充電和放電是電容器的基本功能:
充電
使電容器帶電(儲存電荷和電能)的過程稱為充電。這時電容器的兩個極板總是一個極板帶正電,另一個極板帶等量的負(fù)電。把電容器的一個極板接電源(如電池組)的正極,另一個極板接電源的負(fù)極,兩個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,充電過程把從電源獲得的電能儲存在電容器中。
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,電容器就會放出電荷和電能。放電后電容器的兩極板之間的電場消失,電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。
電容器
在一般的電子電路中,常用電容器來實現(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藏電荷的元件,也是常用的電子元件之一。
這得從電容器的結(jié)構(gòu)上說起。簡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)[1]構(gòu)成的。通電后,極板帶電,形成電壓(電勢差),但是由于中間的絕緣物質(zhì),所以整個電容器是不導(dǎo)電的。不過,這樣的情況是在沒有超過電容器的臨界電壓(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。
陶制電容器
但是,在交流電路中,因為電流的方向是隨時間成一定的函數(shù)關(guān)系變化的。而 電 容器充放電的過程是有時間的, 這個時候,在極板間形成變化的電場,而這個電場也是隨時間變化的函數(shù)。實際上,電流是通過場的形式在電容器間通過的。
在中學(xué)階段,有句話,就叫通交流,阻直流,說的就是電容的這個性質(zhì)。
電容的作用:
1)旁路
旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件,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大電流毛刺時的電壓降。
2)去藕
去藕,又稱解藕。 從電路來說, 總是可以區(qū)分為驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大, 驅(qū)動電路要把電容充電、放電, 才能完成信號的跳變,在上升沿比較陡峭的時候, 電流比較大, 這樣驅(qū)動的電流就會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,會產(chǎn)生反彈),這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲,會影響前級的正常工作,這就是所謂的“耦合”。
去藕電容就是起到一個“電池”的作用,滿足驅(qū)動電路電流的變化,避免相互間的耦合干擾。
將旁路電容和去藕電容結(jié)合起來將更容易理解。旁路電容實際也是去藕合的,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)動電流的變化大小來確定。旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象,而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象,防止干擾信號返回電源。這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別。
3)濾波
從理論上(即假設(shè)電容為純電容)說,電容越大,阻抗越小,通過的頻率也越高。但實際上超過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增大。有時會看到有一個電容量較大電解電容并聯(lián)了一個小電容,這時大電容通低頻,小電容通高頻。電容的作用就是通高阻低,通高頻阻低頻。電容越大低頻越容易通過。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突變,由此可知,信號頻率越高則衰減越大,可很形象的說電容像個水塘,不會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,放電的過程。
4)儲能
儲能型電容器通過整流器收集電荷,并將存儲的能量通過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220~150 000μF 之間的鋁電解電容器(如EPCOS 公司的 B43504 或B43505)是較為常用的。根據(jù)不同的電源要求,器件有時會采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式, 對于功率級超過10KW 的電源,通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器
低頻中使用的范圍較寬,如可以使用高頻特性比較差的;但是在高頻電路中就有了很大的限制了,一旦選擇不當(dāng)會影響電路的整體工作狀態(tài);
一般的電源里用的有電解電容、和瓷片電容、但是在高頻中就要使用云母等價格較貴的電容,就不可以使用絳綸的電容,和電解的電容,因為它們在高頻情況下會形成電感,以致影響電路的工作精度。
電容器標(biāo)稱電容值
E24 E12 E6 E24 E12 E6
1.0 1.0 1.0 3.3 3.3 3.3
1.1 3.6
1.2 1.2 3.9 3.9
1.3 4.3
1.5 1.5 1.5 4.7 4.7 4.7
1.6 5.1
1.8 1.8 5.6 5.6
2.0 6.2
2.2 2.2 2.2 6.8 6.8 6.8
2.4 7.5
2.7 2.7 8.2 8.2
3.0 9.1
注:用表中數(shù)值再乘以10n來表示電容器標(biāo)稱電容量,n為正或負(fù)整數(shù)。
主要參數(shù)的意義:標(biāo)稱容量以及允許偏差:目前我國采用的固定式標(biāo)稱容量系列是:E24,E12,E6系列。他們分別使用的允許偏差是+-5% +-10% +-20%。
電容器主要特性參數(shù)
1、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。
電容器實際電容量與標(biāo)稱電容量的偏差稱誤差,在允許的偏差范圍稱精度。
精度等級與允許誤差對應(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,電解電容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級,根據(jù)用途選取。
2、額定電壓
在低環(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,如果工作電壓超過電容器的耐壓,電容器擊穿,造成不可修復(fù)的損壞。常見的電容額定電壓與耐壓測試儀測量值的關(guān)系( 600V的耐壓測試儀測量電壓為760V以上;
550V的耐壓測試儀測量電壓為715V以上;
500V的耐壓測試儀測量電壓為650V以上;
450V的耐壓測試儀測量電壓為585V以上;
400V的耐壓測試儀測量電壓為520V以上;
250V的耐壓測試儀測量電壓為325V以上;
200V的耐壓測試儀測量電壓為260V以上;
160V的耐壓測試儀測量電壓為208V以上;
100V的耐壓測試儀測量電壓為125V—132V以上;
80V的耐壓測試儀測量電壓為100V以上;
63V的耐壓測試儀測量電壓為79V以上;
50V的耐壓測試儀測量電壓為62.5V以上;
35V的耐壓測試儀測量電壓為50V以上
25V的耐壓測試儀測量電壓為35V以上
16V的耐壓測試儀測量電壓為19V以上
10V的耐壓測試儀測量電壓為13V以上
6.3的耐壓測試儀測量電壓為7.5V以上
以上為85℃產(chǎn)品;以下為105℃產(chǎn)品 :
600V的耐壓測試儀測量電壓為780V以上;
550V的耐壓測試儀測量電壓為745V以上;
500V的耐壓測試儀測量電壓為660V以上;
450V的耐壓測試儀測量電壓為595V以上;
400V的耐壓測試儀測量電壓為540V以上;
250V的耐壓測試儀測量電壓為343V以上;
200V的耐壓測試儀測量電壓為270V以上;
160V的耐壓測試儀測量電壓為222V以上;
100V的耐壓測試儀測量電壓為132V以上;
80V的耐壓測試儀測量電壓為102V以上;
63V的耐壓測試儀測量電壓為84V以上;
50V的耐壓測試儀測量電壓為66.5V以上;
35V的耐壓測試儀測量電壓為52.5V以上
25V的耐壓測試儀測量電壓為38V以上
16V的耐壓測試儀測量電壓為21.6V以上
10V的耐壓測試儀測量電壓為13.5V以上
6.3的耐壓測試儀測量電壓為8.2V以上)
3、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.
當(dāng)電容較小時,主要取決于電容的表面狀態(tài),容量〉0.1uf時,主要取決于介質(zhì)的性能,絕緣電阻越大越好。
電容的時間常數(shù):為恰當(dāng)?shù)脑u價大容量電容的絕緣情況而引入了時間常數(shù),他等于電容的絕緣電阻與容量的乘積。
4、損耗
電容在電場作用下,在單位時間內(nèi)因發(fā)熱所消耗的能量叫做損耗。各類電容都規(guī)定了其在某頻率范圍內(nèi)的損耗允許值,電容的損耗主要由介質(zhì)損耗,電導(dǎo)損耗和電容所有金屬部分的電阻所引起的!
在直流電場的作用下,電容器的損耗以漏導(dǎo)損耗的形式存在,一般較小,在交變電場的作用下,電容的損耗不僅與漏導(dǎo)有關(guān),而且與周期性的極化建立過程有關(guān)。
5、頻率特性
隨著頻率的上升,一般電容器的電容量呈現(xiàn)下降的規(guī)律。
大電容工作在低頻電路中的阻抗較小,小電容而比較適合工作在高頻環(huán)境下。
電容的潛在危險及安全性
危險
在電容充電后關(guān)閉電源,電容內(nèi)的電荷仍可能儲存很長的一段時間。此電荷足以產(chǎn)生電擊,或是破壞相連結(jié)的儀器。一個拋棄式相機(jī)閃光模組由1.5V AA 干電池充電,看似安全,但其中的電容可能會充電到300V,300V 的電壓產(chǎn)生的電擊會使人非常疼痛,甚至可能致命。
許多電容的等效串聯(lián)電阻 (ESR) 低,因此在短路時會產(chǎn)生大電流。在維修具有大電容的設(shè)備之前,需確認(rèn)電容已經(jīng)放電完畢。為了安全上的考量,所有大電容在組裝前需要放電。若是放在基板上的電容器,可以在電容器旁并聯(lián)一泄放電阻 (bleeder resistor)。在正常使用的,泄放電阻的漏電流小,不會影響其他電路。而在斷電時,泄放電阻可提供電容放電的路徑。高壓的大電容在儲存時需將其端子短路,以確保其儲存電荷均已放電,因為若在安裝電容時,若電容突然放電,產(chǎn)生的電壓可能會造成危險。
大型老式的油浸電容器中含有多氯聯(lián)苯(poly-chlorinated biphenyl),因此丟棄時需妥善處理,若未妥善處理,多氯聯(lián)苯會進(jìn)入地下水中,進(jìn)而污染飲用水。多氯聯(lián)苯是致癌物質(zhì),微量就會對人體造成影響。若電容器的體積大,其危險性更大,需要格外小心。新的電子零件中已不含多氯聯(lián)苯。
高電壓電容潛在的危險
在高電壓和強(qiáng)電流下工作的電容有著超出一般的危險。
高電壓電容在超出其標(biāo)稱電壓下工作時有可能發(fā)生災(zāi)難性的損壞。絕緣材料的故障可能會導(dǎo)致在充滿油(通常這些油起隔絕空氣的作用)的小單元產(chǎn)生電弧致使絕緣液體蒸發(fā),引起電容凸出、破裂甚至爆炸,而爆炸會將易燃的油弄的到處都是、起火、損壞附近的設(shè)備。硬包裝的圓柱狀玻璃或塑料電容比起通常長方體包裝的電容更容易炸裂,而后者不容易在高壓下裂開。
被用在射頻電路中和長期在強(qiáng)電流環(huán)境工作的電容會過熱,特別是電容中心的卷筒。即使外部環(huán)境溫度較低,但這些熱量不能及時散發(fā)出去,集聚在內(nèi)部可能會迅速導(dǎo)致內(nèi)部高熱從而導(dǎo)致電容損壞。
在高能環(huán)境下工作的電容組,如果其中一個出現(xiàn)故障,使電流突然切斷,其他電容中儲存的能量會涌向出故障的電容,這就即有可能出現(xiàn)猛烈的爆炸。
高電壓真空電容即使在正確的使用時也會發(fā)出一定的X射線。適當(dāng)?shù)拿芊、熔融(fusing)和預(yù)防性的維護(hù)會幫助減少這些潛在的危險。
很多電子產(chǎn)品中,電容器都是必不可少的電子元器件,它在電子設(shè)備中充當(dāng)整流器的平滑濾波、電源和退耦、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,使用者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、機(jī)械或環(huán)境的限制條件等。下文介紹電容器的主要參數(shù)及應(yīng)用,可供讀者選擇電容器種類時用。
1、標(biāo)稱電容量(CR):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)形式的電容量居中(大約在0005μF10μF);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)施加額定電壓的高環(huán)境溫度)等。
3、額定電壓(UR):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)施加在電容器上的大直流電壓或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的超過直流電壓額定值。
4、損耗角正切(tanδ):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。
這里需要解釋一下,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,它的簡化等效電路如下圖所示。圖中C為電容器的實際電容量,Rs是電容器的串聯(lián)等效電阻,Rp是介質(zhì)的絕緣電阻,Ro是介質(zhì)的吸收等效電阻。對于電子設(shè)備來說,要求Rs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δ要小。
這個關(guān)系用下式來表達(dá): tanδ=Rs/Xc=2πf×c×Rs 因此,在應(yīng)用當(dāng)中應(yīng)注意選擇這個參數(shù),避免自身發(fā)熱過大,以減少設(shè)備的失效性。
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.電容器是簡單的電池,而且有充電快,容量大,等優(yōu)點。
補(bǔ)充
1、電容在電路中一般用“C”加數(shù)字表示(如C13表示編號為13的電容)。電容是由兩片金屬膜緊靠,中間用絕緣材料隔開而組成的元件。電容的特性主要是隔直流通交流。
電容容量的大小就是表示能貯存電能的大小,電容對交流信號的阻礙作用稱為容抗,它與交流信號的頻率和電容量有關(guān)。
容抗XC=1/2πf c (f表示交流信號的頻率,C表示電容容量)電話機(jī)中常用電容的種類有電解電容、瓷片電容、貼片電容、獨石電容、鉭電容和滌綸電容等。
2、識別方法:電容的識別方法與電阻的識別方法基本相同,分直標(biāo)法、色標(biāo)法和數(shù)標(biāo)法3種。電容的基本單位用法拉(F)表示,其它單位還有:毫法(mF)、微法(μF)/mju:/、納法(nF)、皮法(pF)。其中:1法拉=1000毫法(mF),1毫法=1000微法(μF),1微法=1000納法(nF),1納法=1000皮法(pF)
容量大的電容其容量值在電容上直接標(biāo)明,如10 μF/16V
容量小的電容其容量值在電容上用字母表示或數(shù)字表示
字母表示法:1m=1000 μF 1P2=1.2PF 1n=1000PF
數(shù)字表示法:三位數(shù)字的表示法也稱電容量的數(shù)碼表示法。三位數(shù)字的前兩位數(shù)字為標(biāo)稱容量的有效數(shù)宇,第三位數(shù)宇表示有效數(shù)字后面零的個數(shù),它們的單位都是pF。
如:102表示標(biāo)稱容量為1000pF。
221表示標(biāo)稱容量為220pF。
224表示標(biāo)稱容量為22x10(4)pF。
在這種表示法中有一個特殊情況,就是當(dāng)?shù)谌粩?shù)字用"9"表示時,是用有效數(shù)宇乘上10的-1次方來表示容量大小。
如:229表示標(biāo)稱容量為22x(10-1)pF=2.2pF。
允許誤差 ±1% ±2% ±5% ±10% ±15% ±20%
如:一瓷片電容為104J表示容量為0.1 μF、誤差為±5%。
3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。
4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)所使用的介質(zhì)材料分為云母電容器、陶瓷電容器、紙/塑料薄膜電容器、電解電容器和玻璃釉電容器等;可變電容器也可以是玻璃、空氣或陶瓷介質(zhì)結(jié)構(gòu)。以下附表列出了常見電容器的字母符號。
電容分類
a.電解電容
b.固態(tài)電容
c.陶瓷電容
d.鉭電解電容
e.云母電容
f.玻璃釉電容
g.聚苯乙烯電容
h.玻璃膜電容
i.合金電解電容
j.絳綸電容
k.聚丙烯電容
l.泥電解
m有極性有機(jī)薄膜電容
n.鋁電解電容
5.電容的基本特性: 通交流,隔直流:通高頻,阻低頻。
電容一般的選用
低頻中使用的范圍較寬,如可以使用高頻特性比較差的;但是在高頻電路中就有了很大的限制了,一旦選擇不當(dāng)會影響電路的整體工作狀態(tài);
一般的電源里用的有電解電容、和瓷片電容、但是在高頻中就要使用云母等價格較貴的電容,就不可以使用絳綸的電容,和電解的電容,因為它們在高頻情況下會形成電感,以致影響電路的工作精度
"名稱:貼片鋁電解電容
品牌:榮譽(yù)
系列:RVT、RVE、RVH RVW VT
體積:4*5.4 6.3*5.4 8*10.5 10*10.5等
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