组合导致计算失败时请按仿真提示调整。实物参数须结合器件手册选取。

测量结果怎么看

端电压包含内部串联电阻的压降,内部储能电压是电容实际保存的状态,两者在充放电时可能不同。

串联电阻损耗约为 I²×ESR;漏电电流约为内部电压÷漏电电阻,漏电损耗约为内部电压²÷漏电电阻。面板显示瞬时损耗;储存能量为 ½CU²。

初始电压为 0 的电容充电后,电流不会完全归零,还会有漏电电流;断开外部负载后,也会通过自身漏电缓慢放电。

配套实验一:充电与内部损耗

  1. 点击「新建 → 从模板创建」,搜索「电解电容」,选择「电解电容:充电与内部损耗」。
  2. 开始仿真,选 CE1 查看属性与示波器。5 V 经 1 kΩ 为 100 μF 充电,约 0.1 秒充至 3.16 V,0.5 秒接近 5 V。
  3. 把 ESR 从 0.5 Ω 改为 100 Ω,停止后重新开始。比较端电压的起点、内部储能电压和串联电阻损耗。
  4. 额定电压改为 3 V,观察充电超过此值时的超压提示,再恢复 16 V。若将 B1 电动势改为 −5 V,会出现反向电压提示;实验后恢复 5 V。

配套实验二:漏电与自放电

  1. 新建模板「电解电容:漏电与自放电」。CE1 为 100 μF,初始电压 5 V,漏电电阻 0.1 MΩ。
  2. 开始仿真,选 CE1 观察漏电电流,选 V1 查看波形。开始时漏电约 50 μA,仿真 10 秒后电压约 1.84 V。
  3. 把漏电电阻改为 0.01 MΩ,停止后重新开始,约 1 秒就降到相同电压。这里比较的是仿真时间。

配套实验三:整流滤波

  1. 新建模板「电解电容:整流滤波」,核对 CE1 正极接二极管整流输出、负极接公共端。
  2. 运行至少 1 秒,选 V1 查看输出纹波,选 CE1 查看充电脉冲及损耗。
  3. 把容量从 100 μF 改为 470 μF,停止后重新开始,比较稳定后的纹波。再单独增大 ESR,比较输出压降和充电过程。

经典课程中的选型建议

已逐课检查经典100课,其中41课含电容,选型提示放在对应课程的接线说明中。基准电路、参数任务和原有进度保持原样。

选型对比先保存副本。另放电解电容后,重新核对接线、容量、标签、初始电压及额定电压;修改信号、负载或占空比后要重新检查极性与峰值。

课程与元件使用建议
011、012:C1;024:C1适合充放电和整流滤波;正极接较高电位,5 V 等低压练习可从 16 V 耐压开始。
028:C2;030:C1可比较输出储能与峰值保持中的漏电误差。028 的 C1 启动会反向,保留无极性。
033、034、035、038:CIN有直流偏置时可作耦合对比;正极朝基极,初始电压取原参考方向数值的相反数。034、038 的 CE 正极朝发射极;038 的 CC 正极朝前一级集电极。
072、074、075:C1可用低漏电电解电容做定时对比,正极接定时节点。漏电过大会改变定时甚至无法达到阈值。
081、083:C1;084、085:C1;087:CO可作稳压或开关电源的输出滤波对比;按启动及稳态峰值选耐压,085 可从 25 V 开始。保留其他定时、吸收和高频去耦电容。
086:C1输出为负;正极接公共端、负极接负输出,按负电压的绝对峰值选耐压。
070:CH;073:CSTART/C2;098:C1可用作漏电或启动影响对比;采样保持、消抖等场景优先考虑低漏电无极性器件。
013~016、018~020、027、046、057~058、066~069、071、076~078、080保留无极性电容:存在电压换向、启动反向,或精密滤波与振荡要求。078 的偏置旁路电容在参数实验中也可能反向。

反接、超压提示与仿真范围

反向电压或超过额定电压时,画布会出现红色提示,选中电解电容可读到原因与处理方法。修改接线或电压后重新运行,提示会随实际结果更新。

本模型计算理想电容、固定 ESR 与固定漏电电阻的组合。反接与超压仅提示,不模拟化学击穿、永久损坏、温升、寿命、容差、寄生电感或频率相关损耗;超限后的计算值不能预测实物的损坏过程。

真实电解电容反接或超压可能损坏。实验中的 ESR 和漏电默认值用于学习,不对应某个厂商型号。