常用电子器件 ——电容

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简述

  电容器通常叫做电容，是一种储能元件，电容容量的大小表示能贮存电能的大小。
  电容在电路中一般用“C”加数字表示(如C25表示编号为25的电容)。
  构成：由两片金属膜紧靠,中间用绝缘材料隔开而组成的元件。
  特性：隔直流通交流。
    直流电时，电阻无穷大。
    交流电时，相同容量的电容电阻受交流电频率影响呈现不同的容抗。
    容抗:电容对交流信号的阻碍作用，与交流信号的频率和电容量有关，容抗$Xc=\frac{1}{2\pi }fC$($f$表示交流信号的频率;$C$表示电容容量)
  作用：在电路中用于调谐、滤波﹑耦合、旁路、能量转换和延时。

  在电子线路中，电容用来通交流阻直流，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。
  还有一特点，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。

电容充放电过程

  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。

现实生活中的例子

  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。
  电子电路中，只有在电容器充电过程中，才有电流流过，充电过程结束后，电容器是不能通过直流电的，在电路中起着“隔直流”的作用。电路中，电容器常被用作耦合、旁路、滤波等，都是利用它“通交流，隔直流”的特性。那么 交流电为什么能够通过电容器呢？我们先来看看交流电的特点。交流电不仅方向往复交变，它的大小也在按规律变化。电容器接在交流电源上，电容器连续地充电、放电，电路中就会流过与交流电变化规律一致的充电电流和放电电流。

电容的分类

  常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等。
  按其结构可分为固定电容器、半可变电容器、可变电容器。
  按其介质材料可分为电解电容器、云母电容器、瓷介电容器,玻璃釉电容等。
  总体可划分为有极性和无极性两种，有极性：电解电容、钽电容等，有极性：云母电容、纸质电容。陶瓷电容等。
常用电容器的结构和特点如表1-7所示（文末）。

主要参数

1.标称容量和允许误差

  电容器储存电荷的能力称为标称容量。
  单位是法拉(F)、毫法(mF)、微法( uF) ,纳法(nF),皮法(pF)。其中:1F=$10^3$mF = $10^6$ uF = $10^9$nF = $10^{12}$pF。
  电容器上标有的电容数是电容器的标称容量。一般电容器上都直接标出其容量,也有用数字来标示容量的。容量大的电容其容量值在电容上直接标明,如10uF/16V;容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示。
  字母表示法: 1mF =1000uF; 1p2=1.2pF ; 1nF =1000pF。
  数字表示法一般用三位数字表示容量大小,前两位表示有效数字,第三位数字是倍率。例如:102表示10×102pF = 1000pF;224表示22×10*pF =0.22uF.
  通常容量小于10000pF的电容,用pF做单位;大于10000pF的电容,用uF做单位。为了简便起见,大于100pF而小于1uF的电容常常不注明单位。没有小数点的电容值,单位是pF ,如有的电容上标有“332”(3300pF)三位有效数字,左起两位给出电容量的第一、第二位数字,而第三位数字则表示在后加0的个数,单位是pF。有小数点的电容值,单位是uF,例如0.22,表示是0.22uF。
  电容器的标称容量和实际容量会有误差。电容容量允许误差常用符号F,G、J、K、L、M表示,分别表示允许误差为±1%、±2% 、±5% 、:10%、±15%、±20%。例如一瓷片电容为104J,表示容量为0.1pF、误差为±5%。
  常用固定电容允许误差的等级如表1-8所示。常用固定电容的标称容量系列如表1-9所示。（文末）

2.额定工作电压

  在规定的工作温度范围内,电容连续稳定地工作所能承受的最大直流电压,就是电容的耐压,也叫做电容的直流工作电压。
  如果电容工作在交流电路中,要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值。
  常用的固定电容工作电压有6.3V、10V ,16V ,25V ,50V,63V、100V、2500V,400V,500V,630V,、1000V。

3.绝缘电阻

  由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体,它的电阻不是无限大,而是一个有限的数值,一般在1000MQ 以上。电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻,或者叫做漏电电阻,大小是额定工作电压下的直流电压与通过电容的漏电流的比值。漏电电阻越小,漏电越严重。电容漏电会引起能量损耗,这种损耗不仅影响电容的寿命,而且会影响电路的工作。因此,漏电电阻越大越好。

4.介质损耗

  电容器在电场作用下消耗的能量即称作介质损耗,通常用损耗功率和电容器的无功功率之比来表示,即损耗角的正切值表示。损耗角越大,电容器的损耗越大,损耗角大的电容不适于高频情况下工作。表1-10所示为常用电容的特性。

命名方法

  标准SJ—73规定,电容器的命名由下列四部分组成:第一部分:主称;第二部分:材料;第三部分:分类特征;第四部分:序号。它们的型号及意义如表1-11所示。表1-12是表1-11中第三部分中数字部分的含义。

电容的选用

电容器在电路中的选用,不仅要考虑电容量,还要考虑不同的电路对电容器的耐压值和工作频率的要求。电容器承受的电压不能超过它的耐压值。在滤波电路中;电容器的耐压值不能小于交流有效值的1.42倍。同时,使用电解电容器的时候,还要注意正负极不要接反。不同电路应该选用不同种类的电容,一般选用方法如下:
  (1)高频旁路:陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、涤纶电容器、玻璃釉电容器。
  (2)低频旁路:纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器。
  (3)滤波:铝电解电容器、纸介电容器,复合纸介电容器、液体钮电容器。
  (4)调谐:陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、聚苯乙烯电容器。
  (5)高频耦合:陶瓷电容器、云母电容器、聚苯乙烯电容器。
  (6)低频耦合:纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器、固体组电容器。
  电容在装人电路前要检查有没有短路、断路和漏电等现象,并且核对电容值。安装的时候,要使电容的类别、容量、耐压等符号容易看到,以便核实。

电容的检测

1.固定电容器的检测

  如图1-5所示是无极性电容器及其符号。由于10pF以下的固定电容器容量太小,用万用表进行测量,只能定性的检查其是否有漏电,内部短路或击穿现象。测量时,可选用万用表Rx10k 挡,用两表笔分别任意接电容的两个引脚,阻值应为无穷大。若测出阻值(指针向右摆动)为零,则说明电容漏电损坏或内部击穿。

2.电解电容器的检测

  如图1-6所示是电解电容器及其符号。测试电解电容器可按以下步骤进行:

  (1)针对不同容量选用合适的量程。一般情况下,1~47uF间的电容可用Rx1k 挡测量;大于47uF的电容可用R×100k挡测量。
  (2)将机械万用表红表笔接电容器负极,黑表笔接电容器正极,同时观察万用表的指针。在刚接触的瞬间，万用表指针即向右偏转较大偏度(对于同一电阻挡,容量越大,摆幅越大),接着逐渐向左回转,直到停在某一位置。此时的阻值便是电解电容的正向漏电阻,此值略大于反向漏电阻。实际使用经验表明,电解电容的漏电阻一般应在几百千欧以上,否则,将不能正常工作。在测试中,若正向,反向均无充电的现象,即表针不动,则说明容量消失或内部断路;如果所测阻值很小或为零，说明电容漏电大或已击穿损坏,不能再使用。
  (3)对于正、负极标记不清的电解电容器,可利用步骤(2)的测量方法加以判别。即先任意测一下漏电阻,记住其大小,再交换表笔测出另一个阻值。两次测量中阻值大的那一次便是正向接法,即黑表笔接的是电容器正极,红表笔接的是电容器负极。
  注意:使用万用表电阻挡,采用给电解电容进行正,反向充电的方法，根据指针向右摆动幅度的大小,可估计出电解电容的容量。

3.可变电容器的检测

  可变电容器的测试可变电容器按以下步骤进行:
  (1)轻轻旋动转轴,应感觉十分平滑,不应感觉有时松时紧甚至有卡滞现象。
  (2)将转轴向前、后、上、下、左、右等各个方向推动时,转轴不应有松动的现象。客家
手凤/省好对天
  (3)用一只手旋动转轴,另一只手轻摸动片组的外缘,不应感觉有任何松脱现象。转轴与动片之间接触不良的可变电容器,是不能再继续使用的。
  (4)将万用表置于R×10k挡,一只手将两个表笔分别接在可变电容器的动片和定片的引出端,另一只手将转轴缓缓旋动几个来回,万用表指针都应在无穷大位置不动。在旋动过程中,若指针有时指向零,说明动片和定片之间存在短路点;如果转到某一角度,万用表读数不为无穷大而是出现一定阻值,说明可变电容器的动片与定片之间存在漏电现象。

文末