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电容的种类及使用注意事项

使用电容器的类型和注意事项

电容的种类

电容器是我们电路中经常使用的电子元件。电容器实际上是作为电荷的存储器使用的。它由两个靠近的金属片组成,中间分隔为绝缘材料。各种电容器可根据不同的绝缘材料制成。云母瓷介纸介电解电容等。

纸介电容

用两片金属箔作为电极,夹在薄薄的电容纸中,卷成圆柱形或扁柱形芯,然后密封在金属壳或绝缘材料(如油漆、陶瓷、玻璃釉等)壳中。其特点是体积小,容量大。但固有电感和损耗相对较大,更适合低频。

云母电容

用金属箔或在云母片上喷洒银层作为电极板,然后压铸胶木粉或密封在环氧树脂中。其特点是介质损耗小、绝缘电阻大、温度系数小,适用于高频电路。

陶瓷电容

以陶瓷为介质,在陶瓷基底两侧喷涂银层,然后烧成银膜作为极板。其特点是体积小、耐热性好、损耗小、绝缘电阻高,但容量小,适用于高频电路。

薄膜电容

结构与纸介电容器相同,介质为聚酯或聚苯乙烯。聚酯薄膜电容器,介电常数高,体积小,容量大,稳定性好,适用于旁路电容器。 聚苯乙烯薄膜电容器,介质损耗小,绝缘电阻高,但温度系数大,可用于高频电路。

铝电解电容

它由铝圆柱形负极制成,含有液体电解质,并插入一条弯曲的铝带作为正极。它还需要直流电压处理,以形成一层氧化膜作为介质。其特点是容量大,但泄漏大,稳定性差,具有正负极性,适用于电源滤波器或低频电路。使用时,正负极不反转。

钽、铌电解电容器

以金属钽或铌为正极,以稀硫酸等配液为负极,以钽或铌表面产生的氧化膜为介质。其特点是体积小、容量大、性能稳定、使用寿命长、绝缘电阻大、温度特性好。用于要求高的设备。

半可变电容

它也被称为微调电容器。它由两组或两组中间夹有介质的小金属弹片制成。调整时,改变两块之间的距离或面积。其介质包括空气、陶瓷、云母、薄膜等。 在结构上,分为固定电容器和可变电容器。电容器对直流电阻无限,即电容器具有隔离直流的作用。

电容器对交流电的阻力受交流电频率的影响,即相同容量的电容器对不同频率的交流电具有不同的容抗性。为什么会出现这些现象? 这是因为电容器依赖它充放电功能来工作的。 首先,让我们了解一下电容器是如何隔离直流的。如下图所示: 在连接电源的瞬间,电荷电流流向电容器的电极板,电容器开始充电。当电容器两端的电压与电源电压相同时,充电停止。电路没有电流流过,所以电容器是直流的。 Alt 交流电可以通过电容器,只是一个充放电过程。如下图所示:

  • 0~ π \pi π/2电容器正向充电,有正向充电电流。电容器两端的电压极性为上正下负。0当电容器上的电压为0无电荷存在。i=C*dV/dt,此时,电容器的充电电流也是最大的。随着电容器电压的升高,电容器两端的电位差也会降低,电容器上的充电电流也会降低。
  • π \pi π/2~ π \pi π 当电容器开始放电时,有反向放电电流。电容器两端的电压极性为上正下负。
  • π \pi π~3 π \pi π/2 当电容器开始反向充电时,会有反向充电电流。电容器两端的电压极性为负下正。
  • 3 π \pi π/2~2 π \pi π 的时候电容器开始放电,有正向的放电电流。电容器两端的电压极性为上负下正。 电容器不断充放电,从而在电容器的输出端出现与输入相同的波形。 事实上,交流正弦波并非真正通过电容,而是因为电容另一端连续充放电感应到的交流电波形, 波形相位延迟。这就是所谓的通信。

增加在电容器两个极板上的交流电频率较高,电容器的充放电次数增加;充放电电流增加;也就是说,电容器对高频交流电的阻碍降低,即容抗小,否则电容器对低频交流电的容抗大,于同一频率的交流电电。电容器的容量越大,容抗就越小,容量越小,容抗就越大。

电容的参数和分类

在电子产品中,电容器是必不可少的电子器件,它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源的退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等。由于电容器的类型和结构种类比较多,因此,我们不仅需要了解各类电容器的性能指标和一般特性,而且还必须了解在给定用途下各种元件的优缺点,以及机械或环境的限制条件等。这里将对电容器的主要参数及其应用做简单说明。

  1. 标称电容量。电容器产品标出的电容量值。云母和陶瓷介质电容器的电容量较低(大约在 5000pF 以下);纸、塑料和一些陶瓷介质形式的电容器居中(大约在 0.005uF~1.0uF );通常电解电容器的容量较大。这是一个粗略的分类法。
  2. 工作温度范围。电容器设计所确定的能连续工作的环境温度范围。该范围取决于相应类别的温度极限值,如上限类别温度、下限类别温度、额定温度(可以连续施加额定电压的最高环境温度)等。电容存在温度偏移,随着温度的变化,电容的容值会发生变化。如下图: 可以看出,不同材质的电容随温度的变化量是存在差别的。有的触摸芯片调节灵敏度就是靠外接的电容设定的,我们为了保证触摸芯片在不同温度下面使用的稳定性,材质上考虑使用温漂系数小的电容,如NP0材质。
  3. 额定电压。在任一温度下,可以连续施加在电容器上的最大直流电压最大交流电压的有效值脉冲电压的峰值。电容器应用在高电压场合时,必须注意电晕的影响。电晕是由于在介质 / 电极层之间存在空隙而产生的,它除了可以产生损坏设备的寄生信号外,还会导致电容器介质击穿。在交流或脉动条件下,电晕特别容易发生。对于所有的电容器,一般在使用中应保证直流电压与交流峰值电压之和不得超过电容器的额定电压。即电容额定电压≥1.5~2倍的直流电压与交流峰值电压之和。
  4. 损耗角正切( tg δ )。施交流电压的作用下,除了会输出一定容量的无功功率Q之外,在电容器的内部介质中、在电容器的极板(铝箔)中、引线等导体中,以及在瓷瓶间的漏泄电流等都会产生一定的有功损耗功率P。通常把电容器的有功功率P与无功功率Q的比值称做为该电容器的损耗角正切,并用下式表示: tanδ=P/Q 式中:tanδ—电容器的损耗角正切(%); P—电容器的有功功率(W); Q—电容器的无功功率(var)。
  5. 电容器的温度特性。通常是以 20 ℃基准温度的电容量与有关温度的电容量的百分比表示。
  6. 使用寿命。电容器的使用寿命随温度的增加而减小。主要原因是温度加速化学反应而使介质随时间退化。
  7. 绝缘电阻。由于温升引起电子活动增加,因此温度升高将使绝缘电阻降低。
  8. 纹波电流。波电流或电压是指的电流中的高次谐波成分,会带来电流或电压幅值的变化,可能导致击穿,由于是交流成分,会在电容上发生耗散,如果电流的纹波成分过大,超过了电容的最大容许纹波电流,会导致电容烧毁。 额定纹波电流 IRAC 又称为最大允许纹波电流。其定义为:在最高工作温度条件下电容器最大所能承受的交流纹波电流有效值。并且指定的纹波为标准频率(一般为 100Hz–120Hz )的正弦波。 当纹波电流增大的时候,即使在 ESR 保持不变的情况下,纹波电压也会成倍提高。换言之,当纹波电压增大时,纹波电流也随之增大,这也是要求电容具备更低 ESR 值的原因。叠加入纹波电流后,由于电容内部的等效串连电阻(ESR)引起发热,从而影响到电容器的使用寿命。一般的,纹波电流与频率成正比,因此低频时纹波电流也比较低。

略谈电解电容

一、电解电容在电路中的作用

  1. 滤波作用,在电源电路中,整流电路将交流变成脉动的直流,而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容,利用其充放电特性,使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。在实际中,为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化,所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容。由于大容量的电解电容一般具有一定的电感,对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除,故在其两端并联了一只容量为0.001–0.lpF的电容,以滤除高频及脉冲干扰。
  2. 耦合作用:在低频信号的传递与放大过程中,为防止前后两级电路的静态工作点相互影响,常采用电容藕合.为了防止信号中韵低频分量损失过大,一般总采用容量较大的电解电容。

二、电解电容的使用注意事项

  1. 电解电容由于有正负极性,因此在电路中使用时不能颠倒联接。在电源电路中,输出正电压时电解电容的正极接电源输出端,负极接地,输出负电压时则负极接输出端,正极接地。当电源电路中的滤波电容极性接反时,因电容的滤波作用大大降低,一方面引起电源输出电压波动,另一方面又因反向通电使此时相当于一个电阻的电解电容发热。当反向电压超过某值时,电容的反向漏电电阻将变得很小,这样通电工作不久,即可使电容因过热而炸裂损坏。
  2. 加在电解电容两端的电压不能超过其允许工作电压,在设计实际电路时应根据具体情况留有一定的余量,在设计稳压电源的滤波电容时,如果交流电源电压为220~时变压器次级的整流电压可达22V,此时选择耐压为25V的电解电容一般可以满足要求.但是,假如交流电源电压波动很大且有可能上升到250V以上时,最好选择耐压30V以上的电解电容。
  3. 电解电容在电路中不应靠近大功率发热元件,以防因受热而使电解液加速干涸。

小结

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。与电阻器相似,通常简称其为电容,用字母C表示。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。两片金属称为的极板,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,最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。电容的基本单位为法拉(F)。但实际上,法拉是一个很不常用的单位,因为电容器的容量往往比1法拉小得多,常用微法(μF)、纳法(nF)、皮法(pF)(皮法又称微微法)等,它们的关系是:1法拉(F)= 1000000微法(μF) 1微法(μF)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF) 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,比如独石电容、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,我们说电容器储存了电荷。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。 举一个现实生活中的例子,我们看到市售的整流电源在拔下插头后,上面的发光二极管还会继续亮一会儿,然后逐渐熄灭,就是因为里面的电容事先存储了电能,然后释放。当然这个电容原本是用作滤波的。至于电容滤波,不知你有没有用整流电源听随身听的经历,一般低质的电源由于厂家出于节约成本考虑使用了较小容量的滤波电容,造成耳机中有嗡嗡声。这时可以在电源两端并接上一个较大容量的电解电容(1000μF,注意正极接正极),一般可以改善效果。发烧友制作HiFi音响,都要用至少1万微法以上的电容器来滤波,滤波电容越大,输出的电压波形越接近直流,而且大电容的储能作用,使得突发的大信号到来时,电路有足够的能量转换为强劲有力的音频输出。这时,大电容的作用有点像水库,使得原来汹涌的水流平滑地输出,并可以保证下游大量用水时的供应。

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