§1-3 電容器
很多電子產品中,電容器都是必不可少的電子元器件,它是一種儲能元件,在電路中用於調諧、濾波、耦合、旁路、能量轉換和延時等。
一、電容器與電容量
1.電容器
電容器就是儲存電荷的容器。在兩個導體之間隔以絕緣物即可構成乙個電容器。這兩個導體叫做電容器的極板,而中間的絕緣物稱為介質。電容器的圖形符號為文字元號為「c」。
2.電容量
為了衡量電容器儲存電荷本領的大小,引入電容量這一物理量,其定義為:電容器任一極板上所儲存的電荷量q與兩極板間電壓u的比值,叫做電容器的電容量,用符號「c」表示。即:
c= (1-11)
式中 q——任一極板上的電荷量,c;
u——兩極板間的電壓,v;
c——電容量,f。
在實際使用中,一般電容器的電容量都比較小,因而常用比較小的單位,如微法(μf)、納法(nf)和皮法(pf)。它們之間的換算關係為:
1μf =10-6 f
1nf =10-9 f
1pf =10-12 f
使電容器帶電的過程稱為充電,使電容器失去電荷的過程稱為放電。
電容器和電容量通常都被稱為電容,但兩者的意義不同。前者表示元件的名稱,後者表示物理量的名稱。電容器製造好以後,電容量就是乙個定值。
但不只是成品電容器中才有電容量,實際上任何兩個彼此絕緣而又互相靠近的導體之間都存在有一定的電容量。
二、電容器的種類和額定值
1.電容器的種類
電容的種類有很多,從原理上可以分為:無極性可變電容、無極性固定電容、有極性電容等;從材料上可以分為:cbb電容(聚乙烯),滌綸電容、瓷片電容、雲母電容、獨石電容、電解電容、鉭電容等;從容量是否可調可以分為:
固定電容器、可變電容器、微調電容器等。常用的幾種電容器如圖1-17所示。
圖1-17 常用的幾種電容器
2. 電容器的主要效能指標
電容器的效能指標有標稱容量、允許誤差、額定工作電壓、介質損耗和穩定性等。其中最主要的指標是電容量、允許誤差和額定工作電壓,一般都直接標在成品電容器的外殼上,常稱為電容器的標稱值。它是人們合理使用電容器的依據。
(1)額定工作電壓。電容器的工作電壓習慣稱為「耐壓值」,它是指電容器**路中能夠長期安全工作所能承受的最高直流電壓。如果在交流電路中,要注意所加的交流電壓最大值不能超過電容的直流工作電壓值。
電容器常用的耐壓有4.3v、10v、16v、25v。
(2)標稱容量和允許誤差。為了生產和選用的方便,國家規定了各種電容器的電容量的一系列標準值,稱為標稱容量,也就是在電容器上所標出的容量。
實際生產的電容器的電容量和標稱的電容量之間總是會有誤差的。根據不同的允許誤差範圍,規定電容器的精度等級。電容器的電容量允許誤差等級為五個等級:
00級表示允許誤差±1%;0級表示允許誤差±2%;ⅰ級表示允許誤差±5%;ⅱ級表示允許誤差±10%;ⅲ級表示允許誤差±20%。
3. 電容器的識別與檢測
(1)電容器的識別。直標法:在電容器體上直接標出容量、單位、允許偏差。如470μf。
文字元號法:用文字元號與數字有規律的組合來表示容量。如:
6p8表示6.8pf,4μ7表示4.7μf,1n表示1000pf,104表示100000pf即0.
1μf。
色標法:用色環或色點表示容量,一般以皮法(pf)為單位,與電阻色環規則相同。
(2)電容器的檢測。固定電容器(10pf以下的小電容)的檢測:因10pf以下的固定電容器容量太小,用萬用表進行測量,只能定性的檢查其是否有漏電,內部短路或擊穿現象。
測量時,可選用萬用表r×10k擋,用兩錶筆分別任意接電容的兩個引腳,阻值應為無窮大。若測出阻值(指標向右擺動)為零,則說明電容漏電損壞或內部擊穿。
固定電容器(大於10pf)的檢測:用萬用表的r×10k擋檢測其是否有充電現象,根據充電現象判斷電容器有無內部短路或漏電,並可根據指標向右擺動的幅度大小估計出電容器的容量。
電解電容器的檢測:將萬用表紅錶筆接負極,黑錶筆接正極(1μf~47μf間的電容,可用r×1k擋測量,大於47μf的電容可用r×100擋測量),在剛接觸的瞬間,萬用表指標即向右偏轉較大偏度(對於同一電阻擋,容量越大,擺幅越大),接著逐漸向左迴轉,直到停在某一位置。此時的阻值便是電解電容的正向漏電阻,此值略大於反向漏電阻。
實際使用經驗表明,電解電容的漏電阻一般應在幾百kω以上,否則,將不能正常工作。在測試中,若正向、反向均無充電的現象,即表針不動,則說明容量消失或內部斷路;如果所測阻值很小或為零,說明電容漏電大或已擊穿損壞,不能再使用。對於正、負極標誌不明的電解電容器,可利用上述測量漏電阻的方法加以判別。
即先任意測一下漏電阻,記住其大小,然後交換錶筆再測出乙個阻值。兩次測量中阻值大的那一次便是正向接法,即黑錶筆接的是正極,紅錶筆接的是負極。
4. 電容器的選用
在實際選用電容器時,應考慮以下幾方面的問題:
(1)電容器在電路中實際要承受的電壓不能超過它的耐壓值。在濾波電路中,電容器的耐壓值不要小於交流有效值的1.42倍。使用電解電容的時候,還要注意正、負極不要接反。
(2)不同電路應該選用不同種類的電容器。揩振迴路可以選用雲母、高頻陶瓷電容器;隔直流可以選用紙介、滌綸、雲母、電解、陶瓷等電容器;濾波可以選用電解電容;旁路可以選用滌綸、紙介、陶瓷、電解等電容器。
(3)電容器在裝入電路前要檢查它有沒有短路、斷路和漏電等現象,並且核對它的電容值。安裝的時候,要使電容器的類別、容量、耐壓等符號容易看到,以便核實。
三、電容器的串聯和併聯
實際工作中經常遇到幾隻電容器串、併聯的情況,這時與電阻一樣均可將其等效為乙個電容
1. 電容器的串聯
將幾隻電容器依次連線,構成中間無分支的連線方式,稱為電容器的串聯,如圖1-18示出了三隻電容器串聯的電路。其特點如下:
(1)電容器串聯時,各電容器上所帶的電荷量相等,即:
q1= q2= q3=……= qn= q (1-12)
(2)電容器串聯時,電路兩端的總電壓等於各電容器兩端的電壓之和,即:
u= u1+u2+ u3+……+un (1-13)
圖1-18 電容器串聯電路
(3) 電容器串聯時,電路的總電容量(即等效電容)的倒數,等於各串聯電容器電容量的倒數之和,即:
1-14)
由上可知:電容器串聯時的等效電容減小了,若串聯數越多,等效電容量則越小。電容器串聯使用時,每乙隻電容器實際承受的電壓是不同的,由c=可得,電容器容量越大,其兩端實際承受的電壓就越小。
2. 電容器的併聯
將兩隻或兩隻以上的電容器連線在電路中相同的兩點之間的連線方式,稱為電容器的併聯。如圖1-19所示出了三隻電容器的併聯電路。其特點如下:
圖1-19 電容器串聯電路
(1)電容器併聯時,每只電容器兩端所承受的電壓相同,並等於電源電壓,即:
u1=u2=u3=……=un =u (1-15)
(2)電容器併聯時,電路的總電容量(即等效電容量)等於各電容器的電容量之和,即:
c= c1+c2+ c3+…+cn (1-16)
(3)電容器併聯時,等效電容器所儲存的電荷量等於各電容器所儲存的電荷量之和,即:
q= q1+q2+ q3+…+qn (1-17)
由上可知:電容器併聯時的等效電容增大了,若併聯數越多,等效電容量則越大。電容器併聯使用時,每乙隻電容器實際承受的電壓是相同的,使用時應注意。
電容基礎知識
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