第三节电容

电容世界所有的物质，只要是两个导体相互靠近。中间由绝缘物质隔开，就构成了电容。两个金属导体板，中间以绝缘介质相隔，并引出两个电极，就形成了一个电容器。金属导体板叫作极板，极板间的介质一般用空气、云母、纸、塑料、陶瓷等。电容器可以把电能以电场能的形式储存起来。它不像电瓶是以化学能的方式存电的，化学能转化电能需要时间，而电容不需要。所以在使用时它是瞬间放电，但这一瞬间放电的电流非常高，比起发动机启动时电流还大。当然这样的放电也是一瞬间。电容的图形符号为：，在电路中我们用字母C表示，容量单位是法拉（F）。因为（法拉）太大了所以我们不经常用，常用（微法）和（纳法），换算进制如下：1F（法拉）=1000ｍＦ（毫法）1ｍＦ（毫法）＝1000ｕＦ（微法）1ｕＦ（微法）＝1000ｎＦ（纳法）1ｎＦ（纳法）＝1000ｐＦ（皮法）电容的性能指示，有电容量、允许误差、额定工作电压、介质损耗和稳定性等。其中主要指示是电容量、允许误差和额定电压。电容量一般在电容外壳有标记电容值，这个电容值不是准确的，是有一定的偏差。这个偏差额定也有标计。在国家的允许范围内，因称为允许误差。额定电压俗称耐压，是指电容能够承受多大的电压。一般只有到它的三分之二。比如说耐压是35V的电容用到25V的路中就是合适的。交流电一秒变化一次，称为一赫兹。交流电速度快于一赫兹，那么电容对这个交流电就是一条通路，容抗很小。如果交流电频率小于一赫兹，电容存在充满电的情况，所以电流中会有一段时间无电流，也就是电容容抗最大。所以电容具有选频特性，它对一定频率以上的交流电是一条通路，而对一定频率以下的交流电表现出很大的电阻。所以电容器可以通交流隔直流。这是一个很重要的特性。电容按极性分为：有极性和无极性两种有极性的有:电解电容、贴片铝电解电容、贴片钽电解电容。图形符号：（1）电解电容是电容的一种，金属箔为正极（铝或钽），与正极紧贴金属的氧化膜（氧化铝钽或五氧化二钽）是电介质，阴极由导电材料，电解质（电解质可以是液体或固体）和其他材料共同组成，因电解质是阴极的主要部分，电解电容因此而得名，所以电容正负极千万不能接反，因正极板所用材料不同分为两种：铝电解电容器和钽电解电容器。（2）铝电解电容的负极板用浸过电解质（液态电解质）的薄纸薄膜或电解质聚合物构成。（3钽电解电容的负极板用浸过电解质（液态电解质）的二氧化锰构成。这是有极电解电容，另外还有一种无极性的电解电容。无极性的有：聚酯电容、金属膜电容、钽电容、陶瓷电容、涤轮电容等。图形符号:（1）聚酯电容介电常数较高、体积较小、容量大、稳定性较好，适宜做旁路电容，精度、损耗、绝缘电阻、温度特性、可靠性及适应环境等指标都优于电解电容。（2）陶瓷电容用于高介电常数的电容器陶瓷，挤压成圆管，圆片或圆盘作为介质，分为高频率介和低频率两种。特性：稳定、绝缘性好、耐高压。（3）涤轮电容是用两片金属箔做电极，夹在极薄绝缘介质中，卷成圆柱形或扁柱形芯子，介质是涤轮，涤轮薄膜电容，介电常数较高，体积较小，容量大，稳定性好，适宜作旁路电容。(4)钽质电容是一种电容器中体积小而能达到较大电容量的产品，外形多种多样。特性：具有非常高的工作电场强度，可以非常方便地获得较大的电容量，具有单相导电性。（5）金属膜电容在将双面金属优聚丙烯膜和非金属优聚丙烯膜进行卷取或者叠层所组成的金属化膜电容器。特性：无极性绝缘阻抗很高，频率性优异，而且介质损失很小。有极性的电解电容常在电源电路或中频、低频电路中起电源滤波、退耦、信号耦合及时间常熟设定，隔流等作用。一般不能用于交流电源电路，在直流电路中作滤波电容使用，使用时注意正极接电源正极，负极接电源负极。无极性电解电容通常用于音箱分频器电路，电视机S校正电路及单相电动机的起动电路。电解电容因单位体积电容量大，价格便宜小。电容的作用：作为无源元件之一的电容，其作用不外乎以下几种。（1）应用于电源电路，实现旁路、去耦、滤波和储能作用。①旁路。旁路电容是为本地器件提供能量的储存器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件放电。为尽量减少阻抗，旁路电容量要尽量靠近负载器件的供电电源引脚和地引脚，这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位太高和噪声。②去耦。去耦又称解耦。从电路来说，总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要对电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电路比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片引脚上的电感）会产生反弹，这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前极的正常工作，这就是耦合。去耦电容就是起到一个电池的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。将旁路电容和去耦电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去耦合的，只有旁路电容一般是指高频率旁路，也就是给高频的开关噪声提供一条阻抗泄防途径。高频率旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般是0.1uF等，而去耦电容一般比较大，是10uF或这更大，需依据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。旁路是把输入信号中的干扰作为滤波对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源。这就是它们的本质区别。③滤波。从理论上说，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。但实际上超过1uF的电容大多为电解电容，有很大的电感成分，所以频率高了后反而阻抗会增大。有时会看到电容量较大的电解电容并联了一个小电容，这时大电容通低频，小电容通高频。电容的作用就是通高频阻低频。电容越大低频容易通过，电容越小高频越容易通过。具体用在滤波电路中时，大电容（1000uf）滤低频，小电容（20pF）滤高频。也有人将滤波电容比做“水塘”。由于电容的两端电压不会突变，由此可知，信号频率越高则衰减越大，可很形象地说电容像隔水塘，不会因几滴水就越大，从而蒸发引起水量的变化。它把电压的变动转化为电流的变化，频率越高，峰值电流就越大，从而缓冲了电压。而滤波实际上就是充电、放电的过称。④储能。储能型电容器通过整流器收集电荷，并将储存的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。电压额定值为40～450VDC。电容值在220～150000uF的铝电解电容器（如EPCOS公司的B43504或B43505）是较为常用的。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其组合的形式，对于功率级超过10KW的电源，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。电容的链接在实际工作中，如果电容量太小或者电容耐压太小，就需要把电容做串、并连处理，以适应实际电路的需要。1.电容的并联将几只电容器接在同一对节点上的联接方式称为电容的并联，如图1-12所示。其特点是:(1).并联后的等效电容（总电容）C等于各个电容之和。即C=C1+C2+C3…+Cn(2)每个电容两端的电压与总电压相等，即U=U1=U2=U3…=Un由此可见，并联的电容越多，其总容量越大。这在实际工作中得到了广泛的应用，比如，在滤波器电路中，如果一个电容的滤波效果不好，可以由多隔电容并联使用来改善。UU1U2U3C1C2C3图1-12电容的并联2.电容的串联将几只电容依次联接，只有一条支路的联接方式，称为电容的串联，如图1-13所示。其特点是：（1）.串联后的总电容C的倒数等于各个电容倒数之和，即两个相等的电容串联时，其总电容为C=U1C1UU2C2图1-13电容的串联（2）串联电容电路上的总电压U等于每个电容上的电压11111CC1C2C3Cn…C12之和，即U=U1+U2+U3+…+Un每个电容上实际分配的电压与其容量成反比，即容量大的分配电压低，容量小的分配电压高。注意：这一点与电阻串联时每个电阻上电压的分配关系是不一样的。3.串联时等效电容减小了，且总电容小于每个电容。电容串联时应根据它们容量考虑每个电容实际承受的电压是否超过其本身的耐压值。