电子设计基础(二):电容
电容(或称电容量)是表征电容器容纳电荷本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量,叫做电容器的电容。电容器从物理学上讲,它是一种静态电荷存储介质(就像一只水桶一样,你可以把电荷充存进去,在没有放电回路的情况下,刨除介质漏电自放电效应/电解电容比较明显,可能电荷会永久存在,这是它的特征),它的用途较广,它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、隔直流、能量转换、控制电路等电路中。
电容的符号是C。
C=εS/d=εS/4πkd(真空)=Q/U
在国际单位制里,电容的单位是法拉,简称法,符号是F,常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)(皮法又称微微法)等,换算关系是:
1法拉(F)= 1000毫法(mF)=1000000微法(μF)
1微法(μF)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF)。
电容与电池容量的关系:
1伏安时=25法拉=3600焦耳
1法拉=144焦耳
一、 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
二、电容器的分类
电容的分类方式及种类很多,
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: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、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。
5、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。
6、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。
7、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。
8、高频耦合:陶瓷电容器、云母电容器、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。
11、基于电容的材料特性,其可分为以下几大类:
1)、铝电解电容
电容容量范围为0.1μF ~ 22000μF,高脉动电流、长寿命、大容量的不二之选,广泛应用于电源滤波、解藕等场合。
2)、薄膜电容
电容容量范围为0.1pF ~ 10μF,具有较小公差、较高容量稳定性及极低的压电效应,因此是X、Y 安全电容、EMI/EMC的首选。
3)、钽电容
电容容量范围为2.2μF ~ 560μF,低等效串联电阻(ESR)、低等效串联电感(ESL)。脉动吸收、瞬态响应及噪声抑制都优于铝电解电容,是高稳定电源的理想选择。
4)、陶瓷电容
电容容量范围为0.5pF ~ 100μF,独特的材料和薄膜技术的结晶,迎合了当今“更轻、更薄、更节能“的设计理念。
5)、超级电容
电容容量范围为0.022F ~ 70F,极高的容值,因此又称做“金电容”或者“法拉电容”。主要特点是:超高容值、良好的充/放电特性,适合于电能存储和电源备份。缺点是耐压较低,工作温度范围较窄。
三、常用电容器
1、 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。
电容量:0.47--10000u
额定电压:6.3--450V
主要特点:体积小,容量大,损耗大,漏电大
应用:电源滤波,低频耦合,去耦,旁路等
2、 钽电解电容器(CA)铌电解电容(CN)
用烧结的钽块作正极,电解质使用固体二氧化锰温度特性、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对脉动电流的耐受能力差,若损坏易呈短路状态超小型高可靠机件中。
电容量:0.1--1000u
额定电压:6.3--125V
主要特点:损耗、漏电小于铝电解电容
应用:在要求高的电路中代替铝电解电容
3、 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。
a 聚酯(涤纶)电容(CL)
电容量:40p--4u
额定电压:63--630V
主要特点:小体积,大容量,耐热耐湿,稳定性差
应用:对稳定性和损耗要求不高的低频电路
b 聚苯乙烯电容(CB)
电容量:10p--1u
额定电压:100V--30KV
主要特点:稳定,低损耗,体积较大
应用:对稳定性和损耗要求较高的电路
c 聚丙烯电容(CBB)
电容量:1000p--10u
额定电压:63--2000V
主要特点:性能与聚苯相似但体积小,稳定性略差
应用:代替大部分聚苯或云母电容,用于要求较高的电路
4、 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。
a 高频瓷介电容(CC)
电容量:1--6800p
额定电压:63--500V
主要特点:高频损耗小,稳定性好
应用:高频电路
b 低频瓷介电容(CT)
电容量:10p--4.7u
额定电压:50V--100V
主要特点:体积小,价廉,损耗大,稳定性差
应用:要求不高的低频电路
5、 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。
容量范围:0.5PF--1UF
耐压:二倍额定电压。
电容量大、体积小、可靠性高、电容量稳定,耐高温耐湿性好等。
应用范围:广泛应用于电子精密仪器。各种小型电子设备作谐振、耦合、滤波、旁路。
6、 纸质电容器
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。
7、 微调电容器
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
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