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电容

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电容

2019-10-21


电容,电容器的简称,是电子设备中大量使用的电子元件之一,广泛应用于隔直、耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换、控制电路等方面。
直插铝电解电容



电容(Capacitance)亦称作“电容量”,是指在给定电位差下的电荷储藏量,记为C,国际单位是法拉(F)。一般来说,电荷在电场中会受力而移动,当导体之间有了介质,则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上,造成电荷的累积储存,储存的电荷量则称为电容。因电容是电子设备中大量使用的电子元件之一,所以广泛应用于隔直、耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换、控制电路等方面。电容分为,电解电容,固体电容等

CBB电容

螺栓电容

主要特点

在电路学里,在一定电势差(1U)下,电容器的存电荷的能力,称为电容(capacitance),标记为C。采用国际单位制,电容的单位是法拉(farad),简称法;标记为F。

电容的符号是C。

C=εS/d=εS/4πkd(真空)=Q/U

在国际单位制里,电容的单位是法拉,简称法,符号是F,由于法拉这个单位太大,所以常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)等,换算关系是:

1法拉(F)= 1000毫法(mF)=1000000微法(μF)

1微法(μF)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF)。

电容与电池容量的关系:

1伏安时=1瓦时=3600焦耳

∮w=∮0.5cuu

一个电容器,如果带1库的电量时两级间的电势差是1伏,

这个电容器的电容就是1法,即:C=Q/U 但电容的大小不是由Q(带电量)或U(电压)决定的,即:C=εS/4πkd 。其中,ε是一个电常数,S为电容极板的一个面的面积,d为电容极板的距离,k则是静电力的常量。常见的平行板电容器,电容为C=εS/d(ε为极板间介质的介电常数,S为极板面积,d为极板间的距离)。

定义式:C=Q/U

电容器的电势能计算公式:E=CU²/2=QU/2=Q²/2C

多电容器并联计算公式:C=C1+C2+C3+…+Cn

多电容器串联计算公式:1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn

三电容器串联:C=(C1*C2*C3)/(C1*C2+C2*C3+C1*C3)


理论简介

电容是指容纳电场的能力。任何静电场都是由许多个电容组成,有静电场就有电容,电容是用静电场描述的。一般认为:孤立导体与无穷远处构成电容,导体接地等效于接到无穷远处,并与大地连接成整体。

安规电容


实际应用

电子制作中需要用到各种各样的电容器,


它们在电路中分别起着不同的作用。顾名思义,电容器就是“储存电荷的容器”。尽管电容器品种繁多,但它们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质(固体、气体或液体)所隔开,就构成了电容器。两片金属称为极板,中间的物质叫做介质。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容,Z多见的是电解电容和瓷片电容。


不同的电容器储存电荷的能力也不相同。规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。


在电子线路中,电容用来通过交流而阻隔直流,也用来存储和释放电荷以充当滤波器,平滑输出脉动信号。小容量的电容,通常在高频电路中使用,如:收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有一个特点,一般1μF以上的电容均为电解电容,而1μF以下的电容多为瓷片电容,当然也有其他的,如:独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。电解电容有个铝壳,里面充满了电解质,并引出两个电极,作为正(+)、负(-)极,与其它电容器不同,它们在电路中的极性不能接错,而其他电容则没有极性。


把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上,过一会儿即使把电源断开,


两个引脚间仍然会有残留电压,电容器储存了电荷。电容器极板间建立起电压,积蓄起电能,这个过程称为电容器的充电。充好电的电容器两端有一定的电压。电容器储存的电荷向电路释放的过程,称为电容器的放电。


电子电路中,只有在电容器充电过程中,才有电流流过,充电过程结束后,电容器是不能通过直流电的,在电路中起着“隔直流”的作用。电路中,电容器常被用作耦合、旁路、滤波等,都是利用它“通交流,隔直流”的特性。交流电不仅方向往复交变,它的大小也在按规律变化。电容器接在交流电源上,电容器连续地充电、放电,电路中就会流过与交流电变化规律一致(相位不同)的充电电流和放电电流。


电容器的选用涉及到很多问题。首先是耐压的问题。加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压,电容器就会被击穿损坏。一般电解电容的耐压分档为Φ6.3V、Φ10V、Φ16V、Φ25V、Φ50V等。


       电容作用

电容器的基本作用就是阻直流通交流;充电和放电。

法拉电容

但由这种基本作用所延伸出来的许多电路现象,使得电容器有着种种不同的用途,例如:在电动马达中,用它来产生相移;在照相闪光灯中,用它来产生高能量的瞬间放电。在滤波电路中它是主要。电容器不同性质的用途尤多,这许多不同的用途,虽然也有截然不同之处,但因其作用均来自充电与放电。和其阻直流通交流的性质。


常见电容类型

耦合电容: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。

滤波电容: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。

退耦电容,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。

高频消振电容:

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。

谐振电容: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。

旁路电容: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。

中和电容: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。

定时电容: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。

积分电容: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。

微分电容: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。

补偿电容: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。

自举电容: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。

分频电容: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。

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。

调谐电容:连接在谐振电路的振荡线圈两端,起到选择振荡频率的作用。

衬垫电容:与谐振电路主电容串联的辅助性电容,调整它可使振荡信号频率范围变小,并能显著地提高低频端的振荡频率。

中和电容:并接在三极管放大器的基极与发射极之间,构成负反馈网络,以抑制三极管极间电容造成的自激振荡。

稳频电容:在振荡电路中,起稳定振荡频率的作用。

定时电容:在RC时间常数电路中与电阻R串联,共同决定充放电时间长短的电容。

加速电容:接在振荡器反馈电路中,使正反馈过程加速,提高振荡信号的幅度。

缩短电容:在UHF高频头电路中,为了缩短振荡电感器长度而串联的电容。

克拉波电容:在电容三点式振荡电路中,与电感振荡线圈串联的电容,起到消除晶体管结电容对频率稳定性影响的作用。

锡拉电容:在电容三点式振荡电路中,与电感振荡线圈两端并联的电容,起到消除晶体管结电容的影响,使振荡器在高频端容易起振。

稳幅电容:在鉴频器中,用于稳定输出信号的幅度。

预加重电容:为了避免音频调制信号在处理过程中造成对分频量衰减和丢失,而设置的RC高频分量提升网络电容。

去加重电容:为了恢复原伴音信号,要求对音频信号中经预加重所提升的高频分量和噪声一起衰减掉,设置RC在网络中的电容。

移相电容:用于改变交流信号相位的电容。

反馈电容:跨接于放大器的输入与输出端之间,使输出信号回输到输入端的电容。

降压限流电容:串联在交流回路中,利用电容对交流电的容抗特性,对交流电进行限流,从而构成分压电路。

逆程电容:用于行扫描输出电路,并接在行输出管的集电极与发射极之间,以产生高压行扫描锯齿波逆程脉冲,其耐压一般在1500伏以上。

S校正电容:串接在偏转线圈回路中,用于校正显像管边缘的延伸线性失真。

校正电容

自举升压电容:利用电容器的充、放电储能特性提升电路某点的电位,使该点电位达到供电端电压值的2倍。

亮点电容:设置在视放电路中,用于关机时消除显像管上残余亮点的电容。

软启动电容:一般接在开关电源的开关管基极上,防止在开启电源时,过大的浪涌电流或过高的峰值电压加到开关管基极上,导致开关管损坏。

启动电容:串接在单相电动机的副绕组上,为电动机提供启动移相交流电压,在电动机正常运转后与副绕组断开。

运转电容:与单相电动机的副绕组串联,为电动机副绕组提供移相交流电流。在电动机正常运行时,与副绕组保持串接。


基本术语

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:有机介质电容器、无机介质电容器、电解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、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;

5、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;

6、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;

7、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;

8、高频耦合:陶瓷电容器、云母电容器、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。

11、按照功能分:聚酯(涤纶)电容

1)符号:(CL)

电容量:40p--4μ

额定电压:63--630V

主要特点:小体积,大容量,耐热耐湿,稳定性差

应用:对稳定性和损耗要求不高的低频电路。

2)聚苯乙烯电容

符号:(CB)

电容量:10p--1μ

额定电压:100V--30KV

主要特点:稳定,低损耗,体积较大

应用:对稳定性和损耗要求较高的电路。

3)聚丙烯电容 

符号:(CBB)

电容量:1000p--10μ

额定电压:63--2000V

主要特点:性能与聚苯相似但体积小,稳定性略差

应用:代替大部分聚苯或云母电容,用于要求较高的电路。

4)云母电容 

符号:(CY)

电容量:10p--0.1μ

额定电压:100V--7kV

主要特点:价格较高,但精度、温度特性、耐热性、寿命等均较好

应用:高频振荡,脉冲等对可靠性和稳定性较高的电子装置。

5)高频瓷介电容 

符号:(CC)

电容量:1--6800p

额定电压:63--500V

主要特点:高频损耗小,稳定性好

应用:高频电路

6)低频瓷介电容 

符号:(CT)

电容量:10p--4.7μ

额定电压:50V--100V

主要特点:体积小,价廉,损耗大,稳定性差

应用:要求不高的低频电路。

7)玻璃釉电容

符号:(CI)

电容量:10p--0.1μ

额定电压:63--400V

主要特点:稳定性较好,损耗小,耐高温(200度)

应用:脉冲、耦合、旁路等电路

8)铝电解电容 

符号:(CD)

电容量:0.47--10000μ

额定电压:6.3--450V

主要特点:体积小,容量大,损耗大,漏电大,有极性,安装时要注意

应用:电源滤波,低频耦合,去耦,旁路等

9)钽电解电容

符号:(CA)

电容量:0.1--1000μ

额定电压:6.3--125V

主要特点:损耗、漏电小于铝电解电容

应用:在要求高的电路中代替铝电解电容

10)空气介质可变电容器

可变电容量:100--1500p

主要特点:损耗小,效率高;可根据要求制成直线式、直线波长式、直线频率式及对数式等。

应用:电子仪器,广播电视设备等

11)薄膜介质可变电容器

可变电容量:15--550p

主要特点:体积小,重量轻;损耗比空气介质的大。

应用:通讯,广播接收机等

12)薄膜介质微调电容器

可变电容量:1--29p

主要特点:损耗较大,体积小

应用:收录机,电子仪器等电路作电路补偿。

13)陶瓷介质微调电容器

可变电容量:0.3--22p

主要特点:损耗较小,体积较小

应用:精密调谐的高频振荡回路

14)独石电容

容量范围:0.5PF--10μF

耐压:二倍额定电压。

应用范围:广泛应用于电子精密仪器。各种小型电子设备作谐振、耦合、滤波、旁路。

独石电容的特点:电容量大、体积小、可靠性高、电容量稳定,耐高温耐湿性好等。[1]


安全防护

在电容充电后关闭电源,电容内的电荷仍可能储存很长的一段时间。此电荷足以产生电击,或是破坏相连结的仪器。一个抛弃式相机闪光模组由1.5V AA 干电池充电,看似安全,但其中的电容可能会充电到300V,300V 的电压产生的电击会使人非常疼痛,甚至可能致命。


许多电容的等效串联电阻(ESR)低,因此在短路时会产生大电流。在维修具有大电容的设备之前,需确认电容已经放电完毕。为了安全上的考量,所有大电容在组装前需要放电。若是放在基板上的电容器,可以在电容器旁并联一泄放电阻(bleeder resistor)。在正常使用的,泄放电阻的漏电流小,不会影响其他电路。而在断电时,泄放电阻可提供电容放电的路径。高压的大电容在储存时需将其端子短路,以确保其储存电荷均已放电,因为若在安装电容时,若电容突然放电,产生的电压可能会造成危险。


大型老式的油浸电容器中含有多氯联苯(poly-chlorinated biphenyl),因此丢弃时需妥善处理,若未妥善处理,多氯联苯会进入地下水中,进而污染饮用水。多氯联苯是致癌物质,微量就会对人体造成影响。若电容器的体积大,其危险性更大,需要格外小心。新的电子零件中已不含多氯联苯。


在高电压和强电流下工作的电容

高电压电容在超出其标称电压下工作时有可能发生灾难性的损坏。绝缘材料的故障可能会导致在充满油(通常这些油起隔绝空气的作用)的小单元产生电弧致使绝缘液体蒸发,引起电容凸出、破裂甚至爆炸,而爆炸会将易燃的油弄的到处都是、起火、损坏附近的设备。硬包装的圆柱状玻璃或塑料电容比起通常长方体包装的电容更容易炸裂,而后者不容易在高压下裂开。


在射频电路中和长期在强电流环境工作的电容

被用在射频电路中和长期在强电流环境工作的电容会过热,特别是电容中心的卷筒。即使外部环境温度较低,但这些热量不能及时散发出去,集聚在内部可能会迅速导致内部高热从而导致电容损坏。


在高能环境下工作的电容组

在高能环境下工作的电容组,如果其中一个出现故障,使电流突然切断,其他电容中储存的能量会涌向出故障的电容,这就即有可能出现猛烈的爆炸。


高电压真空电容

高电压真空电容即使在正确的使用时也会发出一定的X射线。适当的密封、熔融(fusing)和预防性的维护会帮助减少这些潜在的危险。


其他资料

电容(或称电容量)是表现电容器容纳电荷本领的物理量。


电容从物理学上讲,它是一种静态电荷存储介质,可能电荷会YONG久存在,这是它的特征,它的用途较广,它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、滤波、补偿、充放电、储能、隔直流等电路中。


命名方法

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1部分:名称,用字母表示,电容器用C;

第2部分:材料,用字母表示;

第3部分:分类,一般用数字表示,个别用字母表示;

第4部分:序号,用数字表示。


选用方法

低频中使用的范围较宽,可以使用高频特性比较差的;但是在高频电路中就有很大的限制,一旦选择不当会影响电路的整体工作状态;


一般的电源里用的有电解电容、和瓷片电容、但是在高频中就要使用云母等价格较贵的电容,就不可以使用绦纶的电容,和电解的电容,因为它们在高频情况下会形成电感,以致影响电路的工作精度。


特性参数

允许偏差

标称电容量是标志在电容器上的电容量。

电容器实际电容量与标称电容量的偏差称误差,在允许的偏差范围称精度。

精度等级与允许误差对应关系:00(01)-±1%、0(02)-±2%、Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、 Ⅳ-(+20%-10%)、Ⅴ-(+50%-20%)、Ⅵ-(+50%-30%)

一般电容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级,电解电容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级,根据用途选取。


绝缘电阻

直流电压加在电容上,并产生漏电电流,两者之比称为绝缘电阻。

当电容较小时,主要取决于电容的表面状态,容量>0.1uf时,主要取决于介质的性能,绝缘电阻越大越好。

电容的时间常数:为恰当的评价大容量电容的绝缘情况而引入了时间常数,他等于电容的绝缘电阻与容量的乘积。


损耗

电容在电场作用下,在单位时间内因发热所消耗的能量叫做损耗。各类电容都规定了其在某频率范围内的损耗允许值,电容的损耗主要由介质损耗,电导损耗和电容所有金属部分的电阻所引起的。 

在直流电场的作用下,电容器的损耗以漏导损耗的形式存在,一般较小,在交变电场的作用下,电容的损耗不仅与漏导有关,而且与周期性的极化建立过程有关。


频率特性

随着频率的上升,一般电容器的电容量呈现下降的规律。

大电容工作在低频电路中的阻抗较小,小电容而比较适合工作在高频环境下。


容量测定

电容器容量的简易测量方法:

其中电压表和电流表应尽可能采用精度较高的磁电系或电动系仪表。

接通电源后,应尽可能快(1-2S)记录下仪表的示值。

当电源频率为50HZ时,用下式求取被测电容器的电容量。

C=3183 I/U

式中C----被 测电容器的电容量,μF

I-----电流表读数,A;

U----电压表读数,V。    


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