電容 簡介
電容   diànróng
電容是表徵電容器容納電荷的本領的物理量,非導電體的下述性質:當非導電體的兩個相對表面保持某一電位差時(如在電容器中),由於電荷移動的結果,能量便貯存在該非導電體之中
定義:
電容是表徵電容器容納電荷的本領的物理量。我們把電容器的兩極板間的電勢差增加1伏所需的電量,叫做電容器的電容。
電容的符號是C。
在國際單位制裡,電容的單位是法拉,簡稱法,符號是F,常用的電容單位有毫法(mF)、微法(μF)、納法(nF)和皮法(pF)(皮法又稱微微法)等,換算關係是:
1法拉(F)= 1000毫法(mF)=1000000微法(μF)
1微法(μF)= 1000納法(nF)= 1000000皮法(pF)。
相關公式:
一個電容器,如果帶1庫的電量時兩級間的電勢差是1伏,這個電容器的電容就是1法,即:C=Q/U 但電容的大小不是由Q或U決定的,即:C=εS/4πkd 。其中,ε是一個常數,S為電容極板的正對面積,d為電容極板的距離, k則是靜電力常量。常見的平行板電容器,電容為C=εS/d.(ε為極板間介質的介電常數,S為極板面積,d為極板間的距離。)
電容器的電勢能計算公式:E=CU^2/2=QU/2
多電容器並聯計算公式:C=C1+C2+C3+…+Cn
多電容器串聯計算公式:1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn
 
電容器的型號命名方法
 
C 高頻瓷 T 鐵電
T 低頻瓷 W 微調
I 玻璃 J 金屬化
符號 Y 釉雲母 X 小型
C Z 紙介 D 電壓 用字母或數位
J 金屬化 M 密封
L 紙滌綸 Y 高壓
D 鋁電解 C 穿心式
A 鉭電解 S 獨石
 
電容功能分類介紹
 
名稱:聚酯(滌綸)電容(CL)
符號:
電容量:40p–4μ
額定電壓:63–630V
主要特點:小體積,大容量,耐熱耐濕,穩定性差
應用:對穩定性和損耗要求不高的低頻電路
名稱:聚苯乙烯電容(CB)
符號:
電容量:10p–1μ
額定電壓:100V–30KV
主要特點:穩定,低損耗,體積較大
應用:對穩定性和損耗要求較高的電路
 
名稱:聚丙烯電容(CBB)
符號:
電容量:1000p–10μ
額定電壓:63–2000V
主要特點:性能與聚苯相似但體積小,穩定性略差
應用:代替大部分聚苯或雲母電容,用於要求較高的電路
名稱:雲母電容(CY)
符號:
電容量:10p–0.1μ
額定電壓:100V–7kV
主要特點:高穩定性,高可靠性,溫度係數小
應用:高頻振盪,脈衝等要求較高的電路
名稱:高頻瓷介電容(CC)
符號:
電容量:1–6800p
額定電壓:63–500V
主要特點:高頻損耗小,穩定性好
應用:高頻電路
 
名稱:低頻瓷介電容(CT)
符號:
電容量:10p–4.7μ
額定電壓:50V–100V
主要特點:體積小,價廉,損耗大,穩定性差
應用:要求不高的低頻電路
名稱:玻璃釉電容(CI)
符號:
電容量:10p–0.1μ
額定電壓:63–400V
主要特點:穩定性較好,損耗小,耐高溫(200度)
應用:脈衝、耦合、旁路等電路
 
名稱:鋁電解電容
符號:
電容量:0.47–10000μ
額定電壓:6.3–450V
主要特點:體積小,容量大,損耗大,漏電大
應用:電源濾波,低頻耦合,去耦,旁路等
名稱:鉭電解電容(CA)鈮電解電容(CN)
符號:
電容量:0.1–1000μ
額定電壓:6.3–125V
主要特點:損耗、漏電小於鋁電解電容
應用:在要求高的電路中代替鋁電解電容
名稱:空氣介質可變電容器
符號:
可變電容量:100–1500p
主要特點:損耗小,效率高;可根據要求製成直線式、直線波長式、直線頻率式及對數式等
應用:電子儀器,廣播電視設備等
 
名稱:薄膜介質可變電容器
符號:
可變電容量:15–550p
主要特點:體積小,重量輕;損耗比空氣介質的大
應用:通訊,廣播接收機等
名稱:薄膜介質微調電容器
符號:
可變電容量:1–29p
主要特點:損耗較大,體積小
應用:收錄機,電子儀器等電路作電路補償
 
名稱:陶瓷介質微調電容器
符號:
可變電容量:0.3–22p
主要特點:損耗較小,體積較小
應用:精密調諧的高頻振盪回路
 
名稱:獨石電容
容量範圍:0.5PF–1ΜF
耐壓:二倍額定電壓。
應用範圍:廣泛應用於電子精密儀器。各種小型電子設備作諧振、耦合、濾波、旁路。
獨石電容的特點:電容量大、體積小、可靠性高、電容量穩定,耐高溫耐濕性好等。
最大的缺點是溫度係數很高,做振盪器的穩漂讓人受不了,我們做的一個555振盪器,電容剛好在7805旁邊,開機後,用示波器看頻率,眼看著就慢慢變化,後來換成滌綸電容就好多了。
就溫漂而言:獨石為正溫糸數+130左右,CBB為負溫係數-230,用適當比例並聯使用,可使溫漂降到很小。
就價格而言:鉭、鈮電容最貴,獨石、CBB較便宜,瓷片最低,但有種高頻零溫漂黑點瓷片稍貴,雲母電容Q值較高,也稍貴。
裡面說獨石又叫多層瓷介電容,分兩種類型,1型性能挺好,但容量小,一般小於0。2U,另一種叫II型,容量大,但性能一般。
 
 
電容的應用
很多電子產品中,電容器都是必不可少的電子元器件,它在電子設備中充當整流器的平滑濾波、電源和退耦、交流信號的旁路、交直流電路的交流耦合等。由於電容器的類型和結構種類比較多,因此,使用者不僅需要瞭解各類電容器的性能指標和一般特性,而且還必須瞭解在給定用途下各種元件的優缺點、機械或環境的限制條件等。下文介紹電容器的主要參數及應用,可供讀者選擇電容器種類時用。
1、標稱電容量(CR):電容器產品標出的電容量值。
雲母和陶瓷介質電容器的電容量較低(大約在5000pF以下);紙、塑膠和一些陶瓷介質形式的電容量居中(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、類別溫度範圍:電容器設計所確定的能連續工作的環境溫度範圍,該範圍取決於它相應類別的溫度極限值,如上限類別溫度、下限類別溫度、額定溫度(可以連續施加額定電壓的最高環境溫度)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衝電壓的峰值。
電容器應用在高壓場合時,必須注意電暈的影響。電暈是由於在介質/電極層之間存在空隙而產生的,它除了可以產生損壞設備的寄生信號外,還會導致電容器介質擊穿。在交流或脈動條件下,電暈特別容易發生。對於所有的電容器,在使用中應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(tgδ):在規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。
這裡需要解釋一下,在實際應用中,電容器並不是一個純電容,其內部還有等效電阻,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是電容器的串聯等效電阻,Rp是介質的絕緣電阻,Ro是介質的吸收等效電阻。對於電子設備來說,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。
這個關係用下式來表達: tgδ=Rs/Xc=2πf×c×Rs 因此,在應用當中應注意選擇這個參數,避免自身發熱過大,以減少設備的失效性。
5、電容器的溫度特性:通常是以20℃基準溫度的電容量與有關溫度的電容量的百分比表示。
補充:
1、電容在電路中一般用“C”加數字表示(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。
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,分直標法、色標法和數標法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位表示
字母標記法:1m=1000 μF 1P2=1.2PF 1n=1000PF
數字標記法:三位元數位的標記法也稱電容量的數碼標記法。三位元數位的前兩位元數位為標稱容量的有效數宇,第三位數宇表示有效數字後面零的個數,它們的單位都是pF。
如:102表示標稱容量為1000pF。
221表示標稱容量為220pF。
224表示標稱容量為22×10(4)pF。
在這種標記法中有一個特殊情況,就是當第三位元數字用”9″表示時,是用有效數宇乘上10-1來表示容量大小。
如:229表示標稱容量為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%。
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反應而使介質隨時間退化。
7絕緣電阻:由於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所使用的介質材料分為雲母電容器、陶瓷電容器、紙/塑膠薄膜電容器、電解電容器和玻璃釉電容器等;可變電容器也可以是玻璃、空氣或陶瓷介質結構。以下附表列出了常見電容器的字母符號。
 
電容分類:
1、電解電容
2、固態電容
3、陶瓷電容
4、鉭電解電容
5、雲母電容
6、玻璃釉電容
7、聚苯乙烯電容
8、玻璃膜電容
9、合金電解電容
10、絛綸電容
11、聚丙烯電容
12、泥電解
13、有極性有機薄膜電容
14、鋁電解電容
 
電容一般的選用
低頻中使用的範圍較寬,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,一旦選擇不當會影響電路的整體工作狀態;
一般的電源裡用的有電解電容、和瓷片電容、但是在高頻中就要使用雲母等價格較貴的電容,就不可以使用絛綸的電容,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:用表中數值再乘以10n來表示電容器標稱電容量,n為正或負整數。
主要參數的意義:標稱容量以及允許偏差:目前我國採用的固定式標稱容量系列是: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
1、標稱電容量和允許偏差
標稱電容量是標誌在電容器上的電容量。
電容器實際電容量與標稱電容量的偏差稱誤差,在允許的偏差範圍稱精度。
精度等級與允許誤差對應關係: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,根據用途選取。
2、額定電壓
在最低環境溫度和額定環境溫度下可連續加在電容器的最高直流電壓有效值,一般直接標注在電容器外殼上,如果工作電壓超過電容器的耐壓,電容器擊穿,造成不可修復的永久損壞。
3、絕緣電阻
直流電壓加在電容上,並產生漏電電流,兩者之比稱為絕緣電阻.
當電容較小時,主要取決於電容的表面狀態,容量〉0.1uf時,主要取決於介質的性能,絕緣電阻越大越好。
電容的時間常數:為恰當的評價大容量電容的絕緣情況而引入了時間常數,他等於電容的絕緣電阻與容量的乘積。
4、損耗
電容在電場作用下,在單位時間內因發熱所消耗的能量叫做損耗。各類電容都規定了其在某頻率範圍內的損耗允許值,電容的損耗主要由介質損耗,電導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有關,而且與週期性的極化建立過程有關。
5、頻率特性
隨著頻率的上升,一般電容器的電容量呈現下降的規律

 

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