電子電路知識從零開始:電容

筆記本電腦 音箱 陶瓷 數學 電子電路DIY之家 電子電路DIY之家 2017-10-05

電容器(capacitor),是一種容納電荷的器件,是電子設備中大量使用的電子元件之一,任何兩個彼此絕緣且相隔很近的導體(包括導線)間都構成一個電容器。廣泛應用於電路中的隔直通交,耦合,旁路,濾波,調諧迴路,能量轉換,控制等方面。電容器容納電荷的本領為電容,用字母C表示。

電子電路知識從零開始:電容

電容

電容與電容器不同。電容為基本物理量,符號C,單位為F(法拉)。通用公式C=Q/U平行板電容器專用公式:板間電場強度E=U/d ,電容器電容決定式 C=εS/4πkd。

隨著電子信息技術的日新月異,數碼電子產品的更新換代速度越來越快,以平板電視(LCD和PDP)、 筆記本電腦、 數碼相機等產品為主的消費類電子產品產銷量持續增長,帶動了電容器產業增長。

文章有點長請耐心看完

基本簡介

定義:是由兩塊金屬電極之間夾一層絕緣電介質構成。當在兩金屬電極間加上電壓時,電極上就會存儲電荷,所以電容器是儲能元件。任何兩個彼此絕緣又相距很近的導體,組成一個電容器。平行板電容器由電容器的極板和電介質組成[1]

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電容

特點:

1.它具有充放電特性和阻止直流電流通過,允許交流電流通過的能力。

2.在充電和放電過程中,兩極板上的電荷有積累過程,也即電壓有建立過程,因此,電容器上的電壓不能突變。

電容器的充電:兩板分別帶等量異種電荷,每個極板帶電量的絕對值叫電容器的帶電量。

電容器的放電:電容器兩極正負電荷通過導線中和。在放電過程中導線上有短暫的電流產生。

3.電容器的容抗與頻率、容量之間成反比。即分析容抗大小時就得聯繫信號的頻率高低、容量大小[1]。

平行板電容器的電容公式[1]

介電常數真空εr=1,k為靜電力常量,S為兩板正對面積,d為兩板間距離。

說明:平行板電容器內的電場是勻強電場

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內部結構

2作用分析

在直流電路中,電容器是相當於斷路的。電容器是一種能夠儲藏電荷的元件,也是最常用的電子元件之一。

這得從電容器的結構上說起。最簡單的電容器是由兩端的極板和中間的 絕緣電介質(包括空氣)構成的。通電後,極板帶電,形成電壓(電勢差),但是由於中間的絕緣物質,所以整個電容器是不導電的。不過,這樣的情況是在沒有超過電容器的臨界電壓(擊穿電壓)的前提條件下的。我們知道,任何物質都是相對絕緣的,當物質兩端的電壓加大到一定程度後,物質是都可以導電的,我們稱這個電壓叫擊穿電壓。電容也不例外,電容被擊穿後,就不是絕緣體了。不過在中學階段,這樣的電壓在電路中是見不到的,所以都是在擊穿電壓以下工作的,可以被當做絕緣體看。

但是,在交流電路中,因為電流的方向是隨時間成一定的 函數關係變化的。而電容器充放電的過程是有時間的,這個時候,在極板間形成變化的 電場,而這個電場也是隨 時間變化的函數。實際上,電流是通過電場的形式在電容器間通過的。

電容器的作用:

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電容

●耦合:用在耦合電路中的電容稱為耦合電容,在阻容耦合放大器和其他電容耦合電路中大量使用這種電容電路,起隔直流通交流作用[2]

●濾波:用在濾波電路中的電容器稱為濾波電容,在電源濾波和各種濾波器電路中使用這種電容電路,濾波電容將一定頻段內的信號從總信號中去除[2]。

●退耦:用在退耦電路中的電容器稱為退耦電容,在多級放大器的直流電壓供給電路中使用這種電容電路,退耦電容消除每級放大器之間的有害低頻交連[2]。

●高頻消振:用在高頻消振電路中的電容稱為高頻消振電容,在音頻負反饋放大器中,為了消振可能出現的高頻自激,採用這種電容電路,以消除放大器可能出現的高頻嘯叫[2]。

●諧振:用在LC諧振電路中的電容器稱為諧振電容,LC並聯和串聯諧振電路中都需這種電容電路[2]。

●旁路:用在旁路電路中的電容器稱為旁路電容,電路中如果需要從信號中去掉某一頻段的信號,可以使用旁路電容電路,根據所去掉信號頻率不同,有全頻域(所有交流信號)旁路電容電路和高頻旁路電容電路[2]。

●中和:用在中和電路中的電容器稱為中和電容。在收音機高頻和中頻放大器,電視機高頻放大器中,採用這種中和電容電路,以消除自激[2]。

●定時:用在定時電路中的電容器稱為定時電容。在需要通過電容充電、放電進行時間控制的電路中使用定時電容電路,電容起控制時間常數大小的作用[2]。

●積分:用在積分電路中的電容器稱為積分電容。在電勢場掃描的同步分離電路中,採用這種積分電容電路,可以從場複合同步信號中取出場同步信號[2]。

●微分:用在微分電路中的電容器稱為微分電容。在觸發器電路中為了得到尖頂觸發信號,採用這種微分電容電路,以從各類(主要是矩形脈衝)信號中得到尖頂脈衝觸發信號[2]。

●補償:用在補償電路中的電容器稱為補償電容,在卡座的低音補償電路中,使用這種低頻補償電容電路,以提升放音信號中的低頻信號,此外,還有高頻補償電容電路[2]。

●自舉:用在自舉電路中的電容器稱為自舉電容,常用的OTL功率放大器輸出級電路採用這種自舉電容電路,以通過正反饋的方式少量提升信號的正半周幅度[2]。

●分頻:在分頻電路中的電容器稱為分頻電容,在音箱的揚聲器分頻電路中,使用分頻電容電路,以使高頻揚聲器工作在高頻段,中頻揚聲器工作在中頻段,低頻揚聲器工作在低頻段[2]。

●負載電容:是指與石英晶體諧振器一起決定負載諧振頻率的有效外界電容。負載電容常用的標準值有16pF、20pF、30pF、50pF和100pF。負載電容可以根據具體情況作適當的調整,通過調整一般可以將諧振器的工作頻率調到標稱值[2]。

型號命名

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電容

國產電容器的型號一般由四部分組成(不適用於壓敏、可變、真空電容器)。依次分別代表名稱、材料、分類和序號。

第一部分:名稱,用字母表示,電容器用C。

第二部分:材料,用字母表示。

第三部分:分類,一般用數字表示,個別用字母表示。

第四部分:序號,用數字表示。

空調配件電容器用字母表示產品的材料:A-鉭電解、B-聚苯乙烯等非極性薄膜、C-高頻陶瓷、D-鋁電解、E-其它材料電解、G-合金電解、H-複合介質、I-玻璃釉、J-金屬化紙、L-滌綸等極性有機薄膜、N-鈮電解、O-玻璃膜、Q-漆膜、T-低頻陶瓷、V-雲母紙、Y-雲母、Z-紙介

容量標示

1.直標法

用數字和單位符號直接標出。如1uF表示1微法,有些電容用“R”表示小數點,如R56表示0.56微法。

2.文字符號法

用數字和文字符號有規律的組合來表示容量。如p10表示0.1pF、1p0表示1pF、6P8表示6.8pF、2u2表示2.2uF.

3.色標法

用色環或色點表示電容器的主要參數。電容器的色標法與電阻相同。

電容器偏差標誌符號:+100%-0--H、+100%-10%--R、+50%-10%--T、+30%-10%--Q、+50%-20%--S、+80%-20%--Z

4.數學計數法:數學計數法一般是三位數字,第一位和第二位數字為有效數字,第三位數字為倍數。標值272,容量就是:27X10^2=2700pf。如果標值473,即為47X10^3=47000pf(後面的2、3,都表示10的多少次方)。又如:332=33X10^2=3300pf。電容器如何命名 各國電容器的型號命名都很不統一,國產電容器的型號一般有四部分組成(不適用於壓敏電容器、可變電容器和真空電容器)依次分別代表名稱、材料、分類和序號。

3分類劃分

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電容器

根據分析統計,電容器主要分為以下10類:

1.按照結構分三大類:固定電容器、可變電容器和微調電容器。

2.按電解質分類:有機介質電容器、無機介質電容器、電解電容器、電熱電容器和空氣介質電容器等。

3、按用途分有:高頻旁路、低頻旁路、濾波、調諧、高頻耦合、低頻耦合、小型電容器。

4.按製造材料的不同可以分為:瓷介電容、滌綸電容、電解電容、鉭電容,還有先進的聚丙烯電容等等

5.高頻旁路:陶瓷電容器、雲母電容器、玻璃膜電容器、滌綸電容器、玻璃釉電容器。

6.低頻旁路:紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器。

7、濾波:鋁電解電容器、紙介電容器、複合紙介電容器、液體鉭電容器。

8.調諧:陶瓷電容器、雲母電容器、玻璃膜電容器、聚苯乙烯電容器。

9.低耦合:紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器、固體鉭電容器。

10.小型電容:金屬化紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、聚苯乙烯電容器、固體鉭電容器、玻璃釉電容器、金屬化滌綸電容器、聚丙烯電容器、雲母電容器。

4類型說明

鋁電解電容器

用浸有糊狀電解質的吸水紙夾在兩條鋁箔中間卷繞而成,薄的化氧化膜作介質的電容器。因為氧化膜有單向導電性質,所以電解電容器具有極性。

容量大,能耐受大的脈動電流。

容量誤差大,洩漏電流大;普通的不適於在高頻和低溫下應用,不宜使用在25kHz以上頻率。

低頻旁路、信號耦合、電源濾波。

鉭電解電容器

用燒結的鉭塊作正極,電解質使用固體二氧化錳。

溫度特性、頻率特性和可靠性均優於普通電解電容器,特別是漏電流極小,貯存性良好,壽命長,容量誤差小,而且體積小,單位體積下能得到最大的電容電壓乘積。

對脈動電流的耐受能力差,若損壞易呈短路狀態。

超小型高可靠機件中。

自愈式並聯電容器

結構與紙質電容器相似,但用聚脂、聚苯乙烯等低損耗塑材作介質。

頻率特性好,介電損耗小。

不能做成大的容量,耐熱能力差。

濾波器、積分、振盪、定時電路。瓷介電容器 穿心式或支柱式結構瓷介電容器,它的一個電極就是安裝螺絲。引線電感極小,

頻率特性好,介電損耗小,有溫度補償作用。

不能做成大的容量,受振動會引起容量變化。

特別適於高頻旁路。

獨石電容器(多層陶瓷電容器)

在若干片陶瓷薄膜坯上被覆以電極槳材料,疊合後一次繞結成一塊不可分割的整體,外面再用樹脂包封而成

小體積、大容量、高可靠和耐高溫的新型電容器,高介電常數的低頻獨石電容器也具有穩定的性能,體積極小,Q值高

容量誤差較大

噪聲旁路、濾波器、積分、振盪電路紙介電容器

一般是用兩條鋁箔作為電極,中間以厚度為0.008~0.012mm的電容器紙隔開重疊卷繞而成。

製造工藝簡單,價格便宜,能得到較大的電容量

金屬化聚丙烯電容器

一般在低頻電路內,通常不能在高於3~4MHz的頻率上運用。油浸電容器的耐壓比普通紙質電容器高,穩定性也好,適用於高壓電路微調電容器(半可變電容器) 電容量可在某一小範圍內調整,並可在調整後固定於某個電容值。

瓷介微調電容器的Q值高,體積也小,通常可分為圓管式及圓片式兩種。

雲母和聚苯乙烯介質的通常都採用彈簧式東,結構簡單,但穩定性較差。

線繞瓷介微調電容器是拆銅絲〈外電極〉來變動電容量的,故容量只能變小,不適合在需反覆調試的場合使

用。

陶瓷電容器

用高介電常數的電容器陶瓷〈鈦酸鋇一氧化鈦〉擠壓成圓管、圓片或圓盤作為介質,並用燒滲法將銀鍍在陶瓷上作為電極製成。它又分高頻瓷介和低頻瓷介兩種。

具有小的正電容溫度係數的電容器,用於高穩定振盪迴路中,作為迴路電容器及墊整電容器。

低頻瓷介電容器限於在工作頻率較低的迴路中作旁路或隔直流用,或對穩定性和損耗要求不高的場合〈包括高頻在內〉。這種電容器不宜使用在脈衝電路中,因為它們易於被脈衝電壓擊穿。

高頻瓷介電容器

適用於高頻電路雲母電容器

就結構而言,可分為箔片式及被銀式。被銀式電極為直接在雲母片上用真空蒸發法或燒滲法鍍上銀層而成,由於消除了空氣間隙,溫度係數大為下降,電容穩定性也比箔片式高。

頻率特性好,Q值高,溫度係數小

不能做成大的容量

廣泛應用在高頻電器中,並可用作標準電容器玻璃釉電容器

由一種濃度適於噴塗的特殊混合物噴塗成薄膜而成,介質再以銀層電極經燒結而成"獨石"結構

性能可與雲母電容器媲美,能耐受各種氣候環境,一般可在200℃或更高溫度下工作,額定工作電壓可達500V,損耗tgδ0.0005~0.008

氣泵電容器

電容器:電子設備中充當整流器的平滑濾波、電源和退耦、交流信號的旁路、交直流電路的交流耦合等的電子元件稱為電容器。電容器包括固定電容器和可變電容器兩大類,其中固定電容器又可根據所使用的介質材料分為雲母電容器、陶瓷電容器、紙/塑料薄膜電容器、電解電容器和玻璃釉電容器等;可變電容器也可以是玻璃、空氣或陶瓷介質結構。

電容器的損耗與漏電和使用環境的溫度有極大的關係!!!

固定電容器

固定電容器的檢測方法

A.檢測10pF以下的小電容因10pF以下的固定電容器容量太小,用萬用表進行測量,只能定性的檢查其是否有漏電,內部短路或擊穿現象。測量時,可選用萬用表R×10k擋,用兩表筆分別任意接電容的兩個引腳,阻值應為無窮大。若測出阻值(指針向右擺動)為零,則說明電容漏電損壞或內部擊穿。

B.檢測10PF~001μF固定電容器是否有充電現象,進而判斷其好壞。萬用表選用R×1k擋。兩隻三極管的β值均為100以上,且穿透電流要小。可選用3DG6等型號硅三極管組成複合管。萬用表的紅和黑表筆分別與複合管的發射極e和集電極c相接。由於複合三極管的放大作用,把被測電容的充放電過程予以放大,使萬用表指針擺幅度加大,從而便於觀察。

應注意的是:在測試操作時,特別是在測較小容量的電容時,要反覆調換被測電容引腳接觸A、B兩點,才能明顯地看到萬用表指針的擺動。C對於001μF以上的固定電容,可用萬用表的R×10k擋直接測試電容器有無充電過程以及有無內部短路或漏電,並可根據指針向右擺動的幅度大小估計出電容器的容量。

5容量介紹

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電容器

電容器既然是一種儲存電荷的“容器”,就有“容量”大小的問題。為了衡量電容器儲存 電荷的能力,確定了電容量這個物理量。電容器必須在外加電壓的作用下才能儲存電荷。不同的電容器在電壓作用下儲存的電荷量也可能不相同。國際上統一規定,給電容器外加1伏特直流電壓時,它所能儲存的電荷量,為該電容器的電容量(即單位電壓下的電量),用字母C表示。電容量的基本單位為法拉(F)。在1伏特直流電壓作用下,如果電容器儲存的電荷為1庫侖,電容量就被定為1 法拉,法拉用符號F表示,1F=1Q/V。在實際應用中,電容器的電容量往往比1法拉小得多,常用較小的單位,如毫法(mF)、微法(μF)、納法(nF)、皮法(pF)等,它們的關係是:1微法等於百萬分之一法拉;1皮法等於百萬分之一微法, [3]

即:

1法拉(F)=1000毫法(mF)

1毫法(mF)=1000微法(μF)

1微法(μF)=1000納法(nF)

1納法(nF)=1000皮法(pF)

即:

1F=1000000μF

1μF=1000000pF

6充電放電

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電容

當電容器接通電源以後,在 電場力的作用下,與電源正極相接電容器極板的 自由電子將經過電源移到與電源負極相接的極板下, 正極由於失去負電荷而帶正電, 負 極由於獲得負電荷而帶負電,正,負極板所帶電荷大小相等,符號相反.電荷定 向移動形成電流,由於同性電荷的排斥作用,所以開始電流最大,以後逐漸減小,在電 荷移動過程中,電容器極板儲存的電荷不斷增加,電容器兩極板間電壓 Uc 等於 電源電 壓 U 時電荷停止移動,電流 I=0,開關閉合,通過導線的連接作用,電容器正負極板電荷中和掉. 當 K 閉合時,電容器 C 正極正電荷可以移動 負極上中和掉,負極負電荷也可以移到正極中和掉,電荷逐漸減少,表現電流減小,電壓也逐漸減小為零。

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