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电子电路知识从零开始:电容

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电容器(capacitor),是一种容纳电荷的器件,是电子设备中大量使用的电子元件之一,任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体(包括导线)间都构成一个电容器。广泛应用于电路中的隔直通交,耦合,旁路,滤波,调谐回路,能量转换,控制等方面。电容器容纳电荷的本领为电容,用字母c表示。

电容与电容器不同。电容为基本物理量,符号c,单位为f(法拉)。通用公式c=q/u平行板电容器专用公式:板间电场强度e=u/d ,电容器电容决定式 c=εs/4πkd。

随着电子信息技术的日新月异,数码电子产品的更新换代速度越来越快,以平板电视(lcd和pdp)、 笔记本电脑、 数码相机等产品为主的消费类电子产品产销量持续增长,带动了电容器产业增长。

文章有点长请耐心看完基本简介

定义:是由两块金属电极之间夹一层绝缘电介质构成。当在两金属电极间加上电压时,电极上就会存储电荷,所以电容器是储能元件。任何两个彼此绝缘又相距很近的导体,组成一个电容器。平行板电容器由电容器的极板和电介质组成[1]

特点:

1.它具有充放电特性和阻止直流电流通过,允许交流电流通过的能力。

2.在充电和放电过程中,两极板上的电荷有积累过程,也即电压有建立过程,因此,电容器上的电压不能突变。

电容器的充电:两板分别带等量异种电荷,每个极板带电量的绝对值叫电容器的带电量。

电容器的放电:电容器两极正负电荷通过导线中和。在放电过程中导线上有短暂的电流产生。

3.电容器的容抗与频率、容量之间成反比。即分析容抗大小时就得联系信号的频率高低、容量大小[1]。

平行板电容器的电容公式[1]:

介电常数真空εr=1,k为静电力常量,s为两板正对面积,d为两板间距离。

说明:平行板电容器内的电场是匀强电场

在直流电路中,电容器是相当于断路的。电容器是一种能够储藏电荷的元件,也是最常用的电子元件之一。

这得从电容器的结构上说起。最简单的电容器是由两端的极板和中间的 绝缘电介质(包括空气)构成的。通电后,极板带电,形成电压(电势差),但是由于中间的绝缘物质,所以整个电容器是不导电的。不过,这样的情况是在没有超过电容器的临界电压(击穿电压)的前提条件下的。我们知道,任何物质都是相对绝缘的,当物质两端的电压加大到一定程度后,物质是都可以导电的,我们称这个电压叫击穿电压。电容也不例外,电容被击穿后,就不是绝缘体了。不过在中学阶段,这样的电压在电路中是见不到的,所以都是在击穿电压以下工作的,可以被当做绝缘体看。

但是,在交流电路中,因为电流的方向是随时间成一定的 函数关系变化的。而电容器充放电的过程是有时间的,这个时候,在极板间形成变化的 电场,而这个电场也是随 时间变化的函数。实际上,电流是通过电场的形式在电容器间通过的。

电容器的作用:

●耦合:用在耦合电路中的电容称为耦合电容,在阻容耦合放大器和其他电容耦合电路中大量使用这种电容电路,起隔直流通交流作用[2]

●滤波:用在滤波电路中的电容器称为滤波电容,在电源滤波和各种滤波器电路中使用这种电容电路,滤波电容将一定频段内的信号从总信号中去除[2]。

●退耦:用在退耦电路中的电容器称为退耦电容,在多级放大器的直流电压供给电路中使用这种电容电路,退耦电容消除每级放大器之间的有害低频交连[2]。

●高频消振:用在高频消振电路中的电容称为高频消振电容,在音频负反馈放大器中,为了消振可能出现的高频自激,采用这种电容电路,以消除放大器可能出现的高频啸叫[2]。

●谐振:用在lc谐振电路中的电容器称为谐振电容,lc并联和串联谐振电路中都需这种电容电路[2]。

●旁路:用在旁路电路中的电容器称为旁路电容,电路中如果需要从信号中去掉某一频段的信号,可以使用旁路电容电路,根据所去掉信号频率不同,有全频域(所有交流信号)旁路电容电路和高频旁路电容电路[2]。

●中和:用在中和电路中的电容器称为中和电容。在收音机高频和中频放大器,电视机高频放大器中,采用这种中和电容电路,以消除自激[2]。

●定时:用在定时电路中的电容器称为定时电容。在需要通过电容充电、放电进行时间控制的电路中使用定时电容电路,电容起控制时间常数大小的作用[2]。

●积分:用在积分电路中的电容器称为积分电容。在电势场扫描的同步分离电路中,采用这种积分电容电路,可以从场复合同步信号中取出场同步信号[2]。

●微分:用在微分电路中的电容器称为微分电容。在触发器电路中为了得到尖顶触发信号,采用这种微分电容电路,以从各类(主要是矩形脉冲)信号中得到尖顶脉冲触发信号[2]。

●补偿:用在补偿电路中的电容器称为补偿电容,在卡座的低音补偿电路中,使用这种低频补偿电容电路,以提升放音信号中的低频信号,此外,还有高频补偿电容电路[2]。

●自举:用在自举电路中的电容器称为自举电容,常用的otl功率放大器输出级电路采用这种自举电容电路,以通过正反馈的方式少量提升信号的正半周幅度[2]。

●分频:在分频电路中的电容器称为分频电容,在音箱的扬声器分频电路中,使用分频电容电路,以使高频扬声器工作在高频段,中频扬声器工作在中频段,低频扬声器工作在低频段[2]。

●负载电容:是指与石英晶体谐振器一起决定负载谐振频率的有效外界电容。负载电容常用的标准值有16pf、20pf、30pf、50pf和100pf。负载电容可以根据具体情况作适当的调整,通过调整一般可以将谐振器的工作频率调到标称值[2]。

型号命名

国产电容器的型号一般由四部分组成(不适用于压敏、可变、真空电容器)。依次分别代表名称、材料、分类和序号。

第一部分:名称,用字母表示,电容器用c。

第二部分:材料,用字母表示。

第三部分:分类,一般用数字表示,个别用字母表示。

第四部分:序号,用数字表示。

空调配件电容器用字母表示产品的材料:a-钽电解、b-聚苯乙烯等非极性薄膜、c-高频陶瓷、d-铝电解、e-其它材料电解、g-合金电解、h-复合介质、i-玻璃釉、j-金属化纸、l-涤纶等极性有机薄膜、n-铌电解、o-玻璃膜、q-漆膜、t-低频陶瓷、v-云母纸、y-云母、z-纸介

容量标示

1.直标法

用数字和单位符号直接标出。如1uf表示1微法,有些电容用“r”表示小数点,如r56表示0.56微法。

2.文字符号法

用数字和文字符号有规律的组合来表示容量。如p10表示0.1pf、1p0表示1pf、6p8表示6.8pf、2u2表示2.2uf.

3.色标法

用色环或色点表示电容器的主要参数。电容器的色标法与电阻相同。

电容器偏差标志符号:+100?--h、+100?0?r、+50?0?t、+30?0?q、+50?0?s、+80?0?z

4.数学计数法:数学计数法一般是三位数字,第一位和第二位数字为有效数字,第三位数字为倍数。标值272,容量就是:27x10^2=2700pf。如果标值473,即为47x10^3=47000pf(后面的2、3,都表示10的多少次方)。又如:332=33x10^2=3300pf。电容器如何命名 各国电容器的型号命名都很不统一,国产电容器的型号一般有四部分组成(不适用于压敏电容器、可变电容器和真空电容器)依次分别代表名称、材料、分类和序号。

3分类划分

根据分析统计,电容器主要分为以下10类:

1.按照结构分三大类:固定电容器、可变电容器和微调电容器。

2.按电解质分类:有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器、电热电容器和空气介质电容器等。

3、按用途分有:高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合、小型电容器。

4.按制造材料的不同可以分为:瓷介电容、涤纶电容、电解电容、钽电容,还有先进的聚丙烯电容等等

5.高频旁路:陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、涤纶电容器、玻璃釉电容器。

6.低频旁路:纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器。

7、滤波:铝电解电容器、纸介电容器、复合纸介电容器、液体钽电容器。

8.调谐:陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、聚苯乙烯电容器。

9.低耦合:纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器、固体钽电容器。

10.小型电容:金属化纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、聚苯乙烯电容器、固体钽电容器、玻璃釉电容器、金属化涤纶电容器、聚丙烯电容器、云母电容器。

4类型说明

铝电解电容器

用浸有糊状电解质的吸水纸夹在两条铝箔中间卷绕而成,薄的化氧化膜作介质的电容器。因为氧化膜有单向导电性质,所以电解电容器具有极性。

容量大,能耐受大的脉动电流。

容量误差大,泄漏电流大;普通的不适于在高频和低温下应用,不宜使用在25khz以上频率。

低频旁路、信号耦合、电源滤波。

钽电解电容器

用烧结的钽块作正极,电解质使用固体二氧化锰。

温度特性、频率特性和可靠性均优于普通电解电容器,特别是漏电流极小,贮存性良好,寿命长,容量误差小,而且体积小,单位体积下能得到最大的电容电压乘积。

对脉动电流的耐受能力差,若损坏易呈短路状态。

超小型高可靠机件中。

自愈式并联电容器

结构与纸质电容器相似,但用聚脂、聚苯乙烯等低损耗塑材作介质。

频率特性好,介电损耗小。

不能做成大的容量,耐热能力差。

滤波器、积分、振荡、定时电路。瓷介电容器 穿心式或支柱式结构瓷介电容器,它的一个电极就是安装螺丝。引线电感极小,

频率特性好,介电损耗小,有温度补偿作用。

不能做成大的容量,受振动会引起容量变化。

特别适于高频旁路。

独石电容器(多层陶瓷电容器)

在若干片陶瓷薄膜坯上被覆以电极桨材料,叠合后一次绕结成一块不可分割的整体,外面再用树脂包封而成

小体积、大容量、高可靠和耐高温的新型电容器,高介电常数的低频独石电容器也具有稳定的性能,体积极小,q值高

容量误差较大

噪声旁路、滤波器、积分、振荡电路纸介电容器

一般是用两条铝箔作为电极,中间以厚度为0.008~0.012mm的电容器纸隔开重叠卷绕而成。

制造工艺简单,价格便宜,能得到较大的电容量

金属化聚丙烯电容器

一般在低频电路内,通常不能在高于3~4mhz的频率上运用。油浸电容器的耐压比普通纸质电容器高,稳定性也好,适用于高压电路微调电容器(半可变电容器) 电容量可在某一小范围内调整,并可在调整后固定于某个电容值。

瓷介微调电容器的q值高,体积也小,通常可分为圆管式及圆片式两种。

云母和聚苯乙烯介质的通常都采用弹簧式东,结构简单,但稳定性较差。

线绕瓷介微调电容器是拆铜丝〈外电极〉来变动电容量的,故容量只能变小,不适合在需反复调试的场合使

用。

陶瓷电容器

用高介电常数的电容器陶瓷〈钛酸钡一氧化钛〉挤压成圆管、圆片或圆盘作为介质,并用烧渗法将银镀在陶瓷上作为电极制成。它又分高频瓷介和低频瓷介两种。

具有小的正电容温度系数的电容器,用于高稳定振荡回路中,作为回路电容器及垫整电容器。

低频瓷介电容器限于在工作频率较低的回路中作旁路或隔直流用,或对稳定性和损耗要求不高的场合〈包括高频在内〉。这种电容器不宜使用在脉冲电路中,因为它们易于被脉冲电压击穿。

高频瓷介电容器

适用于高频电路云母电容器

就结构而言,可分为箔片式及被银式。被银式电极为直接在云母片上用真空蒸发法或烧渗法镀上银层而成,由于消除了空气间隙,温度系数大为下降,电容稳定性也比箔片式高。

频率特性好,q值高,温度系数小

不能做成大的容量

广泛应用在高频电器中,并可用作标准电容器玻璃釉电容器

由一种浓度适于喷涂的特殊混合物喷涂成薄膜而成,介质再以银层电极经烧结而成"独石"结构

性能可与云母电容器媲美,能耐受各种气候环境,一般可在200℃或更高温度下工作,额定工作电压可达500v,损耗tgδ0.0005~0.008

气泵电容器

电容器:电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源和退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等的电子元件称为电容器。电容器包括固定电容器和可变电容器两大类,其中固定电容器又可根据所使用的介质材料分为云母电容器、陶瓷电容器、纸/塑料薄膜电容器、电解电容器和玻璃釉电容器等;可变电容器也可以是玻璃、空气或陶瓷介质结构。

电容器的损耗与漏电和使用环境的温度有极大的关系!!!

固定电容器

固定电容器的检测方法

a.检测10pf以下的小电容因10pf以下的固定电容器容量太小,用万用表进行测量,只能定性的检查其是否有漏电,内部短路或击穿现象。测量时,可选用万用表r×10k挡,用两表笔分别任意接电容的两个引脚,阻值应为无穷大。若测出阻值(指针向右摆动)为零,则说明电容漏电损坏或内部击穿。

b.检测10pf~001μf固定电容器是否有充电现象,进而判断其好坏。万用表选用r×1k挡。两只三极管的β值均为100以上,且穿透电流要小。可选用3dg6等型号硅三极管组成复合管。万用表的红和黑表笔分别与复合管的发射极e和集电极c相接。由于复合三极管的放大作用,把被测电容的充放电过程予以放大,使万用表指针摆幅度加大,从而便于观察。

应注意的是:在测试操作时,特别是在测较小容量的电容时,要反复调换被测电容引脚接触a、b两点,才能明显地看到万用表指针的摆动。c对于001μf以上的固定电容,可用万用表的r×10k挡直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电,并可根据指针向右摆动的幅度大小估计出电容器的容量。

5容量介绍

即:

1法拉(f)=1000毫法(mf)

1毫法(mf)=1000微法(μf)

1微法(μf)=1000纳法(nf)

1纳法(nf)=1000皮法(pf)

即:

1f=1000000μf

1μf=1000000pf

6充电放电

当电容器接通电源以后,在 电场力的作用下,与电源正极相接电容器极板的 自由电子将经过电源移到与电源负极相接的极板下, 正极由于失去负电荷而带正电, 负 极由于获得负电荷而带负电,正,负极板所带电荷大小相等,符号相反.电荷定 向移动形成电流,由于同性电荷的排斥作用,所以开始电流最大,以后逐渐减小,在电 荷移动过程中,电容器极板储存的电荷不断增加,电容器两极板间电压 uc 等于 电源电 压 u 时电荷停止移动,电流 i=0,开关闭合,通过导线的连接作用,电容器正负极板电荷中和掉. 当 k 闭合时,电容器 c 正极正电荷可以移动 负极上中和掉,负极负电荷也可以移到正极中和掉,电荷逐渐减少,表现电流减小,电压也逐渐减小为零。

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