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认识电容器

作者:张成哲来源:青佺电子 日期:2012年9月12日 16:00

目录
电容器的定义
电容器在电路中的作用
电容器的基本功能——充电和放电
电容器主要特性参数
电容器的型号命名与标示
电容器的分类
常用电容器处理故障电容器时应注意哪些安全?
电容器运行时常易发生哪些异常情况?
电容器的检测方法与更换
电容器的定义
  电容器通常简称其为电容,用字母C表示。
  定义1:电容器,顾名思义,是‘装电的容器’,是一种容纳电荷的器件。英文名称:capacitor。电容是电子设备中大量使用的电子元件之一,广泛应用于隔直,耦合,旁路,滤波,调谐回路, 能量转换,控制电路等方面。
  定义2:电容器,任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体(包括导线)间都构成一个电容器。
电容器在电路中的作用
  在直流电路中,电容器是相当于断路的。
  这得从电容的结构上说起。最简单的电容是由两端的极板和中间的绝缘电介质[2]构成的。通电后,极板带电,形成电压(电势差),但是中间由于是绝缘的物质,所以是不导电的。不过,这样的情况是在没有超过电容器的临界电压(击穿电压)的前提条件下的。我们知道,任何物质都是相对绝缘的,当物质两端的电压加大到一定程度后,物质是都可以导电的,我们称这个电压叫击穿电压。电容也不例外,电容被击穿后,就不是绝缘体体了。不过在中学阶段,这样的电压在电路中是见不到的,所以都是在击穿电压以下工作的,可以被当做绝缘体看。
  但是,在交流电路中,因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的。而电容器充放电的过程是有时间的,这个时候,在极板间形成变化的电场,而这个电场也是随时间变化的函数。实际上,电流是通过场的形式在电容器间通过的。
  在中学阶段,有句话,就叫通交流,阻直流,说的就是电容的这个性质。
电容器的基本功能——充电和放电
  充电和放电是电容器的基本功能。
  充电
  使电容器带电(储存电荷和电能)的过程称为充电。这时电容器的两个极板总是一个极板带正电,另一个极板带等量的负电。把电容器的一个极板接电源(如电池组)的正极,另一个极板接电源的负极,两个极板就分别带上了等量的异种电荷。充电后电容器的两极板之间就有了电场,充电过程把从电源获得的电能储存在电容器中。
  放电
  使充电后的电容器失去电荷(释放电荷和电能)的过程称为放电。例如,用一根导线把电容器的两极接通,两极上的电荷互相中和,电容器就会放出电荷和电能。放电后电容器的两极板之间的电场消失,电能转化为其它形式的能。
  在一般的电子电路中,常用电容器来实现旁路、耦合、滤波、振荡、相移以及波形变换等,这些作用都是其充电和放电功能的演变。
电容器主要特性参数
  1、标称电容量和允许偏差
标称电容量是标志在电容器上的电容量。
  
  电容器的基本单位是法拉(F),但是,这个单位太大,在实地标注中很少采用。
  其它单位关系如下:
  1F=1000mF
  1mF=1000μF
  1μF=1000nF
  1nF=1000pF
  电容器实际电容量与标称电容量的偏差称误差,在允许的偏差范围称精度。
  精度等级与允许误差对应关系:00(01)-±1%、0(02)-±2%、Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、 Ⅳ-(+20%-10%)、Ⅴ-(+50%-20%)、Ⅵ-(+50%-30%)
  一般电容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级,电解电容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级,根据用途选取。
  2、额定电压
  在最低环境温度和额定环境温度下可连续加在电容器的最高直流电压有效值,一般直接标注在电容器外壳上,如果工作电压超过电容器的耐压,电容器击穿,造成不可修复的永久损坏。
  3、绝缘电阻
直流电压加在电容上,并产生漏电电流,两者之比称为绝缘电阻.
  
  当电容较小时,主要取决于电容的表面状态,容量〉0.1uf时,主要取决于介质的性能,绝缘电阻越小越好。
  电容的时间常数:为恰当的评价大容量电容的绝缘情况而引入了时间常数,他等于电容的绝缘电阻与容量的乘积。
  4、损耗
  电容在电场作用下,在单位时间内因发热所消耗的能量叫做损耗。各类电容都规定了其在某频率范围内的损耗允许值,电容的损耗主要由介质损耗,电导损耗和电容所有金属部分的电阻所引起的。 
  在直流电场的作用下,电容器的损耗以漏导损耗的形式存在,一般较小,在交变电场的作用下,电容的损耗不仅与漏导有关,而且与周期性的极化建立过程有关。
  5、频率特性
  随着频率的上升,一般电容器的电容量呈现下降的规律。
  6,常用公式
  平行板电容器公式中C=εS/4πkd
电容器的型号命名与标示
  1.电容器的型号命名方法
国产电容器的型号一般由四部分组成(不适用于压敏、可变、真空电容器)。依次分别代表名称、材料、分类和序号。
  
  第一部分:名称,用字母表示,电容器用C。
  第二部分:材料,用字母表示。
  第三部分:分类,一般用数字表示,个别用字母表示。
  第四部分:序号,用数字表示。
  用字母表示产品的材料:A-钽电解、B-聚苯乙烯等非极性薄膜、C-高频陶瓷、D-铝电解、E-其它材料电解、G-合金电解、H-复合介质、I-玻璃釉、J-金属化纸、L-涤纶等极性有机薄膜、N-铌电解、O-玻璃膜、Q-漆膜、T-低频陶瓷、V-云母纸、Y-云母、Z-纸介
  2.电容器容量标示
  1、直标法
  用数字和单位符号直接标出。如1uF表示1微法,有些电容用“R”表示小数点,如R56表示0.56微法。
  2、文字符号法
  用数字和文字符号有规律的组合来表示容量。如p10表示0.1pF,1p0表示1pF,6P8表示6.8pF, 2u2表示2.2uF.
  3、色标法
  用色环或色点表示电容器的主要参数。电容器的色标法与电阻相同。
  电容器偏差标志符号:+100%-0--H、+100%-10%--R、+50%-10%--T、+30%-10%--Q、+50%-20%--S、+80%-20%--Z
  4、数学计数法:如上图瓷介电容,标值272,容量就是:27X100pf=2700pf.如果标值473,即为47X1000pf=后面的2、3,都表示10的多少次方)。又如:332=33X100pf=3300pf。
电容器的分类
  1、按照结构分三大类:固定电容器、可变电容器和微调电容器。
  2、按电解质分类:有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器和空气介质电容器等。
  3、按用途分有:高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合、小型电容器。
  4、按制造材料的不同可以分为:瓷介电容、涤纶电容、电解电容、钽电容,还有先进的聚丙烯电容等等
  5、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。
  6、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。
  7、滤波:铝电解电容器、纸介电容器、复合纸介电容器、液体钽电容器。
  8、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。
  9、低耦合:纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器、固体钽电容器。
  10、小型电容:金属化纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、聚苯乙烯电容器、固体钽电容器、玻璃釉电容器、金属化涤纶电容器、聚丙烯电容器、云母电容器。
常用电容器
  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,薄的化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.。
  容量大,能耐受大的脉动电流
  容量误差大,泄漏电流大;普通的不适于在高频和低温下应用,不宜使用在25kHz以上频率。
  低频旁路、信号耦合、电源滤波。
  超大容量电解电容器
  用大孔洞的铝箔作正极,阴极用松下的代号XLBET使用。
  温度特性、频率特性和可靠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,容量误差小,而且体积小,单位体积下能得到最大的电容电压乘积。
  新型材料对脉动电流的耐受能力得到较大的提高,不会象国内普通材料那样易呈短路状态。
  超小型高可靠机件中。
  薄膜电容器
结构与纸质电容器相似,但用聚脂、聚苯乙烯等低损耗塑材作介质。
  
  频率特性好,介电损耗小。
  不能做成大的容量,耐热能力差。
  滤波器、积分、振荡、定时电路。
  
  瓷介电容器
  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,
  频率特性好,介电损耗小,有温度补偿作用。
  不能做成大的容量,受振动会引起容量变化。
  特别适于高频旁路。
  独石电容器(多层陶瓷电容器)
  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
  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,Q值高
  容量误差较大
  噪声旁路、滤波器、积分、振荡电路
  纸介电容器
  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
  微调电容器(半可变电容器)
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Q值高,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通常都采用弹簧式东,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,故容量只能变小,不适合在需反复调试的场合使用
  陶瓷电容器
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。
  
  具有小的正电容温度系数的电容器,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。
  高频瓷介电容器适用于高频电路
  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。
  频率特性好,Q值高,温度系数小
  不能做成大的容量
  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
  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
  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tgδ0.0005~0.008 
  电容器:电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源和退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等的电子元件称为电容器。电容器包括固定电容器和可变电容器两大类,其中固定电容器又可根据所使用的介质材料分为云母电容器、陶瓷电容器、纸/塑料薄膜电容器、电解电容器和玻璃釉电容器等;可变电容器也可以是玻璃、空气或陶瓷介质结构。
  电容器的损耗与漏电和使用环境的温度有极大的关系!!!
   固定电容器
  固定电容器的检测方法
  A.检测10pF以下的小电容因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R×10k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。
  B.检测10PF~001μF固定电容器是否有充电现象,进而判断其好坏。万用表选用R×1k挡。两只三极管的β值均为100以上,且穿透电流要小。可选用3DG6等型号硅三极管组成复合管。万用表的红和黑表笔分别与复合管的发射极e和集电极c相接。由于复合三极管的放大作用,把被测电容的充放电过程予以放大,使万用表指针摆幅度加大,从而便于观察。
  应注意的是:在测试操作时,特别是在测较小容量的电容时,要反复调换被测电容引脚接触A、B两点,才能明显地看到万用表指针的摆动。C对于001μF以上的固定电容,可用万用表的R×10k挡直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电,并可根据指针向右摆动的幅度大小估计出电容器的容量。
处理故障电容器时应注意哪些安全?
  由于电容器的两极具有剩留残余电荷的特点,所以,首先应设法将其电荷放尽,否则容易发生触电事故。处理故障电容器时,首先应拉开电容器组的断路器及其上下隔离开关,如采用熔断器保护,则应先取下熔丝管。此时,电容器组虽已经过放电电阻自行放电,但仍会有部分残余电荷,因此,必须进行人工放电。放电时,要先将接地线的接地端与接地网固定好,再用接地棒多次对电容器放电,直至无火花和放电声为止,最后将接地线固定好。同时,还应注意,电容器如果有内部断线、熔丝熔断或引线接触不良时,其两极间还可能会有残余电荷,而在自动放电或人工放电时,这些残余电荷是不会被放掉的。故运行或检修人员在接触故障电容器前,还应戴好绝缘手套,并用短路线短接故障电容器的两极以使其放电。另外,对采用串联接线方式的电容器还应单独进行放电。
电容器运行时常易发生哪些异常情况?
  补偿电容器运行时常易发生外壳鼓肚、套管或油箱漏油。其主要原因是电容器的温度太高所致。而温升过高由下列因素造成。 1、环境温度太高,通风不良。
  2、电源电压超过额定值,引起过载发热。
电容器的检测方法与更换
  电容常见的标记方式是直接标记,其常用的单位有pF,μF两种,很容易认出。但一些小容量的电容采用的是数字标示法,一般有三位数,第一、二位数为有效的数字,第三位数为倍数,即表示后面要跟多少个0。例如:343表示34000pF,另外,如果第三位数为9,表示 10-1,而不是10的9次方,例如:479表示4.7pF。
  更换电容时主要应注意电容的耐压值一般要求不低于原电容的耐压要求。在要求较严格的电路中,其容量一般不超过原容量的±20%即可。在要求不太严格的电路中,如旁路电路,一般要求不小于原电容的1/2且不大于原电容的2倍~6倍即可。
  1 固定电容器的检测
  A 检测10pF以下的小电容 因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R×10k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。
  B 检测10PF~1000μF固定电容器是否有充电现象,进而判断其好坏。万用表选用R×1k挡。两只三极管的β值均为100以上,且穿透电流要些 可选用3DG6等型号硅三极管组成复合管。万用表的红和黑表笔分别与复合管的发射极e和集电极c相接。由于复合三极管的放大作用,把被测电容的充放电过程予以放大,使万用表指针摆幅度加大,从而便于观察。应注意的是:在测试操作时,特别是在测较小容量的电容时,要反复调换被测电容引脚接触A、B两点,才能明显地看到万用表指针的摆动。
  C 对于1000μF以上的固定电容,可用万用表的R×10k挡直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电,并可根据指针向右摆动的幅度大小估计出电容器的容量。
  2 电解电容器的检测
  A 因为电解电容的容量较一般固定电容大得多,所以,测量时,应针对不同容量选用合适的量程。根据经验,一般情况下,1~47μF间的电容,可用R×1k挡测量,大于47μF的电容可用R×100挡测量。
  B 将万用表红表笔接负极,黑表笔接正极,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kΩ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。
  C 对于正、负极标志不明的电解电容器,可利用上述测量漏电阻的方法加以判别。即先任意测一下漏电阻,记住其大小,然后交换表笔再测出一个阻值。两次测量中阻值大的那一次便是正向接法,即黑表笔接的是正极,红表笔接的是负极。
  D 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,可估测出电解电容的容量。
  3 可变电容器的检测
  A 用手轻轻旋动转轴,应感觉十分平滑,不应感觉有时松时紧甚至有卡滞现象。将载轴向前、后、上、下、左、右等各个方向推动时,转轴不应有松动的现象。
  B 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。
  C 将万用表置于R×10k挡,一只手将两个表笔分别接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。在旋动转轴的过程中,如果指针有时指向零,说明动片和定片之间存在短路点;如果碰到某一角度,万用表读数不为无穷大而是出现一定阻值,说明可变电容器动片与定片之间存在漏电现象。

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