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电容器
作者:imefan  文章来源:本站原创  点击数  更新时间:2008-2-2 14:53:24  文章录入:imefan  责任编辑:ImEfan

 

  电容器是一种能够储存电能的元件,它是由两块互相靠近但彼此绝缘的金属片组成。两金属片之间的绝缘材料称作介质材料。电容器简称电容,用字母“C”表示。电容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。电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量,叫做电容器的电容。电容的符号是C。在国际单位制里,电容的单位是法拉,简称法,符号是F。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。

一、电容器的特性和作用

  两块金属板相对平等而不相碰就构成了一个最简单的电容器。如果将金属的两端分别接到电源的正、负极,那么接正极的金属板上的电子就会被电池的负极吸引过去,而接负极的金属板就会从电池的负极得到大量的电子,这个过程就是电容的“充电”。充电的时候,电路里瞬时有电流流动。当两块金属板所充的电压与电池电压相等时,充电停止,电路中就没有电流,这就等于将一个电阻较高的电路,接在电源上,相当于开路,这就是电容能隔直流的道理。如果把电容从电池两极断开,然后用导线将电容的两个金属板连接起来,在刚接通的一瞬间,电路便有电流流通,这个电流与原充电时的电流方向相反。随着电流的流动,金属板之间的电压,也逐渐降低,直到金属板上的电荷完全消失,这就是“放电”。如在电容两金属板上接上交流电时,因为交流的大小和方向在不断变化,电容两端也必然交换地进行充电和放电,因此,电路中就会不停的有电流流动,这就是电容能通过交流电的道理。综上所述,电容的特性是隔直流、通交流。

隔直流:作用是阻止直流通过而让交流通过。
旁路(去耦):为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。
耦合:作为两个电路之间的连接,允许交流信号通过并传输到下一级电路
滤波:将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波,接近于直流。
温度补偿:针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响,而进行补偿,改善电路的稳定性。
计时:电容器与电阻器配合使用,确定电路的时间常数。
调谐:对与频率相关的电路进行系统调谐,比如手机、收音机、电视机。
整流:在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。
储能:储存电能,用于必须要的时候释放。例如相机闪光灯,加热设备等等。
如今某些电容的储能水平已经接近锂电池的水准,一个电容储存的电能可以供一个手机使用一天。

二、电容器主要特性参数

1、标称电容量和允许偏差

  它是表示电容在一定条件下储存电能的本领,基本单位是“法拉”,简称“法”,用字母“F”表示。在实际应用中“法拉”的单位太大,一般用法拉的百万分之一作单位,称“微法”,用字母“μF”或“μ”表示,“微法”的百万分之一是“皮法”,用字母“PF”或“P”表示。
        1法拉(F)=1000000微法(μF)
        1微法(μF)=1000000皮法(PF)
  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。

 常用固定电容允许误差的等级

允许误差

±2%  ±5%  ±10%   ±20%  (+20% -30%)  (+50% -20%)  (+100%-10%)

级别

02    Ⅰ     Ⅱ       Ⅲ             Ⅳ               Ⅴ                 Ⅵ

 常用固定电容的标称容量系列

电容类别

允许误差

容量范围

标 称 容 量 系 列

纸介电容、金属化纸介电容、纸膜复合介质电容、低频(有极性)有机薄膜介质电容

±5%
±10%
±20%

100pF~1uF

1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8

1uF~100uF

1 2 4 6 8 10 15 20 30
50 60 80 100

高频(无极性)有机薄膜介质电容、瓷介电容、玻璃釉电容、云母电容

±5%

1.1 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 2.0
2.4 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.3
4.7 5.1 5.6 6.2 6.8 7.5 8.2 9.1

±10%

1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.7
3.3 3.9 4.7 5.6 6.8 8.2

±20%

1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8

铝、钽、铌、钛电解电容

±10%
±20%
+50/-20%
+100/-10%

1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8
(容量单位uF)

2、额定电压
  指电容长期、可靠、安全工作的最高电压。如超过耐压50%就有可能使绝缘介质破坏,即“击穿”。在最低环境温度和额定环境温度下可连续加在电容器的最高直流电压有效值,一般直接标注在电容器外壳上,如果工作电压超过电容器的耐压,电容器击穿,造成不可修复的永久损坏。 可变电容器、半可变电容器都用于高频电路,所以一般都不标明耐压值。

常用固定电容的直流电压系列

1.6    4   6.3   10   16   25    32*   40   50    63
100   125*   160   250   300*    400   450*   500   630   1000


3、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。
4、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。
5、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。

三、电容器容量标示

1、直标法
    用数字和单位符号直接标出。如01uF表示0.01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%-0--H、+100%-10%--R、+50%-10%--T、+30%-10%--Q、+50%-20%--S、+80%-20%--Z。

               电容的类别和符号

顺 序

类 别

名 称

简 称

称 号

第一个字母

主 称

电容器

C

 

第二个字母

 

介质材料

纸 介
电 解
云 母
高频瓷介
低频瓷介
金属化纸介
聚苯乙烯等有机薄膜
涤纶等有机薄膜




Z
D
Y
C
T
J
B
L

 

 

第三个字母以后


形 状

筒 形
管 状
立式矩形
圆片形




T
G
L
Y

结 构

密 封

M

大 小

小 型

X


颜色

绿

耐压

4V

6.3V

10V

16V

25V

32V

40V

50V

63V

 

四、电容器的型号命名方法

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。
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

序号

字母

颜色

温度系数

允许偏差

序号

字母

颜色

温度系数

允许偏差

1

A

+100

 

12

R

 

-220

2

B

+30

 

13

S

绿

 

-330

3

C

0

 

14

T

 

-470

4

G

 

 

±30

15

U

 

-750

5

H

-30

±60

16

V

 

 

-1000

6

J

 

 

±120

17

W

 

 

-1500

7

K

 

 

±250

18

X

 

 

-2200

8

L

-80

±500

19

Y

 

 

-3300

9

M

 

 

±1000

20

Z

 

 

-4700

10

N

 

 

±2500

21

SL

 

 

+350~-1000

11

P

-150

 

22

YN

 

 

-800~-5800

         备注:温度系数的单位10e -6/℃;允许偏差是 % 。

五、电容器的分类

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: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。

六、常用电容器

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

薄膜电容器
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

纸质电容器
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
 

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 

几种常用电容的结构和特点

电容种类

电 容 结 构 和 特 点

 

纸介电容

  用两片金属箔做电极,夹在极薄的电容纸中,卷成圆柱形或者扁柱形芯子,然后密封在金属壳或者绝缘材料(如火漆、陶瓷、玻璃釉等)壳中制成。它的特点是体积较小,容量可以做得较大。但是有固有电感和损耗都比较大,用于低频比较合适。

云母电容

  用金属箔或者在云母片上喷涂银层做电极板,极板和云母一层一层叠合后,再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。它的特点是介质损耗小,绝缘电阻大、温度系数小,适宜用于高频电路。

 

陶瓷电容

  用陶瓷做介质,在陶瓷基体两面喷涂银层,然后烧成银质薄膜做极板制成。它的特点是体积小,耐热性好、损耗小、绝缘电阻高,但容量小,适宜用于高频电路。
    铁电陶瓷电容容量较大,但是损耗和温度系数较大,适宜用于低频电路。

 

薄膜电容

  结构和纸介电容相同,介质是涤纶或者聚苯乙烯。涤纶薄膜电容,介电常数较高,体积小,容量大,稳定性较好,适宜做旁路电容。
  聚苯乙烯薄膜电容,介质损耗小,绝缘电阻高,但是温度系数大,可用于高频电路。

金属化纸介电容

  结构和纸介电容基本相同。它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代替金属箔,体积小,容量较大,一般用在低频电路中。

油浸纸介电容

  它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里,能增强它的耐压。它的特点是电容量大、耐压高,但是体积较大。

铝电解电容

  它是由铝圆筒做负极,里面装有液体电解质,插入一片弯曲的铝带做正极制成。还需要经过直流电压处理,使正极片上形成一层氧化膜做介质。它的特点是容量大,但是漏电大,稳定性差,有正负极性,适宜用于电源滤波或者低频电路中。使用的时候,正负极不要接反。

钽、铌电解电容

   它用金属钽或者铌做正极,用稀硫酸等配液做负极,用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。它的特点是体积小、容量大、性能稳定、寿命长、绝缘电阻大、温度特性好。用在要求较高的设备中。

半可变电容

  也叫做微调电容。它是由两片或者两组小型金属弹片,中间夹着介质制成。调节的时候改变两片之间的距离或者面积。它的介质有空气、陶瓷、云母、薄膜等。

 

可变电容

  它由一组定片和一组动片组成,它的容量随着动片的转动可以连续改变。把两组可变电容装在一起同轴转动,叫做双连。可变电容的介质有空气和聚苯乙烯两种。空气介质可变电容体积大,损耗小,多用在电子管收音机中。聚苯乙烯介质可变电容做成密封式的,体积小,

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