電容器

電容器

電容器,通常簡稱其容納電荷的本領為電容,用字母C表示。定義1:電容器,顧名思義,是‘裝電的容器’,是一種容納電荷的器件。英文名稱:capacitor。電容器是電子設備中大量使用的電子元件之一,廣泛套用於電路中的隔直通交,耦合,旁路,濾波,調諧迴路, 能量轉換,控制等方面。定義2:電容器,任何兩個彼此絕緣且相隔很近的導體(包括導線)間都構成一個電容器。 電容與電容器不同。電容為基本物理量,符號C,單位為F(法拉)。 通用公式C=Q/U平行板電容器專用公式:板間電場強度E=U/d ,電容器電容決定式 C=εS/4πkd 隨著電子信息技術的日新月異,數碼電子產品的更新換代速度越來越快,以平板電視(LCD和PDP)、筆記本電腦、數位相機等產品為主的消費類電子產品產銷量持續增長,帶動了電容器產業增長。

基本信息

簡介

定義:是由兩塊金屬電極之間夾一層絕緣電介質構成。當在兩金屬電極間加上電壓時,電極上就會存儲電荷,所以電容器是儲能元件。任何兩個彼此絕緣又相距很近的導體,組成一個電容器。平行板電容器由電容器的極板和電介質組成 。

特點:

1.它具有充放電特性和阻止直流電流通過,允許交流電流通過的能力。

2.在充電和放電過程中,兩極板上的電荷有積累過程,也即電壓有建立過程,因此,電容器上的電壓不能突變。

電容器的充電:兩板分別帶等量異種電荷,每個極板帶電量的絕對值叫電容器的帶電量。

電容充電過程 電容充電過程

電容器的放電:電容器兩極正負電荷通過導線中和。在放電過程中導線上有短暫的電流產生。

3.電容器的容抗與頻率、容量之間成反比。即分析容抗大小時就得聯繫信號的頻率高低、容量大小 。

平行板電容器的電容公式 :

電容器 電容器


介電常數真空εr=1,k為靜電力常量,S為兩板正對面積,d為兩板間距離。

說明:平行板電容器內的電場是勻強電場

作用

電容器 電容器

在直流電路中,電容器是相當於斷路的。電容器是一種能夠儲藏電荷的元件,也是最常用的電子元件之一。

這得從電容器的結構上說起。最簡單的電容器是由兩端的極板和中間的絕緣電介質(包括空氣)構成的。通電後,極板帶電,形成電壓(電勢差),但是由於中間的絕緣物質,所以整個電容器是不導電的。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,任何物質都是相對絕緣的,當物質兩端的電壓加大到一定程度後,物質是都可以導電的,我們稱這個電壓叫擊穿電壓。電容也不例外,電容被擊穿後,就不是絕緣體了。不過在中學階段,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,可以被當做絕緣體看。

但是,在交流電路中,因為電流的方向是隨時間成一定的函式關係變化的。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式。實際上,電流是通過電場的形式在電容器間通過的。

電容器的作用:

●耦合:用在耦合電路中的電容稱為耦合電容,在阻容耦合放大器和其他電容耦合電路中大量使用這種電容電路,起隔直流通交流作用 。

●濾波:用在濾波電路中的電容器稱為濾波電容,在電源濾波和各種濾波器電路中使用這種電容電路,濾波電容將一定頻段內的信號從總信號中去除 。

●退耦:用在退耦電路中的電容器稱為退耦電容,在多級放大器的直流電壓供給電路中使用這種電容電路,退耦電容消除每級放大器之間的有害低頻交連 。

●高頻消振:用在高頻消振電路中的電容稱為高頻消振電容,在音頻負反饋放大器中,為了消振可能出現的高頻自激,採用這種電容電路,以消除放大器可能出現的高頻嘯叫 。

●諧振:用在LC諧振電路中的電容器稱為諧振電容,LC並聯和串聯諧振電路中都需這種電容電路 。

●旁路:用在旁路電路中的電容器稱為旁路電容,電路中如果需要從信號中去掉某一頻段的信號,可以使用旁路電容電路,根據所去掉信號頻率不同,有全頻域(所有交流信號)旁路電容電路和高頻旁路電容電路 。

●中和:用在中和電路中的電容器稱為中和電容。在收音機高頻和中頻放大器,電視機高頻放大器中,採用這種中和電容電路,以消除自激 。

●定時:用在定時電路中的電容器稱為定時電容。在需要通過電容充電、放電進行時間控制的電路中使用定時電容電路,電容起控制時間常數大小的作用 。

●積分:用在積分電路中的電容器稱為積分電容。在電勢場掃描的同步分離電路中,採用這種積分電容電路,可以從場複合同步信號中取出場同步信號 。

●微分:用在微分電路中的電容器稱為微分電容。在觸發器電路中為了得到尖頂觸發信號,採用這種微分電容電路,以從各類(主要是矩形脈衝)信號中得到尖頂脈衝觸發信號 。

●補償:用在補償電路中的電容器稱為補償電容,在卡座的低音補償電路中,使用這種低頻補償電容電路,以提升放音信號中的低頻信號,此外,還有高頻補償電容電路 。

●自舉:用在自舉電路中的電容器稱為自舉電容,常用的OTL功率放大器輸出級電路採用這種自舉電容電路,以通過正反饋的方式少量提升信號的正半周幅度 。

●分頻:在分頻電路中的電容器稱為分頻電容,在音箱的揚聲器分頻電路中,使用分頻電容電路,以使高頻揚聲器工作在高頻段,中頻揚聲器工作在中頻段,低頻揚聲器工作在低頻段 。

●負載電容:是指與石英晶體諧振器一起決定負載諧振頻率的有效外界電容。負載電容常用的標準值有16pF、20pF、30pF、50pF和100pF。負載電容可以根據具體情況作適當的調整,通過調整一般可以將諧振器的工作頻率調到標稱值 。

型號

型號命名

國產電容器的型號一般由四部分組成(不適用於壓敏、可變、真空電容器)。依次分別代表名稱、材料、分類和序號。

第一部分:名稱,用字母表示,電容器用C。

第二部分:材料,用字母表示。

第三部分:分類,一般用數字表示,個別用字母表示。

第四部分:序號,用數字表示。

空調配件電容器用字母表示產品的材料:A-鉭電解、B-聚苯乙烯等非極性薄膜、C-高頻陶瓷、D-鋁電解、E-其它材料電解、G-合金電解、H-複合介質、I-玻璃釉、J-金屬化紙、L-滌綸等極性有機薄膜、N-鈮電解、O-玻璃膜、Q-漆膜、T-低頻陶瓷、V-雲母紙、Y-雲母、Z-紙介

容量標示

1.直標法

用數字和單位符號直接標出。如1uF表示1微法,有些電容用“R”表示小數點,如R56表示0.56微法。

2.文字元號法

用數字和文字元號有規律的組合來表示容量。如p10表示0.1pF、1p0表示1pF、6P8表示6.8pF、2u2表示2.2uF.

3.色標法

用色環或色點表示電容器的主要參數。電容器的色標法與電阻相同。

電容器偏差標誌符號:+100%-0--H、+100%-10%--R、+50%-10%--T、+30%-10%--Q、+50%-20%--S、+80%-20%--Z

4.數學計數法:數學計數法一般是三位數字,第一位和第二位數字為有效數字,第三位數字為倍數。標值272,容量就是:27X10^2=2700pf。如果標值473,即為47X10^3=47000pf(後面的2、3,都表示10的多少次方)。又如:332=33X10^2=3300pf。電容器如何命名 各國電容器的型號命名都很不統一,國產電容器的型號一般有四部分組成(不適用於壓敏電容器、可變電容器和真空電容器)依次分別代表名稱、材料、分類和序號。

第一部分為名稱,用 字母C表示 第二部分為材料, 用字母表示 第三部分為分類,用數字表示, 也有個別用字母表示的 第四部分為符號,用數字表示, 以區別電容器的外形尺寸及性能指標   
字母及含義 數字或字母 含義    
瓷介電容 雲母電容 有機電容 電解電容   
A—鉭電解 1 圓形 非密封 非密封 箔式
B—聚苯乙烯等 非極性薄膜 2 管形 非密封 非密封 箔式
3 疊片 密封 密封 燒結粉固體  
C—高頻陶瓷 4 獨石 密封 密封 燒結粉固體
D—鋁電解 5 穿心 ? 穿心 ?
E—其他材料電解 6 支柱等 ? ? ?
G—合金電解 ? ? ? ? ?
H—複合介質 7 ? ? ? 無極性
I—玻璃釉 8 高壓 高壓 高壓 ?
J—金屬化紙介 9 ? ? 特殊 特殊
L—滌綸等極性有機薄膜 G 高功率    
T 疊片式     
N—鈮電解 W 微調    
O—玻璃膜      
Q—漆膜 J 金屬化紙介    
T—低頻陶瓷      
V—雲母紙 Y 高壓    
Y—雲母      
Z—紙介      

分類

根據分析統計,電容器主要分為以下10類:

1.按照結構分三大類:固定電容器、可變電容器和微調電容器。

2.按電解質分類:有機介質電容器、無機介質電容器、電解電容器、電熱電容器和空氣介質電容器等。

3、按用途分有:高頻旁路、低頻旁路、濾波、調諧、高頻耦合、低頻耦合、小型電容器。

4.按製造材料的不同可以分為:瓷介電容、滌綸電容、電解電容、鉭電容,還有先進的聚丙烯電容等等

5.高頻旁路:陶瓷電容器、雲母電容器、玻璃膜電容器、滌綸電容器、玻璃釉電容器。

6.低頻旁路:紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器。

7、濾波:鋁電解電容器、紙介電容器、複合紙介電容器、液體鉭電容器。

8.調諧:陶瓷電容器、雲母電容器、玻璃膜電容器、聚苯乙烯電容器。

9.低耦合:紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器、固體鉭電容器。

10.小型電容:金屬化紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、聚苯乙烯電容器、固體鉭電容器、玻璃釉電容器、金屬化滌綸電容器、聚丙烯電容器、雲母電容器。

類型

鋁電解電容器

用浸有糊狀電解質的吸水紙夾在兩條鋁箔中間卷繞而成,薄的化氧化膜作介質的電容器。因為氧化膜有單嚮導電性質,所以電解電容器具有極性。

容量大,能耐受大的脈動電流。

容量誤差大,泄漏電流大;普通的不適於在高頻和低溫下套用,不宜使用在25kHz以上頻率。

低頻旁路、信號耦合、電源濾波。

鉭電解電容器

用燒結的鉭塊作正極,電解質使用固體二氧化錳。

溫度特性、頻率特性和可靠性均優於普通電解電容器,特別是漏電流極小,貯存性良好,壽命長,容量誤差小,而且體積小,單位體積下能得到最大的電容電壓乘積。

對脈動電流的耐受能力差,若損壞易呈短路狀態。

超小型高可靠機件中。

自愈式並聯電容器

結構與紙質電容器相似,但用聚脂、聚苯乙烯等低損耗塑材作介質。

頻率特性好,介電損耗小。

不能做成大的容量,耐熱能力差。

濾波器、積分、振盪、定時電路。瓷介電容器 穿心式或支柱式結構瓷介電容器,它的一個電極就是安裝螺絲。引線電感極小,

頻率特性好,介電損耗小,有溫度補償作用。

不能做成大的容量,受振動會引起容量變化。

特別適於高頻旁路。

獨石電容器(多層陶瓷電容器)

在若干片陶瓷薄膜坯上被覆以電極槳材料,疊合後一次繞結成一塊不可分割的整體,外面再用樹脂包封而成

小體積、大容量、高可靠和耐高溫的新型電容器,高介電常數的低頻獨石電容器也具有穩定的性能,體積極小,Q值高

容量誤差較大

噪聲旁路、濾波器、積分、振盪電路紙介電容器

一般是用兩條鋁箔作為電極,中間以厚度為0.008~0.012mm的電容器紙隔開重疊卷繞而成。

製造工藝簡單,價格便宜,能得到較大的電容量

金屬化聚丙烯電容器

一般在低頻電路內,通常不能在高於3~4MHz的頻率上運用。油浸電容器的耐壓比普通紙質電容器高,穩定性也好,適用於高壓電路微調電容器(半可變電容器) 電容量可在某一小範圍內調整,並可在調整後固定於某個電容值。

瓷介微調電容器的Q值高,體積也小,通常可分為圓管式及圓片式兩種。

雲母和聚苯乙烯介質的通常都採用彈簧式東,結構簡單,但穩定性較差。

線繞瓷介微調電容器是拆銅絲〈外電極〉來變動電容量的,故容量只能變小,不適合在需反覆調試的場合使

用。

陶瓷電容器

用高介電常數的電容器陶瓷〈鈦酸鋇一氧化鈦〉擠壓成圓管、圓片或圓盤作為介質,並用燒滲法將銀鍍在陶瓷上作為電極製成。它又分高頻瓷介和低頻瓷介兩種。

具有小的正電容溫度係數的電容器,用於高穩定振盪迴路中,作為迴路電容器及墊整電容器。

低頻瓷介電容器限於在工作頻率較低的迴路中作旁路或隔直流用,或對穩定性和損耗要求不高的場合〈包括高頻在內〉。這種電容器不宜使用在脈衝電路中,因為它們易於被脈衝電壓擊穿。

高頻瓷介電容器

適用於高頻電路雲母電容器

就結構而言,可分為箔片式及被銀式。被銀式電極為直接在雲母片上用真空蒸發法或燒滲法鍍上銀層而成,由於消除了空氣間隙,溫度係數大為下降,電容穩定性也比箔片式高。

頻率特性好,Q值高,溫度係數小

不能做成大的容量

廣泛套用在高頻電器中,並可用作標準電容器玻璃釉電容器

由一種濃度適於噴塗的特殊混合物噴塗成薄膜而成,介質再以銀層電極經燒結而成"獨石"結構

性能可與雲母電容器媲美,能耐受各種氣候環境,一般可在200℃或更高溫度下工作,額定工作電壓可達500V,損耗tgδ0.0005~0.008

氣泵電容器

電容器: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的電子元件稱為電容器。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。

電容器的損耗與漏電和使用環境的溫度有極大的關係!!!

固定電容器

固定電容器的檢測方法

A.檢測10pF以下的小電容因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,用兩表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(指針向右擺動)為零,則說明電容漏電損壞或內部擊穿。

B.檢測10PF~001μF固定電容器是否有充電現象,進而判斷其好壞。萬用表選用R×1k擋。兩隻三極體的β值均為100以上,且穿透電流要小。可選用3DG6等型號矽三極體組成複合管。萬用表的紅和黑表筆分別與複合管的發射極e和集電極c相接。由於複合三極體的放大作用,把被測電容的充放電過程予以放大,使萬用表指針擺幅度加大,從而便於觀察。

應注意的是:在測試操作時,特別是在測較小容量的電容時,要反覆調換被測電容引腳接觸A、B兩點,才能明顯地看到萬用表指針的擺動。C對於001μF以上的固定電容,可用萬用表的R×10k擋直接測試電容器有無充電過程以及有無內部短路或漏電,並可根據指針向右擺動的幅度大小估計出電容器的容量。

容量

電容器既然是一種儲存電荷的“容器”,就有“容量”大小的問題。為了衡量電容器儲存電荷的能力,確定了電容量這個物理量。電容器必須在外加電壓的作用下才能儲存電荷。不同的電容器在電壓作用下儲存的電荷量也可能不相同。國際上統一規定,給電容器外加1伏特直流電壓時,它所能儲存的電荷量,為該電容器的電容量(即單位電壓下的電量),用字母C表示。電容量的基本單位為法拉(F)。在1伏特直流電壓作用下,如果電容器儲存的電荷為1庫侖,電容量就被定為1法拉,法拉用符號F表示,1F=1Q/V。在實際套用中,電容器的電容量往往比1法拉小得多,常用較小的單位,如毫法(mF)、微法(μF)、納法(nF)、皮法(pF)等,它們的關係是:1微法等於百萬分之一法拉;1皮法等於百萬分之一微法, 即:

1法拉(F)=1000毫法(mF)

1毫法(mF)=1000微法(μF)

1微法(μF)=1000納法(nF)

1納法(nF)=1000皮法(pF)

即:

1F=1000000μF

1μF=1000000pF

充放電

當電容器接通電源以後,在電場力的作用下,與電源正極相接電容器極板的 自由電子將經過電源移到與電源負極相接的極板下, 正極由於失去負電荷而帶正電, 負 極由於獲得負電荷而帶負電,正,負極板所帶電荷大小相等,符號相反.電荷定 向移動形成電流,由於同性電荷的排斥作用,所以開始電流最大,以後逐漸減小,在電 荷移動過程中,電容器極板儲存的電荷不斷增加,電容器兩極板間電壓 Uc 等於電源電 壓 U 時電荷停止移動,電流 I=0,開關閉合,通過導線的連線作用,電容器正負極板電荷中和掉. 當 K 閉合時,電容器 C 正極正電荷可以移動 負極上中和掉,負極負電荷也可以移到正極中和掉,電荷逐漸減少,表現電流減小,電壓也逐漸減小為零.

注意事項

由於電容器的兩極具有剩留殘餘電荷的特點,所以,首先應設法將其電荷放盡,否則容易發生觸電事故。處理故障電容器時,首先應拉開電容器組的斷路器及其上下隔離開關,如採用熔斷器保護,則應先取下熔絲管。此時,電容器組雖已經過放電電阻自行放電,但仍會有部分殘餘電荷,因此,必須進行人工放電。放電時,要先將接地線的接地端與接地網固定好,再用接地棒多次對電容器放電,直至無火花和放電聲為止,最後將接地線固定好。同時,還應注意,電容器如果有內部斷線、熔絲熔斷或引線接觸不良時,其兩極間還可能會有殘餘電荷,而在自動放電或人工放電時,這些殘餘電荷是不會被放掉的。故運行或檢修人員在接觸故障電容器前,還應戴好絕緣手套,並用短路線短接故障電容器的兩極以使其放電。另外,對採用串聯接線方式的電容器還應單獨進行放電。

故障處理

1、電容器的常見故障。當發現電容器的下列情況之一時應立即切斷電源。

(1)電容器外殼膨脹或漏油。

(2)套管破裂,發生閃絡有火花。

(3)電容器內部聲音異常。

(4)外殼溫升高於55℃以上示溫片脫落。

2、電容器的故障處理

(1)當電容器爆炸著火時,就立即斷開電源,並用砂子和乾式滅火器滅火。

(2)當電容器的保險熔斷時,應向調度匯報,待取得同意後再拉開電容器的斷路器。切斷電源對其進行放電,先進行外部檢查 ,如套管的外部有無閃絡痕跡,外殼是否變形,漏油及接地裝置有無短路現象等,並搖測極間及極對地的絕緣電阻值,檢查電容器組接線是否完整、牢固,是否有缺相現象,如未發現故障現象,可換好保險後投入。如送電後保險仍熔斷,則應退出故障電容器,而恢復對其餘部分送電。如果在保險熔斷的同時,斷路器也跳閘,此時不可強送。須待上述檢查完畢換好保險後再投入。

(3)電容器的斷路器跳閘,而分路保險未斷,應先對電容器放電三分鐘後,再檢查斷路器電流互感器電力電纜及電容器外部等。若未發現異常,則可能是由於外部故障母線電壓波動所致。經檢查後,可以試投;否則,應進一步對保護全面的通電試驗。通過以上的檢查、試驗,若仍找不出原因,則需按制度辦事,對電容器逐漸進行試驗。未查明原因之前,不得試投。

3、處理故障電容器時的安全事項。處理故障電容器應在斷開電容器的斷路器後,拉開斷路器兩側的隔離開關,並對電容器組放電後進行。電容器組經放電電阻、放電變壓器或放電電壓互感器放電之後,由於部分殘餘電荷一時放不盡,應將接地的接地端固定好,再用接地棒多次對電容器放電直至無火花及放電聲為止,然後將接地卡子固定好。由於故障電容器可能發生引線接觸不良,內部斷線或保險熔斷等現象,因此仍可能有部分電荷未放出來,所以檢修人員在接觸故障電容器以前,還應戴上絕緣手套,用短路線將故障電容器的兩極短接,還應單獨進行放電。

新成果

法國研究人員日前報告說,用來製造超級電容器電極的碳材料結構越不規則,超級電容器的電容就越大,對高壓的承受能力也越強。超級電容器是一種新型儲能裝置,具有充電時間短、輸出功率高、壽命長等優點,可用於車輛制動能量回收系統等。其工作原理基於電極和電解液中的正負離子間的相互作用,電極表面積越大、和正負離子間的相互作用越強,電容就越大。

法國國家科研中心和奧爾良大學研究人員藉助核磁共振光譜技術量化分析了電極和正負離子間的靜電作用強弱,結果發現,碳電極材料結構越不規則,超級電容器的電容就越大,對高壓的承受能力也越強。相關論文發表在《自然·材料》雜誌網路版上。研究人員認為,這一發現有助於人們改進超級電容器性能。

超級電容器

超級電容器是一種電容量可達數千法拉的極大容量電容器。根據電容器的原理,電容量取決於電極間距離和電極表面積,為了得到如此大的電容量,要儘可能縮小超級電容器電極間距離、增加電極表面積,為此,採用雙電層原理和活性炭多孔化電極 。

超級電容器雙電層介質在電容器的二個電極上施加電壓時,在靠近電極的電介質界面上產生與電極所攜帶的電荷極性相反的電荷並被束縛在介質界面上,形成事實上的電容器的二個電極。很明顯,二個電極的距離非常小,只有幾nm.同時活性炭多孔化電極可以獲得極大的電極表面積,可以達到200m2/g。因而這種結構的超級電容器具有極大的電容量並可以存儲很大的靜電能量。就儲能而言,超級電容器的這一特性介於傳統電容器與電池之間。當二個電極板間電勢低於電解液的氧化還原電極電位時,電解液界面上的電荷不會脫離電解液,超級電容器處在正常工作狀態(通常在3V以下),如果電容器二端電壓超過電解液的氧化還原電極電位,那么,電解液將分解,處於非正常狀態。隨著超級電容器的放電,正、負極板上的電荷被外電路泄放,電解液界面上的電荷回響減少。由此可以看出超級電容器的充放電過程始終是物理過程,沒有化學反應,因此性能是穩定的,與利用化學反應的蓄電池不同 。

電工學知識

伴隨新技術革命和教學改革的不斷深入,當前套用電工學迅速發展,由於電工學的套用領域不斷擴大,電工學的知識也必不可少。

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