基础元件介绍——电容(一)

发表于 讨论求助 2023-07-07 11:00:46

工业自动控制系统

  电容器通常简称为电容,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绝缘物质(固体、气体或液体)分隔开,就构成了电容器。两片金属称为极板,中间的物质叫做介质。把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上,一段时间后即使把电源断开,两个引脚间仍然会有残留电压,可以说电容器储存了电荷。电容器两极板之间建立起电压,积蓄起电能,这个过程称之为电容器的充电。充电后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,被称为电容器的放电。

  电容器的型号命名方法

  1.国产电容器的型号命名方法

  国产电容器的型号命名一般由四部分组成(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。

  ø部分:名称,用字母c表示;

  ø第二部分:材料,用字母表示;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。

  ø 第三部分:分类,一般用数字表示,个别用字母表示;

  ø第四部分:序号,用数字表示。

  2.  国外电容器的型号命名方法

  国外电容器的型号命名由六部分组成,各部分的含义如下:

  ø 部分用字母表示电容器的类型。

  cm、cb、dm 表示云母电容电容器;

  cc、ck、ckb表示瓷介电容器;

  ce、cv、nds 铝电解电容器;

  cs、csr、nds表示固体钽电解电容器;

  cl、clr表示非固体钽电解电容器;

  cy、cyr         表示玻璃釉电容器;

  ca、cn、cp表示纸介电容器;

  ch、chr表示金属化纸介电容器。

  ø 第二部分用数字表示外形结构。封装形式与尺寸的对应关系如表1。

表1 电容封装形式与尺寸对应关系表

  ø 第三部分用字母表示温度特性。

  ø 第四部分用字母或数字表示耐压值。

  ø第五部分用数字表示标称容量,详细如表2。

表2  用数字表示电容标称容量对照表

第五部分:标称容量
数字
含义
普通电容器
电解电容器
0r5
0.5pf
0.5μf
010
1pf
1μf
1r5
1.5pf
1.5μf
100
10pf
10μf
101
100pf
100μf
221
200pf
200μf
103
0.01μf
10000μf
333
0.03μf
33000μf
104
0.1μf
100000μf

  ø第六部分用字母表示允许偏差。

  电容器的分类

  电容器分为容量固定电容与容量可变电容。但常见的是固定容量的电容,多见的是电解电容和瓷片电容。按电介质划分主要有:有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容等;从材料上可以分为:聚乙烯电容(cbb),涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等。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、小型电容器等。

  1、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具有稳定的性能,体积极小,q值高和容量误差较大等特点,常用于噪声旁路、滤波器、积分和振荡电路中。

  2、纸质电容器

  一般是用两条铝箔作为电极,中间以厚度为0.008mm~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。一般只用于低频电路,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。

  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,常用于滤波器、积分、振荡、定时电路。

  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。

  5、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,常用于低频旁路、信号耦合、电源滤波等电路中。

  6、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,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。在超小型高可靠机件中应用广泛。

  7、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。它又分高频瓷介电容和低频瓷介电容两种。具有小的正电容温度系数,用于高稳定振荡回路中,作为回路电容。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。

  8、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。

  9、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,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。

  电容器主要特性参数

  1.容量与误差:指实际电容量和标称电容量允许的偏差范围。一般分为3级,一般i级为±5%,ii级为±10%,iii级为±20%。某些情况下还有0级,指误差为±20%。精密电容器的允许误差较小,电解电容器的误差较大,会分别采用不同的误差等级。

  2.额定工作电压:为电容器在电路中能够长期稳定可靠工作所承受的直流电压,又称耐压。对于结构、介质、容量相同的器件,耐压越高,体积越大。

  3.温度系数:指在一定温度范围内温度每变化1℃电容量的相对变化值。温度系数越小越好。

  4.绝缘电阻:用来表明电容的漏电大小。一般小容量的电容绝缘电阻大,约为几百兆欧姆或几千兆欧姆。电解电容的绝缘电阻一般较小。相对而言,绝缘电阻越大越好,漏电也小。

  5.损耗:在电场的作用下,电容器在单位时间内发热而消耗的能量。这些损耗主要来自介质损耗和金属损耗。

  6.频率特性:指电容器的电参数随电场频率而变化的性质。在高频条件下工作的电容器,由于介电常数在高频时比低频时小,电容量也相应减小,损耗也随频率的升高而增加。另外,在高频工作时,电容器的分布参数,如极片电阻、引线和极片间的电阻、极片的自身电感、引线电感等,都会影响电容器的性能。所有这些,使得电容器的使用频率受到限制。不同品种的电容器,使用频率不同,小型云母电容器在250mhz以内;圆片型瓷介电容器为300mhz;圆管型瓷介电容器为200mhz;圆盘型瓷介电容器可达3000mhz;小型纸介电容器为80mhz;中型纸介电容器只有8mhz。

  不同介质的电容器其特性差别较大,表3为几种主要电容器特点对比。

表3 电容器特点对比一览表

  1.铝电解电容与钽电解电容对比

  铝电解电容的体积较大、串联电阻较大、感抗较大、对温度敏感,适用于温度变化不大、工作频率不高(不高于25khz)的场合,可用做低频滤波。铝电解电容有极性,安装时必须保证正确的极性,否则有爆炸的危险。

  与铝电解电容相比,钽电解电容在串联电阻、感抗、对温度的稳定性等方面都有明显的优势,但工作电压较低。

  2.纸介电容和聚酯薄膜电容

  体积比较小、串联电阻小、感抗值较大,适用于电容量不大、工作频率不高(如1mhz以下)的场合,可用于低频滤波和旁路。使用管型纸介电容器或聚酯薄膜电容器时,可把外壳与参考地相连,以使外壳起到屏蔽作用,从而减少电场耦合的影响。

  3.云母和陶瓷电容

  体积很小、串联电阻小、电感值小,频率/容量特性稳定,适用于电容量小、工作频率高(频率可达500mhz)的场合,用做高频滤波、旁路、去耦等用途。但这类电容承受瞬态高压脉冲能力较弱,因此不能将它随便跨接在低阻电源线上。

  4.聚苯乙烯电容

  串联电阻小、电感值小,电容量相对时间、温度、电压很稳定,适用于要求频率稳定性高的场合,可用于高频滤波、旁路、去耦。

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