一、 電容基本分類(lèi)
從基本原理而言,電容器就是能夠儲(chǔ)存電荷的“容器”。其所存儲(chǔ)的正負(fù)電荷等量地分布于兩塊不直接導(dǎo)通的導(dǎo)體板上。可以此般描述電容器的基本結(jié)構(gòu):兩塊導(dǎo)體板(通常為金屬板)中間隔以電介質(zhì),即構(gòu)成電容器的基本模型。由于絕緣材料、構(gòu)造工藝等的不同,所制成之電容器種類(lèi)也有所不同:
a 、按結(jié)構(gòu)可分為:固定電容,可變電容,微調(diào)電容。
b 、按介質(zhì)材料可分為: CBB 電容(聚乙烯),滌綸電容、瓷片電容、獨(dú)石電容、電解電容、鉭電容等。 c 、按極性分為:有極性電容和無(wú)極性電容。
一般地,電容絕緣材料(介質(zhì))決定了電容的關(guān)鍵特性。根據(jù)介質(zhì)的不同,同時(shí)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用中的具體情況,這里把電容器簡(jiǎn)單分為三類(lèi)
第一類(lèi):電解類(lèi)
電解電容器是指在鋁、鉭、鈮、鈦等閥金屬的表面采用陽(yáng)極氧化法生成一薄層氧化物作為電介質(zhì),以電解質(zhì)作為陰極而構(gòu)成的電容器。目前最常用的電解電容有鋁電解和鉭電解。
廣義上講,電解質(zhì)包括電解液、二氧化錳、有機(jī)半導(dǎo)體 TCNQ 、導(dǎo)體聚合物( PPy 、 PEDT )、凝膠電解質(zhì) PEO 等。后面的幾種是目前比較尖端的電容器。
這里要注意“電解質(zhì)”和“電介質(zhì)”概念的不同。
第二類(lèi):薄膜類(lèi)
以塑料薄膜作為電介質(zhì)。以往的紙介電容器、塑料薄膜電容器多用板狀或條狀的鋁箔作為電極,現(xiàn)在,大多采用真空蒸鍍的方式在電容器紙、有機(jī)薄膜等的表面涂覆金屬薄層作為電極。金屬化工藝使得電極更為纖薄和節(jié)省空間,該類(lèi)電容器在小型化和片式化方面有了長(zhǎng)足的發(fā)展。
第三類(lèi):瓷介類(lèi)
陶瓷電容器采用鈦酸鋇、鈦酸鍶等高介電常數(shù)的陶瓷材料作為電介質(zhì),在電介質(zhì)的表面印刷電極漿料,經(jīng)低溫?zé)Y(jié)制成。陶瓷電容器的外形以片式居多,也有管形、圓片形等形狀。
如下表格是常用電容的結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵特點(diǎn):
種類(lèi) |
結(jié) 構(gòu) |
特 點(diǎn) (優(yōu) / 缺點(diǎn)) |
鋁電解電容 |
由電解液浸泡的電解紙隔離開(kāi)的陰陽(yáng)極鋁箔繞圈后置于密封鋁制圓筒而成。陽(yáng)極鋁箔經(jīng)直流電壓處理后在表面形成一層氧化膜作為電容電介質(zhì)。 |
特點(diǎn)是容量密度大,但是漏電大,穩(wěn)定性差,有正負(fù)極性,適宜用于電源濾波或者低頻電路中。 |
鉭、鈮電解電容 |
以金屬鉭或者鈮做正極,用稀硫酸等配液做負(fù)極,用鉭或鈮表面生成的氧化膜做介質(zhì)制成。 |
特點(diǎn)是體積小、容量大、性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、絕緣電阻大、溫度特性好。用在要求較高的設(shè)備中 |
薄膜電容 |
結(jié)構(gòu)和紙介電容相同,介質(zhì)是滌綸或者聚苯乙烯。 |
滌綸薄膜電容,介電常數(shù)較高,故可做到體積小,容量大,穩(wěn)定性較好,適宜做旁路電容。 聚苯乙烯薄膜電容,介質(zhì)損耗小,絕緣電阻高,但是溫度系數(shù)大,可用于高頻電路。 |
陶瓷電容 |
用陶瓷做介質(zhì),在陶瓷基體兩面噴涂銀層,然后燒成銀質(zhì)薄膜做極板制成。 |
特點(diǎn)是體積小,耐熱性好、損耗小、絕緣電阻高,但容量小,適宜用于高頻電路。 鐵電陶瓷電容的容量較大,但是損耗和溫度系數(shù)較大,適宜用于低頻電路。 |
紙介電容 |
以兩片金屬箔做電極,夾在極薄的 電容紙 中,卷成圓柱形或者扁柱形芯子,然后密封在金屬殼或者絕緣材料(如火漆、陶瓷、玻璃釉等)殼中制成。 |
特點(diǎn)是體積較小,容量可以做得較大。但是固有電感和損耗都比較大,適用于低頻電路。 |
金屬化紙介電容 |
結(jié)構(gòu)和紙介電容基本相同。它是在電容器紙上覆上一層金屬膜來(lái)代替金屬箔, |
體積小,容量較大,一般用在低頻電路中。 |
油浸紙介電容 |
其是把紙介電容浸在經(jīng)過(guò)特別處理的油里,能增強(qiáng)它的耐壓。 |
其特點(diǎn)是電容量大、耐壓高,但是體積較大。 |
云母電容 |
用金屬箔或者在云母片上噴涂銀層做電極板,極板和云母一層一層疊合后,再壓鑄在膠木粉或封固在環(huán)氧樹(shù)脂中制成。 |
其特點(diǎn)是介質(zhì)損耗小,絕緣電阻大、溫度系數(shù)小,適宜用于高頻電路。 |
半可變電容 |
也叫做微調(diào)電容。是由兩片或者兩組小型金屬?gòu)椘虚g夾著介質(zhì)制成。 |
改變兩片之間的距離或者面積以改變電容器的容量值。它的介質(zhì)有空氣、陶瓷、云母、薄膜等。 |
可變電容 |
由一組定片和一組動(dòng)片組成,它的容量隨著動(dòng)片的轉(zhuǎn)動(dòng)可以連續(xù)改變。把兩組可變電容裝在一起同軸轉(zhuǎn)動(dòng),叫做雙連。 |
可變電容的介質(zhì)有空氣和聚苯乙烯兩種。空氣介質(zhì)可變電容體積大,損耗小,多用在電子管收音機(jī)中。聚苯乙烯介質(zhì)可變電容做成密封式的,體積小,多用在晶體管收音機(jī)中。 |
二 、 單位
電容的基本單位是: F (法),此外還有 μF (微法)、 pF (皮法)、 nF (納法),由于電容 F 的容量非常大,所以我們看到的一般都是 μF 、 nF 、 pF 的單位,而不是 F 的單位。
具體換算如下:
1F = 1×106μF =10×109nF=10×1012pF
三、 標(biāo)識(shí)
直接標(biāo)稱法:由于電容體積要比電阻大,所以一般都使用直接標(biāo)稱法。如果數(shù)字是 0.001 ,那它代表的是 0.001uF = 1nF ,如果是 10n ,那么就是 10nF ,同樣 100p 就是 100pF 。
數(shù)碼表示法:用 1~4 位數(shù)字表示,容量單位為 pF ,如 350 為 350pF , 3 為 3pF , 0.5 為 0.5pF 。
色碼表示法:沿電容引線方向,用不同的顏色表示不同的數(shù)字,第一,二種環(huán)表示電容量,第三種顏色表示有效數(shù)字后零的個(gè)數(shù)(單位為 pF )。
顏色意義:黑 =0 、棕 =1 、紅 =2 、橙 =3 、黃 =4 、綠 =5 、藍(lán) =6 、紫 =7 、灰 =8 、白 =9 。
四、基本作用
電容器在電子線路中的作用一般概括為:通交流、阻直流。電容器通常起濾波、旁路、耦合、去耦、轉(zhuǎn)相等電氣作用。用作貯能元件也是電容器的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域,同電池等儲(chǔ)能元件相比,電容器可以瞬時(shí)充放電,并且充放電電流基本上不受限制,可以為某些設(shè)備提供大功率的瞬時(shí)脈沖電流。
1 、隔直流:作用是阻止直流而讓交流通過(guò)。
2 、旁路(去耦):為交流電路中某些并聯(lián)的元件提供低阻抗通路。
3 、耦合:作為兩個(gè)電路之間的連接,允許交流信號(hào)通過(guò)并傳輸?shù)较乱患?jí)電路
4 、平滑或?yàn)V波: 將整流以后的脈狀波變?yōu)榻咏绷鞯钠交ǎ驅(qū)⒓y波及干擾波慮除。
5 、溫度補(bǔ)償:針對(duì)其它元件對(duì)溫度的適應(yīng)性不夠帶來(lái)的影響,而進(jìn)行補(bǔ)償,改善電路的溫度穩(wěn)定性。
6 、計(jì)時(shí):電容器與電阻器配合使用,確定電路的時(shí)間常數(shù)。
7 、調(diào)諧:對(duì)與頻率相關(guān)的電路進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)諧,比如手機(jī)、收音機(jī)、電視機(jī)。
8 、儲(chǔ)能: 儲(chǔ)能型電容器通過(guò)整流器收集電荷,并將存儲(chǔ)的能量通過(guò)變換器引線傳送至電源的輸出端。電壓額定值為 40 ~ 450VDC 、電容值在 220 ~ 150 000μF 之間的鋁電解電容器為較常見(jiàn)的規(guī)格。根據(jù)不同的電源要求,器件有時(shí)會(huì)采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式, 對(duì)于功率級(jí)超過(guò) 10KW 的電源,通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。
9、浪涌電壓保護(hù): 開(kāi)關(guān)頻率很高的現(xiàn)代功率半導(dǎo)體器件易受潛在的損害性電壓尖峰脈沖的影響。跨接在功率半導(dǎo)體器件兩端的浪涌電壓保護(hù)電容器通過(guò)吸收電壓脈沖限制了峰值電壓,從而對(duì)半導(dǎo)體器件起到了保護(hù)作用,使得浪涌電壓保護(hù)電容器成為功率元件庫(kù)中的重要一員。
半導(dǎo)體器件的額定電壓和電流值及其開(kāi)關(guān)頻率左右著浪涌電壓保護(hù)電容器的選擇。由于這些電容器承受著很陡的 dv/dt 值,因此,對(duì)于這種應(yīng)用而言,薄膜電容器是恰當(dāng)之選。不能僅根據(jù)電容值 / 電壓值來(lái)選擇電容器。在選擇浪涌電壓保護(hù)電容器時(shí),還應(yīng)考慮所需的 dv/dt 值。
10 、 EMI/RFI 抑制: 這些電容器連接在電源的輸入端,以減輕由半導(dǎo)體所產(chǎn)生的電磁或無(wú)線電干擾。由于直接與主輸入線相連,這些電容器易遭受到破壞性的過(guò)壓和瞬態(tài)電壓。采用塑膜技術(shù)的 X- 級(jí)和 Y- 級(jí)電容器提供了最為廉價(jià)的抑制方法之一。抑制電容器的阻抗隨著頻率的增加而減小,允許高頻電流通過(guò)電容器。 X 電容器在線路之間對(duì)此電流提供“短路”, Y 電容器則在線路與接地設(shè)備之間對(duì)此電流提供“短路”。
11 、控制和邏輯電路 :各類(lèi)電容器均可能被應(yīng)用于電源控制電路中。除非是在惡劣環(huán)境條件的要求,否則這些電容器的選擇一般都是低電壓低損耗的通用型元件。