电子入门-元件篇(电容知识)

电子入门-元件篇(电容知识)电容符号电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。与电阻器相似，电容器通常简称其为电容，用字母C表示。顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器”。尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某绝缘物质(固体、气体或液体)所隔开，就构成了电容器。两片金属称为极板，中间的物质叫做介质。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。不同的电容器储存电荷的能力也不相同。规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。电容的基本单位为法拉(F)。但实际上，法拉是一个很不常用的单位，因为电容器的容量往往比1法拉小得多，常用的电容单位有微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)(皮法又称微微法)等，它们的关系是：1法拉(F)=1000000微法(μF)1微法(μF)=1000纳法(nF)=1000000皮法(pF)。在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，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。而且还有一个特点，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。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(学了以后的教程，可以用万用表观察)，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。举一个现实生活中的例子，我们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。电子电路中，电容器只能通过变化电流，不能通过直流电，在电路中起着“通交流，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。电容器的选用涉及到很多问题。首先是耐压的问题。加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压，电容器就会被击穿损坏。一般电解电容的耐压分档为6.3V，10V，16V，25V，50V等。分类1．固定电容器电容量固定的电容器叫做固定电容器。根据介质的不同可分为陶瓷、云母、纸质、薄膜、电解几种。1.1陶瓷电容器陶瓷电容器是用高介电常数的电容器陶瓷(钛酸钡一氧化钛)挤压成圆管、圆片或圆盘作为介质，并用烧渗法将银镀在陶瓷上作为电极制成。它又分高频瓷介和低频瓷介两种。高频瓷介电容器适用于无线电、电子设备的高频电路。具有小的正电容温度系数的电容器，使用于高稳定振荡回路中，作为回路电容器及垫整电容器。低频瓷介电容器限于在工作频率较低的回路中作旁路或隔直流用，或对稳定性和损耗要求不高的场合(包括高频在内)。这种电容器不宜使用在脉冲电路中，因为它们易于被脉冲电压击穿。常见的瓷介电容器有：穿心式或支柱式结构瓷介电容器，它的一个电极就是安装螺丝。引线电感极小，特别适于高频旁路用。独石电容器即多层陶瓷电容器，其结构是在若干片陶瓷薄膜坯上被覆以电极桨材料，叠合后一次绕结成一块不可分割的整体，外面再用树脂包封而成，它是一种小体积、大容量、高可靠和耐高温的新型电容器，高介电常数的低频独石电容器也具有稳定的性能，体积极小。1.2云母电容器云母电容器就结构而言，可分为箔片式及被银式。被银式电极为直接在云母片上用真空蒸发法或烧渗法镀上银层而成，由于消除了空气间隙，温度系数大为下降，电容稳定性也比箔片式高。云母电容器广泛应用在高频电器中，并可用作标准电容器。玻璃釉电容器的介质是由一种浓度适于喷涂的特殊混合物喷涂成薄膜而成，介质再以银层电极经烧结而成“独石”结构。玻璃釉电容器的性能可与云母电容器媲美，能耐受各种气候环境，一般可在200℃或更高温度下工作，额定工作电压可达500V，损耗tanδ=0.0005~0.008。1.3纸质电容器纸质电容器在无线电、电子设备中应用很广，一般是用两条铝箔作为电极，中间以厚度为0.008~0.012mm的电容器纸隔开重叠卷绕而成。制造工艺简单，价格便宜，能得到较大的电容量，一般在0.25μF以下，但容量误差较大且不易控制，质量较好的是±10%，损耗较大(tanδ≤0.015)，温度频率特性稳定性较差。以往常用的纸电容器为非密封型，仅用地蜡、石蜡和氯化二苯基等浸渍封闭，容易老化，稳定性较差，易受湿度影响，受潮后绝缘电阻降低，大气压力对它也有影响。电容器芯置于金属或陶瓷管内加以密封的纸质电容器质量较好，外界气候条件的影响极小，可在相对湿度达95~98%的场合中正常使用。金属化纸介电容器的电极是用真空蒸发直接将金属蒸发附着于电容器纸上，体积仅为普通纸质电容器的1/4左右，主要特点是具有“自恢复”作用，即在击穿后能“自愈”，是纸质电容器的改进型。纸质电容器是中频电容器，一般应用在低频电路内，通常不能在高于3~4MHz的频率上运用。油浸电容器的耐压比普通纸质电容器高，稳定性也好，适用于高压电路。1.4薄膜电容器薄膜电容器的结构与纸质电容器相似，但用聚酯、聚苯乙烯等低损耗塑材作介质。聚苯乙烯电容器性能优良，低频电路中可作优良的耦合电容器使用。还特别适用于RC时间常数电路，因为它的介电吸收作用极微而放电快。耐高温的薄膜电容器有涤纶电容器、聚四氟乙烯电容器和聚碳酸脂(PC)电容器。涤纶电容器也称聚脂电容器，它的电性能优于金属化纸介电容器，在电路中主要用作旁路和隔直流等，以代替纸介电容器。聚碳酸脂电容器的电性能优于涤纶电容器，可长期工作于+120~130℃。聚丙烯电容器(CBB)的电性能与聚苯乙烯电容器相似,但单位体积电容量较大，能耐+100℃以上高温，温度稳定性则稍差。1.5电解电容器电解电容器是用薄的氧化膜作介质的电容器。因为氧化膜有单向导电性质，所以电解电容器具有极性。1.6铝电解电容器用浸有糊状电解质的吸水纸夹在两条铝箔中间卷绕而成。普通铝电解电容器不适于在高频和低温下应用，不宜使用在25kHz以上频率,通常作低频旁路\耦合和电源滤波用。1.7固体钽电解电容器用烧结的钽块作正极,电解质使用固体二氧化锰,如图所示。它们具有一系列优点，如温度特性、频率特性均优于普通电解电容器，特别是漏电流极小，贮存性良好，寿命长，而且体积小，单位体积下能得到最大的电容电压乘积，适于超小型高可靠机件中使用。2．微调电容器微调电容器也称半可变电容器，它的电容量可在某一小范围内调整，并可在调整后固定于某个电容值。瓷介微调电容器的品质极高，体积也小，通常可分为圆管式及圆片式两种。云母和聚苯乙烯介质的微调电容器，通常都采用弹簧式结构，这种微调电容器结构简单，但稳定性较差。线绕瓷介微调电容器是拆铜丝(外电极)来变动电容量的，因此电容量只能变小，不适合在需反复调试的场合使用。3．可变电容器顾名思义，可变电容器是指电容值可以在比较大的范围内发生变化，并可确定为某一个值。可变电容器分为薄膜介质和空气介质两种形式。常用于耦合及调谐电路中，常见的有双联电容、陶瓷电容等可调电容与微调电容电容器型号命名法表6电容器型号命名法第一部分：主称第二部分：材料第三部分：特征、分类第四部分：序号符号意义符号意义符号意义瓷介云母玻璃电解其他C电容器C瓷介1圆片非密封－箔式非密封对主称、材料相同，仅尺寸、性能指标略有不同，但基本不影响互使用的产品，给予同一序号；若尺寸性能指标的差别明显；影响互换使用时，则在序号后面用大写字母作为区别代号。Y云母2管形非密封－箔式非密封I玻璃釉3迭片密封－烧结粉固体密封O玻璃膜4独石密封－烧结粉固体密封Z纸介5穿心－－－穿心J金属化纸6支柱－－－－B聚苯乙烯7－－－无极性－L涤纶8高压高压－－高压Q漆膜9－－－特殊特殊S聚碳酸脂J金属膜H复合介质W微调D铝A钽N铌G合金T钛E其他示例：(1)铝电解电容器CD11第四部分：序号第三部分：特征分类（箔式）第二部分：材料（铝）第一部分：主称（电容器）(2)圆片形瓷介电容器CC1－1第四部分：序号第三部分：特征分类（圆片）第二部分：材料（瓷介质）第一部分：主称（电容器）(3)纸介金属膜电容器CZJX第四部分：序号第三部分：特征分类（金属膜）第二部分：材料（纸介）第一部分：主称（电容器）2．电容器的主要技术指标(1)电容器的耐压：常用固定式电容的直流工作电压系列为：6.3V，10V，16V，25V，40V，63V，100V，160V，250V，400V。(2)电容器容许误差等级：常见的有七个等级如表7所示。表7容许误差2%5%10%20%+20%-30%+50%-20%+100%-10%级别0.2IIIIIIIVVVI(3)标称电容量：表8固定式电容器标称容量系列和容许误差系列代号E24E12E6容5%（I）或（J）10%（II）或（K）20%（III）许误差或（m）标称容量对应值10,11,12,13,15,16,18,20,22,24,27,30,33,36,39,43,47,51,56,62,68,75,82,9010,12,15,18,22,27,33,39,47,56,68,8210,15,22,23,47,68注：标称电容量为表中数值或表中数值再乘以，其中n为正整数或负整数，单位为pF。3．电容器的标志方法(1)直标法容量单位：F（法拉）、F（微法）、nF（纳法）、pF（皮法或微微法）。1法拉=微法=微微法，1微法=纳法=微微法1纳法=微微法例如：4n7表示4.7nF或4700pF，0.22表示0.22F，51表示51pF。有时用大于1的两位以上的数字表示单位为pF的电容，例如101表示100pF；用小于1的数字表示单位为F的电容，例如0.1表示0.1F。(2)数码表示法一般用三位数字来表示容量的大小，单位为pF。前两位为有效数字，后一位表示位率。即乘以10i，i为第三位数字，若第三位数字9，则乘10-1。如223J代表22103pF＝22000pF＝0.22F，允许误差为5%；又如479K代表4710-1pF，允许误差为5%的电容。这种表示方法最为常见。（3）色码表示法这种表示法与电阻器的色环表示法类似，颜色涂于电容器的一端或从顶端向引线排列。色码一般只有三种颜色，前两环为有效数字，第三环为位率，单位为pF。有时色环较宽，如红红橙，两个红色环涂成一个宽的，表示22000pF。