電容器是由兩個(gè)電極及其間的介電材料構(gòu)成的_第1頁(yè)
電容器是由兩個(gè)電極及其間的介電材料構(gòu)成的_第2頁(yè)
電容器是由兩個(gè)電極及其間的介電材料構(gòu)成的_第3頁(yè)
電容器是由兩個(gè)電極及其間的介電材料構(gòu)成的_第4頁(yè)
電容器是由兩個(gè)電極及其間的介電材料構(gòu)成的_第5頁(yè)
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電容器是由兩個(gè)電極及其間的介電材料構(gòu)成的。介電材料是一種電介質(zhì),當(dāng)被置于兩塊帶有等量異性電荷的平行極板間的電場(chǎng)中時(shí),由于極化而在介質(zhì)表面產(chǎn)生極化電荷,遂使束縛在極板上的電荷相應(yīng)增加,維持極板間的電位差不變。這就是電容器具有電容特征的原因。電容器中儲(chǔ)存的電量Q等于電容量C與電極間的電位差U的乘積。電容量與極板面積和介電材料的介電常數(shù)ε成正比,與介電材料厚度(即極板間的距離)成反比。電容器利用二個(gè)導(dǎo)體之間的電場(chǎng)來(lái)儲(chǔ)存能量,二導(dǎo)體所帶的電荷大小相等,但符號(hào)相反。電力電容器按用途可分為8種:①并聯(lián)電容器。原稱移相電容器。主要用于補(bǔ)償電力系統(tǒng)感性負(fù)荷的無(wú)功功率,以提高功率因數(shù),改善電壓質(zhì)量,降低線路損耗。②串聯(lián)電容器。串聯(lián)于工頻高壓輸、配電線路中,用以補(bǔ)償線路的分布感抗,提高系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性,改善線路的電壓質(zhì)量,加長(zhǎng)送電距離和增大輸送能力。③耦合電容器。主要用于高壓電力線路的高頻通信、測(cè)量、控制、保護(hù)以及在抽取電能的裝置中作部件用。④斷路器電容器。原稱均壓電容器。并聯(lián)在超高壓斷路器斷口上起均壓作用,使各斷口間的電壓在分?jǐn)噙^(guò)程中和斷開時(shí)均勻,并可改善斷路器的滅弧特性,提高分?jǐn)嗄芰?。⑤電熱電容器。用于頻率為40~24000赫的電熱設(shè)備系統(tǒng)中,以提高功率因數(shù),改善回路的電壓或頻率等特性。⑥脈沖電容器。主要起貯能作用,用作沖擊電壓發(fā)生器、沖擊電流發(fā)生器、斷路器試驗(yàn)用振蕩回路等基本貯能元件。⑦直流和濾波電容器。用于高壓直流裝置和高壓整流濾波裝置中。⑧標(biāo)準(zhǔn)電容器。用于工頻高壓測(cè)量介質(zhì)損耗回路中,作為標(biāo)準(zhǔn)電容或用作測(cè)量高壓的電容分壓裝置.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,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,不知你有沒有用整流電源聽隨身聽的經(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題。首先是耐壓的問題。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.充電使電容器帶電(儲(chǔ)存電荷和電能)的過(guò)程稱為充電。這時(shí)電容器的兩個(gè)極板總是一個(gè)極板帶正電,另一個(gè)極板帶等量的負(fù)電。把電容器的一個(gè)極板接電源(如電池組)的正極,另一個(gè)極板接電源的負(fù)極,兩個(gè)極板就分別帶上了等量的異種電荷。充電后電容器的兩極板之間就有了電場(chǎng),充電過(guò)程把從電源獲得的電能儲(chǔ)存在電容器中。放電使充電后的電容器失去電荷(釋放電荷和電能)的過(guò)程稱為放電。例如,用一根導(dǎo)線把電容器的兩極接通,兩極上的電荷互相中和,電容器就會(huì)放出電荷和電能。放電后電容器的兩極板之間的電場(chǎng)消失,電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。在一般的電子電路中,常用電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)旁路、耦合、濾波、振蕩、相移以及波形變換等,這些作用都是其充電和放電功能的演變。電容器在電路中的作用:在直流電路中,電容器是相當(dāng)于斷路的。電容器是一種能夠儲(chǔ)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(jié)構(gòu)上說(shuō)起。最簡(jiǎn)單的電容器是由兩端的極板和中間的絕緣電介質(zhì)(包括空氣)構(gòu)成的。通電后,極板帶電,形成電壓(電勢(shì)差),但是由于中間的絕緣物質(zhì),所以整個(gè)電容器是不導(dǎo)電的。不過(guò),這樣的情況是在沒有超過(guò)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(zhì)都是相對(duì)絕緣的,當(dāng)物質(zhì)兩端的電壓加大到一定程度后,物質(zhì)是都可以導(dǎo)電的,我們稱這個(gè)電壓叫擊穿電壓。電容也不例外,電容被擊穿后,就不是絕緣體了。不過(guò)在中學(xué)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(dāng)做絕緣體看。但是,在交流電路中,因?yàn)殡娏鞯姆较蚴请S時(shí)間成一定的函數(shù)關(guān)系變化的。而電容器充放電的過(guò)程是有時(shí)間的,這個(gè)時(shí)候,在極板間形成變化的電場(chǎng),而這個(gè)電場(chǎng)也是隨時(shí)間變化的函數(shù)。實(shí)際上,電流是通過(guò)場(chǎng)的形式在電容器間通過(guò)的。在中學(xué)階段,有句話,就叫通交流,阻直流,說(shuō)的就是電容的這個(gè)性質(zhì)。旁路旁路電容是為本地器件提供能量的儲(chǔ)能器件,它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化,降低負(fù)載需求。就像小型可充電電池一樣,旁路電容能夠被充電,并向器件進(jìn)行放電。為盡量減少阻抗,旁路電容要盡量靠近負(fù)載器件的供電電源管腳和地管腳。這能夠很好地防止輸入值過(guò)大而導(dǎo)致的地電位抬高和噪聲。地電位是地連接處在通過(guò)大電流毛刺時(shí)的電壓降。去耦去耦,又稱解耦。從電路來(lái)說(shuō),總是可以區(qū)分為驅(qū)動(dòng)的源和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大,驅(qū)動(dòng)電路要把電容充電、放電,才能完成信號(hào)的跳變,在上升沿比較陡峭的時(shí)候,電流比較大,這樣驅(qū)動(dòng)的電流就會(huì)吸收很大的電源電流,由于電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的電感,會(huì)產(chǎn)生反彈),這種電流相對(duì)于正常情況來(lái)說(shuō)實(shí)際上就是一種噪聲,會(huì)影響前級(jí)的正常工作,這就是所謂的“耦合”。去耦電容就是起到一個(gè)“電池”的作用,滿足驅(qū)動(dòng)電路電流的變化,避免相互間的耦合干擾,在電路中進(jìn)一步減小電源與參考地之間的高頻干擾阻抗。將旁路電容和去藕電容結(jié)合起來(lái)將更容易理解。旁路電容實(shí)際也是去耦合的,只是旁路電容一般是指高頻旁路,也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小,根據(jù)諧振頻率一般取0.1μF、0.01μF等;而去耦合電容的容量一般較大,可能是10μF或者更大,依據(jù)電路中分布參數(shù)、以及驅(qū)動(dòng)電流的變化大小來(lái)確定。旁路是把輸入信號(hào)中的干擾作為濾除對(duì)象,而去耦是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象,防止干擾信號(hào)返回電源。這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別。濾波從理論上(即假設(shè)電容為純電容)說(shuō),電容越大,阻抗越小,通過(guò)的頻率也越高。但實(shí)際上超過(guò)1μF的電容大多為電解電容,有很大的電感成份,所以頻率高后反而阻抗會(huì)增大。有時(shí)會(huì)看到有一個(gè)電容量較大電解電容并聯(lián)了一個(gè)小電容,這時(shí)大電容通低頻,小電容通高頻。電容的作用就是通高阻低,通高頻阻低頻。電容越大低頻越不容易通過(guò)。具體用在濾波中,大電容(1000μF)濾低頻,小電容(20pF)濾高頻。曾有網(wǎng)友形象地將濾波電容比作“水塘”。由于電容的兩端電壓不會(huì)突變,由此可知,信號(hào)頻率越高則衰減越大,可很形象的說(shuō)電容像個(gè)水塘,不會(huì)因幾滴水的加入或蒸發(fā)而引起水量的變化。它把電壓的變動(dòng)轉(zhuǎn)化為電流的變化,頻率越高,峰值電流就越大,從而緩沖了電壓。濾波就是充電,放電的過(guò)程。儲(chǔ)能儲(chǔ)能型電容器通過(guò)整流器收集電荷,并將存儲(chǔ)的能量通過(guò)變換器引線傳送至電源的輸出端。電壓額定值為40~450VDC、電容值在10~220000μF之間的鋁電解電容器(如EPCOS公司的B43504或B43505系列以及Yadacon公司的CD135,CD136系列電容)是較為常用的。根據(jù)不同的電源要求,器件有時(shí)會(huì)采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式,對(duì)于功率級(jí)超過(guò)10KW的電源,通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。編輯本段基本分類1、按照結(jié)構(gòu)分三大類:固定電容器、可變電容器和微調(diào)電容器。2、按電解質(zhì)分類:有機(jī)介質(zhì)電容器、無(wú)機(jī)介質(zhì)電容器、電解電容器和空氣介質(zhì)電容器等。3、按用途分有:高頻旁路、低頻旁路、濾波、調(diào)諧、高頻耦合、低頻耦合、小型電容器。4、按制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(jìn)的聚丙烯電容等等5、高頻旁路:陶瓷電容器、云母電容器、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、復(fù)合紙介電容器、液體鉭電容器。8、調(diào)諧:陶瓷電容器、云母電容器、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、云母電容器。編輯本段發(fā)展簡(jiǎn)況最原始的電容器是1745年荷蘭萊頓大學(xué)P.穆森布羅克發(fā)明的萊頓瓶,它是玻璃電容器的雛形。1874年德國(guó)M.鮑爾發(fā)明云母電容器。1876年英國(guó)D.斐茨杰拉德發(fā)明紙介電容器。1900年意大利L.隆巴迪發(fā)明瓷介電容器。30年代人們發(fā)現(xiàn)在陶瓷中添加鈦酸鹽可使介電常數(shù)成倍增長(zhǎng),因而制造出較便宜的瓷介電容器。1921年出現(xiàn)液體鋁電解電容器,1938年前后改進(jìn)為由多孔紙浸漬電糊的干式鋁電解電容器。1949年出現(xiàn)液體燒結(jié)鉭電解電容器,1956年制成固體燒結(jié)鉭電解電容器。50年代初,晶體管發(fā)明后,元件向小型化方向發(fā)展。隨著混合集成電路的發(fā)展,又出現(xiàn)了無(wú)引線的超小型片狀電容器和其他外貼電容器。編輯本段介電材料電容器所用介電材料主要為固體,可分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)形式,無(wú)機(jī)介電材料有微晶離子結(jié)構(gòu)、無(wú)定形結(jié)構(gòu)和兩者兼有的結(jié)構(gòu)(如陶瓷、玻璃、云母等)。有機(jī)介電材料主要為共價(jià)鍵組成的高分子結(jié)構(gòu),按結(jié)構(gòu)對(duì)稱與否又可分為非極性(如聚丙烯、聚苯乙烯等)和極性(聚對(duì)苯二甲酸乙二酯等)兩類。電解電容器所用介質(zhì)是直接生長(zhǎng)在陽(yáng)極金屬上的氧化膜,也是離子型結(jié)構(gòu)。介電材料在外電場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生極化、損耗、電導(dǎo)和擊穿等現(xiàn)象,它們代表著電介質(zhì)的基本特性,而這些特性又取決于組分和分子結(jié)構(gòu)形式。非極性有機(jī)材料和離子結(jié)構(gòu)較完善而緊密的無(wú)機(jī)材料的極化,屬于快速極化類型;而極性有機(jī)材料和結(jié)構(gòu)松弛的離子晶體則屬于緩慢極化類型。前者介電常數(shù)ε較低,損耗角正切tgδ值很小,溫度、頻率特性較好,且體積電阻率也較高;后者則大致相反。工程用介電材料不是理想的電介質(zhì),具有不同程度的雜質(zhì)、缺陷和不均勻性。這是產(chǎn)生不同的體積電阻率ρV和擊穿場(chǎng)強(qiáng)Eb的原因。附表列出電容器常用介電材料的極化形式及其介電特性。編輯本段特性參數(shù)1耐壓2容量標(biāo)稱電容量和允許偏差標(biāo)稱電容量是標(biāo)志在電容器上的電容量。電容器的基本單位是法拉,簡(jiǎn)稱法(F),但是,這個(gè)單位太大,在實(shí)地標(biāo)注中很少采用。其它單位關(guān)系如下:1F=1000mF1mF=1000μF1μF=1000nF1nF=1000pF電容器實(shí)際電容量與標(biāo)稱電容量的偏差稱誤差,在允許的偏差范圍稱精度。精度等級(jí)與允許誤差對(duì)應(yīng)關(guān)系:00(01)-±1%、0(02)-±2%、Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、Ⅳ-(+20%-10%)、Ⅴ-(+50%-20%)、Ⅵ-(+50%-30%)。一般電容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí),電解電容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí),根據(jù)用途選取。額定電壓在最低環(huán)境溫度和額定環(huán)境溫度下可連續(xù)加在電容器的最高直流電壓有效值,一般直接標(biāo)注在電容器外殼上,如果工作電壓超過(guò)電容器的耐壓,電容器擊穿,造成不可修復(fù)的永久損壞。絕緣電阻直流電壓加在電容上,并產(chǎn)生漏電電流,兩者之比稱為絕緣電阻。像陶瓷電容器、薄膜電容器的話,絕緣電阻是越大越好的,而鋁電解電容之類的絕緣電阻是越小越好。電容的時(shí)間常數(shù):為恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)大容量電容的絕緣情況而引入了時(shí)間常數(shù),他等于電容的絕緣電阻與容量的乘積。損耗角正切在規(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)功功率為耗損角正切。在實(shí)際應(yīng)用中,電容器并不是一個(gè)

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