工程師必備電容知識(shí)筆記
第一：電容的特性(隔直通交)
電容器是一種能儲(chǔ)存電荷的容器.它是由兩片靠得較近的金屬片，中間再隔以絕緣物質(zhì)而組成的.按絕緣材料不同，可制成各種各樣的電容器.如：云母.瓷介.紙介，電解電容器等.在構(gòu)造上，又分為固定電容器和可變電容器.電容器對(duì)直流電阻力無(wú)窮大，即電容器具有隔直流作用.電容器對(duì)交流電的阻力受交流電頻率影響，即相同容量的電容器對(duì)不同頻率的交流電呈現(xiàn)不同的容抗.為開(kāi)么會(huì)出現(xiàn)這些現(xiàn)象呢'這是因?yàn)殡娙萜魇且揽克某浞烹姽δ軄?lái)工作的，電源開(kāi)關(guān)s未合上時(shí).電容器的兩片金屬板和其它普通金屬板—樣是不帶電的。當(dāng)開(kāi)關(guān)S合上時(shí)，，電容器正極板上的自由電子便被電源所吸引，并推送到負(fù)極板上面。由于電容器兩極板之間隔有絕緣材料，所以從正極板跑過(guò)來(lái)的自由電子便在負(fù)極板上面堆積起來(lái).正極板便因電子減少而帶上正電，負(fù)極板便因電子逐漸增加而帶上負(fù)電。
電容器兩個(gè)極板之間便有了電位差，當(dāng)這個(gè)電位差與電源電壓相等時(shí)，電容器的充電就停上了.此時(shí)若將電源切斷，電容器仍能保持充電電壓。對(duì)已充電的電容器，如果我們用導(dǎo)線將兩個(gè)極板連接起來(lái)，由于兩極板間存在的電位差，電子便會(huì)通過(guò)導(dǎo)線，回到正極板上，直至兩極板間的電位差為零.電容器又恢復(fù)到不帶電的中性狀態(tài),導(dǎo)線中也就沒(méi)電流了.電容器的放電過(guò)程如圖3所示.加在電容器兩個(gè)極板上的交流電頻率高，電容器的充放電次數(shù)增多;充放電電流也就增強(qiáng);也就是說(shuō).電容器對(duì)于頻率高的交流電的阻礙作用就減小,即容抗小,反之電容器對(duì)頻率低的交流電產(chǎn)生的容抗大.對(duì)于同一頻率的交流電電.電容器的容量越大，容抗就越小，容量越小,容抗就越大.
第二、:電容器的參數(shù)與分類(lèi)
在電子產(chǎn)品中，電容器是必不可少的電子器件，它在電子設(shè)備中充當(dāng)整流器的平滑濾波、電源的退耦、交流信號(hào)的旁路、交直流電路的交流耦合等。由于電容器的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)種類(lèi)比較多，因此，我們不僅需要了解各類(lèi)電容器的性能指標(biāo)和一般特性，而且還必須了解在給定用途下各種元件的優(yōu)缺點(diǎn)，以及機(jī)械或環(huán)境的限制條件等。這里將對(duì)電容器的主要參數(shù)及其應(yīng)用做簡(jiǎn)單說(shuō)明。
1. 標(biāo)稱(chēng)電容量( C R )。電容器產(chǎn)品標(biāo)出的電容量值。云母和陶瓷介質(zhì)電容器的電容量較低(大約在 5000pF 以下);紙、塑料和一些陶瓷介質(zhì)形式的電容器居中(大約在 0.005uF~1.0uF );通常電解電容器的容量較大。這是一個(gè)粗略的分類(lèi)法。
2. 類(lèi)別溫度范圍。電容器設(shè)計(jì)所確定的能連續(xù)工作的環(huán)境溫度范圍。該范圍取決于它相應(yīng)類(lèi)別的溫度極限值，如上限類(lèi)別溫度、下限類(lèi)別溫度、額定溫度(可以連續(xù)施加額定電壓的最高環(huán)境溫度)等。
3. 額定電壓( U R )。在下限類(lèi)別溫度和額定溫度之間的任一溫度下，可以連續(xù)施加在電容器上的最大直流電壓或最大交流電壓的有效值或脈沖電壓的峰值。電容器應(yīng)用在高電壓場(chǎng)和時(shí)，必須注意電暈的影響。電暈是由于在介質(zhì) / 電極層之間存在空隙而產(chǎn)生的，它除了可以產(chǎn)生損壞設(shè)備的寄生信號(hào)外，還會(huì)導(dǎo)致電容器介質(zhì)擊穿。在交流或脈動(dòng)條件下，電暈特別容易發(fā)生。對(duì)于所有的電容器，在使用中應(yīng)保證直流電壓與交流峰值電壓之和不得超過(guò)電容器的額定電壓。
4. 損耗角正切( tg δ )。在規(guī)定頻率的正弦電壓下，電容器的損耗功率除以電容器的無(wú)功功率為損耗角正切。在實(shí)際應(yīng)用中，電容器并不是一個(gè)純電容，其內(nèi)部還有等效電阻，它的簡(jiǎn)化等效電路如附圖所示。對(duì)于電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，要求 R S 愈小愈好，也就是說(shuō)要求損耗功率小，其與電容的功率的夾角要小。
5. 電容器的溫度特性。通常是以 20 ℃基準(zhǔn)溫度的電容量與有關(guān)溫度的電容量的百分比表示。
6. 使用壽命。電容器的使用壽命隨溫度的增加而減小。主要原因是溫度加速化學(xué)反應(yīng)而使介質(zhì)隨時(shí)間退化。
7. 絕緣電阻。由于溫升引起電子活動(dòng)增加，因此溫度升高將使絕緣電阻降低。 電容器包括固定電容器和可變電容器兩大類(lèi)。其中固定電容器又可根據(jù)其介質(zhì)材料分為云母電容器、陶瓷電容器、紙 / 塑料薄膜電容器、
第三、電容的類(lèi)別和符號(hào)
電容的種類(lèi)也很多，為了區(qū)別開(kāi)來(lái)，也常用幾個(gè)拉丁字母來(lái)表示電容的類(lèi)別。第一個(gè)字母C表示電容，第二個(gè)字母表示介質(zhì)材料，第三個(gè)字母以后表示形狀、結(jié)構(gòu)等。上圖是小型紙介電容，下圖是立式矩開(kāi)密封紙介電容。表1列出電容的類(lèi)別和符號(hào)。表2是常用電容的幾項(xiàng)特性。
第四: 電解電容極性的判別
不知道極性的電解電容可用萬(wàn)用表的電阻擋測(cè)量其極性。 我們知道只有電解電容的正極接電源正(電阻擋時(shí)的黑表筆)，負(fù)端接電源負(fù)(電阻擋時(shí)的紅表筆)時(shí)，電解電容的漏電流才小(漏電阻大)。反之，則電解電容的漏電流增加(漏電阻減小)。
測(cè)量時(shí)，先假定某極為“ + ”極，讓其與萬(wàn)用表的黑表筆相接，另一電極與萬(wàn)用表的紅表筆相接，記下表針停止的刻度(表針靠左阻值大)，然后將電容器放電(既兩根引線碰一下)，兩只表筆對(duì)調(diào)，重新進(jìn)行測(cè)量。兩次測(cè)量中，表針最后停留的位置靠左(阻值大)的那次，黑表筆接的就是電解電容的正極。 測(cè)量時(shí)最好選用 R*100 或 R*1K 擋。 用萬(wàn)用表判斷電容器質(zhì)量
第五、用萬(wàn)用表判斷電容器質(zhì)量
視電解電容器容量大小，通常選用萬(wàn)用表的 R×10 、 R×100 、 R×1K 擋進(jìn)行測(cè)試判斷。紅、黑表筆分別接電容器的負(fù)極(每次測(cè)試前，需將電容器放電)，由表針的偏擺來(lái)判斷電容器質(zhì)量。若表針迅速向右擺起，然后慢慢向左退回原位，一般來(lái)說(shuō)電容器是好的。如果表針擺起后不再回轉(zhuǎn)，說(shuō)明電容器已經(jīng)擊穿。如果表針擺起后逐漸退回到某一位置停位，則說(shuō)明電容器已經(jīng)漏電。如果表針擺不起來(lái)，說(shuō)明電容器電解質(zhì)已經(jīng)干涸推失去容量。
有些漏電的電容器，用上述方法不易準(zhǔn)確判斷出好壞。當(dāng)電容器的耐壓值大于萬(wàn)用表內(nèi)電池電壓值時(shí)，根據(jù)電解電容器正向充電時(shí)漏電電流小，反向充電時(shí)漏電電流大的特點(diǎn)，可采用 R×10K 擋，對(duì)電容器進(jìn)行反向充電，觀察表針停留處是否穩(wěn)定(即反向漏電電流是否恒定)，由此判斷電容器質(zhì)量，準(zhǔn)確度較高。黑表筆接電容器的負(fù)極，紅表筆接電容器的正極，表針迅速擺起，然后逐漸退至某處停留不動(dòng)，則說(shuō)明電容器是好的，凡是表針在某一位置停留不穩(wěn)或停留后又逐漸慢慢向右移動(dòng)的電容器已經(jīng)漏電，不能繼續(xù)使用了。表針一般停留并穩(wěn)定在 50 - 200K 刻度范圍內(nèi)。
第六、略談電解電容
一、電解電容在電路中的作用
1，濾波作用，在電源電路中，整流電路將交流變成脈動(dòng)的直流，而在整流電路之后接入一個(gè)較大容量的電解電容，利用其充放電特性，使整流后的脈動(dòng)直流電壓變成相對(duì)比較穩(wěn)定的直流電壓。在實(shí)際中，為了防止電路各部分供電電壓因負(fù)載變化而產(chǎn)生變化，所以在電源的輸出端及負(fù)載的電源輸入端一般接有數(shù)十至數(shù)百微法的電解電容.由于大容量的電解電容一般具有一定的電感，對(duì)高頻及脈沖干擾信號(hào)不能有效地濾除，故在其兩端并聯(lián)了一只容量為0.001--0.lpF的電容，以濾除高頻及脈沖干擾.
2，耦合作用：在低頻信號(hào)的傳遞與放大過(guò)程中，為防止前后兩級(jí)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，常采用電容藕合.為了防止信號(hào)中韻低頻分量損失過(guò)大，一般總采用容量較大的電解電容。
二、電解電容的判斷方法
電解電容常見(jiàn)的故障有，容量減少，容量消失、擊穿短路及漏電，其中容量變化是因電解電容在使用或放置過(guò)程中其內(nèi)部的電解液逐漸干涸引起，而擊穿與漏電一般為所加的電壓過(guò)高或本身質(zhì)量不佳引起。判斷電源電容的好壞一般采用萬(wàn)用表的電阻檔進(jìn)行測(cè)量.具體方法為：將電容兩管腳短路進(jìn)行放電，用萬(wàn)用表的黑表筆接電解電容的正極。紅表筆接負(fù)極(對(duì)指針式萬(wàn)用表，用數(shù)字式萬(wàn)用表測(cè)量時(shí)表筆互調(diào))，正常時(shí)表針應(yīng)先向電阻小的方向擺動(dòng)，然后逐漸返回直至無(wú)窮大處。表針的擺動(dòng)幅度越大或返回的速度越慢，說(shuō)明電容的容量越大，反之則說(shuō)明電容的容量越小.如表針指在中間某處不再變化，說(shuō)明此電容漏電，如電阻指示值很小或?yàn)榱悖瑒t表明此電容已擊穿短路.因萬(wàn)用表使用的電池電壓一般很低，所以在測(cè)量低耐壓的電容時(shí)比較準(zhǔn)確，而當(dāng)電容的耐壓較高時(shí)，打時(shí)盡管測(cè)量正常，但加上高壓時(shí)則有可能發(fā)生漏電或擊穿現(xiàn)象.
三、電解電容的使用注意事項(xiàng)
1、電解電容由于有正負(fù)極性，因此在電路中使用時(shí)不能顛倒聯(lián)接。在電源電路中，輸出正電壓時(shí)電解電容的正極接電源輸出端，負(fù)極接地，輸出負(fù)電壓時(shí)則負(fù)極接輸出端，正極接地.當(dāng)電源電路中的濾波電容極性接反時(shí)，因電容的濾波作用大大降低，一方面引起電源輸出電壓波動(dòng)，另一方面又因反向通電使此時(shí)相當(dāng)于一個(gè)電阻的電解電容發(fā)熱.當(dāng)反向電壓超過(guò)某值時(shí)，電容的反向漏電電阻將變得很小，這樣通電工作不久，即可使電容因過(guò)熱而炸裂損壞.
2.加在電解電容兩端的電壓不能超過(guò)其允許工作電壓，在設(shè)計(jì)實(shí)際電路時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況留有一定的余量，在設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源的濾波電容時(shí)，如果交流電源電壓為220~時(shí)變壓器次級(jí)的整流電壓可達(dá)22V，此時(shí)選擇耐壓為25V的電解電容一般可以滿(mǎn)足要求.但是，假如交流電源電壓波動(dòng)很大且有可能上升到250V以上時(shí)，最好選擇耐壓30V以上的電解電容。
3，電解電容在電路中不應(yīng)靠近大功率發(fā)熱元件，以防因受熱而使電解液加速干涸.
4、對(duì)于有正負(fù)極性的信號(hào)的濾波，可采取兩個(gè)電解電容同極性串聯(lián)的方法，當(dāng)作一個(gè)無(wú)極性的電容本章小結(jié): 電子制作中需要用到各種各樣的電容器，它們?cè)陔娐分蟹謩e起著不同的作用。與電阻器相似，通常簡(jiǎn)稱(chēng)其為電容，用字母C表示。顧名思義，電容器就是“儲(chǔ)存電荷的容器”。盡管電容器品種繁多，但它們的基本結(jié)構(gòu)和原理是相同的。兩片相距很近的金屬中間被某物質(zhì)(固體、氣體或液體)所隔開(kāi)，就構(gòu)成了電容器。兩片金屬稱(chēng)為的極板，中間的物質(zhì)叫做介質(zhì)。電容器也分為容量固定的與容量可變的。但常見(jiàn)的是固定容量的電容，最多見(jiàn)的是電解電容和瓷片電容。
不同的電容器儲(chǔ)存電荷的能力也不相同。規(guī)定把電容器外加1伏特直流電壓時(shí)所儲(chǔ)存的電荷量稱(chēng)為該電容器的電容量。電容的基本單位為法拉(F)。但實(shí)際上，法拉是一個(gè)很不常用的單位，因?yàn)殡娙萜鞯娜萘客?法拉小得多，常用微法(μF)、納法(nF)、皮法(pF)(皮法又稱(chēng)微微法)等，它們的關(guān)系是：1法拉(F)= 1000000微法(μF) 1微法(μF)= 1000納法(nF)= 1000000皮法(pF) 在電子線路中，電容用來(lái)通過(guò)交流而阻隔直流，也用來(lái)存儲(chǔ)和釋放電荷以充當(dāng)濾波器，平滑輸出脈動(dòng)信號(hào)。小容量的電容，通常在高頻電路中使用，如收音機(jī)、發(fā)射機(jī)和振蕩器中。大容量的電容往往是作濾波和存儲(chǔ)電荷用。而且還有一個(gè)特點(diǎn)，一般1μF以上的電容均為電解電容，而1μF以下的電容多為瓷片電容，當(dāng)然也有其他的，比如獨(dú)石電容、滌綸電容、小容量的云母電容等。電解電容有個(gè)鋁殼，里面充滿(mǎn)了電解質(zhì)，并引出兩個(gè)電極，作為正(+)、負(fù)(-)極，與其它電容器不同，它們?cè)陔娐分械臉O性不能接錯(cuò)，而其他電容則沒(méi)有極性。
把電容器的兩個(gè)電極分別接在電源的正、負(fù)極上，過(guò)一會(huì)兒即使把電源斷開(kāi)，兩個(gè)引腳間仍然會(huì)有殘留電壓(學(xué)了以后的教程，可以用萬(wàn)用表觀察)，我們說(shuō)電容器儲(chǔ)存了電荷。電容器極板間建立起電壓，積蓄起電能，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為電容器的充電。充好電的電容器兩端有一定的電壓。電容器儲(chǔ)存的電荷向電路釋放的過(guò)程，稱(chēng)為電容器的放電。
舉一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活中的例子，我們看到市售的整流電源在拔下插頭后，上面的發(fā)光二極管還會(huì)繼續(xù)亮一會(huì)兒，然后逐漸熄滅，就是因?yàn)槔锩娴碾娙菔孪却鎯?chǔ)了電能，然后釋放。當(dāng)然這個(gè)電容原本是用作濾波的。至于電容濾波，不知你有沒(méi)有用整流電源聽(tīng)隨身聽(tīng)的經(jīng)歷，一般低質(zhì)的電源由于廠家出于節(jié)約成本考慮使用了較小容量的濾波電容，造成耳機(jī)中有嗡嗡聲。這時(shí)可以在電源兩端并接上一個(gè)較大容量的電解電容(1000μF，注意正極接正極)，一般可以改善效果。發(fā)燒友制作HiFi音響，都要用至少1萬(wàn)微法以上的電容器來(lái)濾波，濾波電容越大，輸出的電壓波形越接近直流，而且大電容的儲(chǔ)能作用，使得突發(fā)的大信號(hào)到來(lái)時(shí)，電路有足夠的能量轉(zhuǎn)換為強(qiáng)勁有力的音頻輸出。這時(shí)，大電容的作用有點(diǎn)像水庫(kù)，使得原來(lái)洶涌的水流平滑地輸出，并可以保證下游大量用水時(shí)的供應(yīng)。
電子電路中，只有在電容器充電過(guò)程中，才有電流流過(guò)，充電過(guò)程結(jié)束后，電容器是不能通過(guò)直流電的，在電路中起著“隔直流”的作用。電路中，電容器常被用作耦合、旁路、濾波等，都是利用它“通交流，隔直流”的特性。那么交流電為什么能夠通過(guò)電容器呢?我們先來(lái)看看交流電的特點(diǎn)。交流電不僅方向往復(fù)交變，它的大小也在按規(guī)律變化。電容器接在交流電源上，電容器連續(xù)地充電、放電，電路中就會(huì)流過(guò)與交流電變化規(guī)律一致的充電電流和放電電流。 電容器的選用涉及到很多問(wèn)題。首先是耐壓的問(wèn)題。加在一個(gè)電容器的兩端的電壓超過(guò)了它的額定電壓，電容器就會(huì)被擊穿損壞。一般電解電容的耐壓分檔為6.3V，10V，16V，25V，50V等
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2023-03-03
