電容基礎(chǔ)知識－－工程師必備電容知識筆記
第一、電容的特性(隔直通交)
電容器是一種能儲存電荷的容器。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.電容器對直流電阻力無窮大，即電容器具有隔直流作用.電容器對交流電的阻力受交流電頻率影響，即相同容量的電容器對不同頻率的交流電呈現(xiàn)不同的容抗。為什么會出現(xiàn)這些現(xiàn)象呢？這是因為電容器是依靠它的充放電功能來工作的，電源開關(guān)s未合上時.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)開關(guān)S合上時，電容器正極板上的自由電子便被電源所吸引，并推送到負極板上面。由于電容器兩極板之間隔有絕緣材料，所以從正極板跑過來的自由電子便在負極板上面堆積起來。正極板便因電子減少而帶上正電，負極板便因電子逐漸增加而帶上負電。
電容器兩個極板之間便有了電位差，當(dāng)這個電位差與電源電壓相等時，電容器的充電就停上了.此時若將電源切斷，電容器仍能保持充電電壓。對已充電的電容器，如果我們用導(dǎo)線將兩個極板連接起來，由于兩極板間存在的電位差，電子便會通過導(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)線中也就沒電流了。加在電容器兩個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。也就是說.電容器對于頻率高的交流電的阻礙作用就減小，即容抗小，反之電容器對頻率低的交流電產(chǎn)生的容抗大。對于同一頻率的交流電，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
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、交流信號的旁路、交直流電路的交流耦合等。由于電容器的類型和結(jié)構(gòu)種類比較多，因此，我們不僅需要了解各類電容器的性能指標(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，以及機械或環(huán)境的限制條件等。這里將對電容器的主要參數(shù)及其應(yīng)用做簡單說明。
1. 標(biāo)稱電容量( 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。這是一個粗略的分類法。
2. 類別溫度范圍。電容器設(shè)計所確定的能連續(xù)工作的環(huán)境溫度范圍。該范圍取決于它相應(yīng)類別的溫度極限值，如上限類別溫度、下限類別溫度、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)用在高電壓場合時，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)備的寄生信號外，還會導(dǎo)致電容器介質(zhì)擊穿。在交流或脈動條件下，電暈特別容易發(fā)生。對于所有的電容器，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功功率為損耗角正切。在實際應(yīng)用中，電容器并不是一個純電容，其內(nèi)部還有等效電阻。對于電子設(shè)備來說，要求 R S 愈小愈好，也就是說要求損耗功率小，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)隨時間退化。
7. 絕緣電阻。由于溫升引起電子活動增加，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。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、電容的類別和符號
電容的種類也很多，為了區(qū)別開來，也常用幾個拉丁字母來表示電容的類別。第一個字母C表示電容，第二個字母表示介質(zhì)材料，第三個字母以后表示形狀、結(jié)構(gòu)等。
第四、電解電容極性的判別
不知道極性的電解電容可用萬用表的電阻擋測量其極性。 我們知道只有電解電容的正極接電源正(電阻擋時的黑表筆)，負端接電源負(電阻擋時的紅表筆)時，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)。
測量時，先假定某極為“ + ”極，讓其與萬用表的黑表筆相接，另一電極與萬用表的紅表筆相接，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)，兩只表筆對調(diào)，重新進行測量。兩次測量中，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。 測量時最好選用 R*100 或 R*1K 擋。 用萬用表判斷電容器質(zhì)量
第五、用萬用表判斷電容器質(zhì)量
視電解電容器容量大小，通常選用萬用表的 R×10 、 R×100 、 R×1K 擋進行測試判斷。紅、黑表筆分別接電容器的負極(每次測試前，需將電容器放電)，由表針的偏擺來判斷電容器質(zhì)量。若表針迅速向右擺起，然后慢慢向左退回原位，一般來說電容器是好的。如果表針擺起后不再回轉(zhuǎn)，說明電容器已經(jīng)擊穿。如果表針擺起后逐漸退回到某一位置停位，則說明電容器已經(jīng)漏電。如果表針擺不起來，說明電容器電解質(zhì)已經(jīng)干涸失去容量。
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用表內(nèi)電池電壓值時，根據(jù)電解電容器正向充電時漏電電流小，反向充電時漏電電流大的特點，可采用 R×10K 擋，對電容器進行反向充電，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，則說明電容器是好的，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的直流，而在整流電路之后接入一個較大容量的電解電容，利用其充放電特性，使整流后的脈動直流電壓變成相對比較穩(wěn)定的直流電壓。在實際中，為了防止電路各部分供電電壓因負載變化而產(chǎn)生變化，所以在電源的輸出端及負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，對高頻及脈沖干擾信號不能有效地濾除，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：在低頻信號的傳遞與放大過程中，為防止前后兩級電路的靜態(tài)工作點相互影響，常采用電容藕合。為了防止信號中韻低頻分量損失過大，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用表的電阻檔進行測量.具體方法為：將電容兩管腳短路進行放電，用萬用表的黑表筆接電解電容的正極。紅表筆接負極(對指針式萬用表，用數(shù)字式萬用表測量時表筆互調(diào))，正常時表針應(yīng)先向電阻小的方向擺動，然后逐漸返回直至無窮大處。表針的擺動幅度越大或返回的速度越慢，說明電容的容量越大，反之則說明電容的容量越小。如表針指在中間某處不再變化，說明此電容漏電，如電阻指示值很小或為零，則表明此電容已擊穿短路。因萬用表使用的電池電壓一般很低，所以在測量低耐壓的電容時比較準(zhǔn)確，而當(dāng)電容的耐壓較高時，打時盡管測量正常，但加上高壓時則有可能發(fā)生漏電或擊穿現(xiàn)象。
三、電解電容的使用注意事項
1、電解電容由于有正負極性，因此在電路中使用時不能顛倒聯(lián)接。在電源電路中，輸出正電壓時電解電容的正極接電源輸出端，負極接地，輸出負電壓時則負極接輸出端，正極接地。當(dāng)電源電路中的濾波電容極性接反時，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，另一方面又因反向通電使此時相當(dāng)于一個電阻的電解電容發(fā)熱.當(dāng)反向電壓超過某值時，電容的反向漏電電阻將變得很小，這樣通電工作不久，即可使電容因過熱而炸裂損壞.
2.加在電解電容兩端的電壓不能超過其允許工作電壓，在設(shè)計實際電路時應(yīng)根據(jù)具體情況留有一定的余量，在設(shè)計穩(wěn)壓電源的濾波電容時，如果交流電源電壓為220~時變壓器次級的整流電壓可達22V，此時選擇耐壓為25V的電解電容一般可以滿足要求.但是，假如交流電源電壓波動很大且有可能上升到250V以上時，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、對于有正負極性的信號的濾波，可采取兩個電解電容同極性串聯(lián)的方法，當(dāng)作一個無極性的電容。
本章小結(jié)：
電子制作中需要用到各種各樣的電容器，它們在電路中分別起著不同的作用。與電阻器相似，通常簡稱其為電容，用字母C表示。顧名思義，電容器就是“儲存電荷的容器”。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，就構(gòu)成了電容器。兩片金屬稱為的極板，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。但常見的是固定容量的電容，最多見的是電解電容和瓷片電容。
不同的電容器儲存電荷的能力也不相同。規(guī)定把電容器外加1伏特直流電壓時所儲存的電荷量稱為該電容器的電容量。電容的基本單位為法拉(F)。但實際上，法拉是一個很不常用的單位，因為電容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法(μF)、納法(nF)、皮法(pF)(皮法又稱微微法)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，電容用來通過交流而阻隔直流，也用來存儲和釋放電荷以充當(dāng)濾波器，平滑輸出脈動信號。小容量的電容，通常在高頻電路中使用，如收音機、發(fā)射機和振蕩器中。大容量的電容往往是作濾波和存儲電荷用。而且還有一個特點，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，比如獨石電容、滌綸電容、小容量的云母電容等。電解電容有個鋁殼，里面充滿了電解質(zhì)，并引出兩個電極，作為正(+)、負(-)極，與其它電容器不同，它們在電路中的極性不能接錯，而其他電容則沒有極性。
把電容器的兩個電極分別接在電源的正、負極上，過一會兒即使把電源斷開，兩個引腳間仍然會有殘留電壓(學(xué)了以后的教程，可以用萬用表觀察)，我們說電容器儲存了電荷。電容器極板間建立起電壓，積蓄起電能，這個過程稱為電容器的充電。充好電的電容器兩端有一定的電壓。電容器儲存的電荷向電路釋放的過程，稱為電容器的放電。
舉一個現(xiàn)實生活中的例子，我們看到市售的整流電源在拔下插頭后，上面的發(fā)光二極管還會繼續(xù)亮一會兒，然后逐漸熄滅，就是因為里面的電容事先存儲了電能，然后釋放。當(dāng)然這個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，造成耳機中有嗡嗡聲。這時可以在電源兩端并接上一個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1萬微法以上的電容器來濾波，濾波電容越大，輸出的電壓波形越接近直流，而且大電容的儲能作用，使得突發(fā)的大信號到來時，電路有足夠的能量轉(zhuǎn)換為強勁有力的音頻輸出。這時，大電容的作用有點像水庫，使得原來洶涌的水流平滑地輸出，并可以保證下游大量用水時的供應(yīng)。
電子電路中，只有在電容器充電過程中，才有電流流過，充電過程結(jié)束后，電容器是不能通過直流電的，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電容器呢?我們先來看看交流電的特點。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，電路中就會流過與交流電變化規(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。加在一個電容器的兩端的電壓超過了它的額定電壓，電容器就會被擊穿損壞。一般電解電容的耐壓分檔為6.3V，10V，16V，25V，50V等
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