电容器简介
电容器,通常简称其容纳电荷的本领为电容,用字母C表示,国际单位是法拉(F),英文名称为capacitor。是由两块金属电极之间夹一层绝缘电介质构成。当在两金属电极间加上电压时,电极上就会存储电荷,所以电容器是储能元件。任何两个彼此绝缘又相距很近的导体(包括导线)间都构成一个电容器。电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一,广泛应用于电路中的隔直通交、耦合、旁路、电源滤波、能量转换、谐振等方面。
特点:
定义
电容与电容器不同。电容为基本物理量,符号C,单位为F(法拉)。 通用公式C=Q/U平行板电容器专用公式:板间电场强度E=U/d ,电容器电容决定式 C=εrS/4πkd(介电常数真空εr=1,k为静电力常量,S为两板正对面积,d为两板间距离。
可知,①电极面积S扩大 ②电极间的距离缩短 ③使用诱电率高的材料,可增大容值。
电容的单位是F(法拉)。将1V电压(电位差)给予某导体,储存1C(库伦)的电荷时,电容值为1F。
单位及转换
在国际单位制里,电容的单位是法拉,简称法,符号是F,由于法拉这个单位太大,所以常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)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=1瓦时=3600焦耳
电容器的主要作用
电容器的作用可以用一个与水管连接的水塔来形象地描述。水塔可用来“存储”水压,当供水系统的水泵供应的水量超过居民所需水量时,多余的水将被存储到水塔中。然后,当水的需求量较高时,多余的水将从水塔中流出以维持水压。所以说电容器是一种能够储藏电荷的元件。
●去耦:去耦电容就是起到一个“电池”的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰,在电路中进一步减小电源与参考地之间的高频干扰阻抗,起隔直流通交流作用 。
●滤波:从理论上我们有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容,这样大电容滤低频,小电容滤高频。电容越大高频越容易通过。具体用在滤波中,大电容(1000μF)滤低频,小电容(20pF)滤高频。电容能把电压的变动转化为电流的变化,频率越高,峰值电流就越大,从而缓冲了电压。滤波就是充电,放电的过程,滤波电容将一定频段内的信号从总信号中去除 。
●旁路:用在旁路电路中的电容器称为旁路电容,旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件。就像小型可充电电池一样,旁路电容能够被充电,并向器件进行放电。为尽量减少阻抗,旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。
●储能:电容器用于存储电量以便高速释放。储能型电容器通过整流器收集电荷,并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端,比如超级电容主要用于储能。
●高频消振:用在高频消振电路中的电容称为高频消振电容,在音频负反馈放大器中,为了消振可能出现的高频自激,采用这种电容电路,以消除放大器可能出现的高频啸叫 。
●谐振:用在LC谐振电路中的电容器称为谐振电容,LC并联和串联谐振电路中都需这种电容电路 。
●负载电容:是指与石英晶体谐振器一起决定负载谐振频率的有效外界电容。负载电容常用的标准值有12pF、20pF、24pF、30pF和50pF等。负载电容可以根据具体情况作适当的调整,通过调整一般可以将谐振器的工作频率调到最佳标称值。
电容器的分类
从原理上分为:无极性可变电容、无极性固定电容、有极性电容等;
从材料上可以分为:CBB电容(聚乙烯),涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等。
按照结构分三大类:固定电容器、可变电容器和微调电容器。
按用途分有:高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、储能、高频耦合、低频耦合、小型电容器。
按介质材料的不同可以分为:瓷介电容、钽电容、涤纶电容、云母电容、电解电容、聚丙烯电容、纸介电容、薄膜电容、独石电容等等
按照安装方式有:插件式,贴片式(SMD)、螺丝安装式。
常规电路电容器主要选择
常见电容器的特性
电容器的主要指标
电容器关键指标
电容器的射频等效电路
电容器阻抗和频率特性
常见电容器的特性
影响电容器成本的主要因素
电容的选型
X5R/C0G静定容量变化情况
电容器的静电容量测试
万用表检测电容
用数字万用表检测电容器,可按以下方法进行。
一、用电容档直接检测
经验证明,有些型号的数字万用表(例如DT890B+)在测量50pF以下的小容量电容器时误差较大,测量20pF以下电容几乎没有参考价值。此时可采用串联法测量小值电容。方法是:先找一只220pF左右的电容,用数字万用表测出其实际容量C1,然后把待测小电容与之并联测出其总容量C2,则两者之差(C1-C2)即是待测小电容的容量。用此法测量1~20pF的小容量电容很准确。
二、用电压档检测
用数字万用表直流电压档检测电容器,实际上是一种间接测量法,此法可测量220pF~1μF的小容量电容器,并且能精确测出电容器漏电流的大小。
大容量电容器的测量
电容器啸叫现象
陶瓷电容器为何会产生啸叫现象?
由于具有强介电性的陶瓷的电致效应,在施加交流电压时,独石陶瓷电容器贴片会发生叠层方向伸缩。因此电路板也会平行方向伸缩,而因电路板的振动而产生了噪声。贴片及电路板的振幅仅为1pm~1nm左右,但发出的声响却十分大。其实几乎无法听到电容器本身发出的噪声,但将其安装于电路板后振动会随之增强,振幅的周期也达到了人耳能够听到的频率带(20Hz~20kHz),所以声音可通过人耳进行识别。例如可听到”ji—-“、”ki—-“”pi—-“等声响。
解决:使用抗啸叫品种或者使用低介电常数电容器。
电容器的电压特性
电容器的实际静电容量值随着直流(DC)与交流(AC)电压而变化的现象叫做电压特性。该变化幅度越小,说明电压特性越好,幅度越大,说明电压特性越差。
直流偏置特性
直流偏置特性是指,对电容器施加直流电压时实际静电容量发生变化(减少)的现象。这种现象是使用了钛酸钡系铁电体的高介电常数类片状多层陶瓷电容器特有的现象,导电性高分子的铝电解电容器(高分子AI)和导电性高分子钽电解电容器(高分子Ta)、薄膜电容器(Film)、氧化钛和使用了锆酸钙系顺电体的温度补偿用片状多层陶瓷电容器(MLCC<C0G>)上几乎不会发生这种现象。
电容器阻抗/ESR频率特性
来源:手机射频驿站
原创文章,作者:jinwe2020,如若转载,请注明出处:https://www.biaojianku.com/archives/51432.html