引言:從電容器的分類、命名方法、性能指標(biāo),到電容器在電路中的作用,選型及運(yùn)用,純干貨!
電容器,簡稱電容(Capacitor,通常用字母“C” 表示)是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一,廣泛應(yīng)用于電路中的隔直通交,耦合,旁路,濾波,調(diào)諧回路,能量轉(zhuǎn)換,控制等方面。
一、基礎(chǔ)知識
1.電容器的分類
電容器的種類繁多,其分類方式有多種:
2.電容器的型號命名方法
電容器的型號一般由四部分組成(不適用于壓敏、可變和真空電容器):
第一部分(主稱):用字母表示,電容器用C
第二部分(材料):用字母表示
第三部分(特征):一般用數(shù)字表示,個(gè)別用字母表示
第四部分(序號):用數(shù)字表示
3.主要性能指標(biāo)
(1)標(biāo)稱電容量
電容器上標(biāo)有的電容數(shù)是電容器的標(biāo)稱容量。電容的基本單位是法拉,簡稱法(F)。但實(shí)際上,法拉是一個(gè)很不常用的單位,因?yàn)殡娙萜鞯娜萘客?法拉小得多,常用的電容單位有微法(μF)、納法(nF)和皮法(pF)。它們的關(guān)系是:1F=1000mF;1mF=1000μF;1μF=1000nF;1nF=1000pF
一般情況,電容器上都直接寫出其容量,也有用數(shù)字來標(biāo)志容量的。通常在容量小于10000pF 的時(shí)候,用pF做單位,大于10000pF 的時(shí)候,用uF 做單位。為了簡便起見,大于 100pF 而小于 1uF 的電容常常不注單位。沒有小數(shù)點(diǎn)的,它的單位是 pF,有小數(shù)點(diǎn)的,它的單位是 uF。如有的電容上標(biāo)有“332”(3300pF)三位有效數(shù)字,左起兩位給出電容量的第一、二位數(shù)字,而第三位數(shù)字則表示在后加 0 的個(gè)數(shù),單位是 pF。
(2)允許誤差
電容器實(shí)際電容量與標(biāo)稱電容量的偏差稱誤差,在允許的偏差范圍內(nèi)稱精度。
(3)額定電壓
在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi),電容器長期可靠地工作,它能承受的最高直流電壓有效值,就是電容器的耐壓,也叫做電容器的直流工作電壓,一般直接標(biāo)注在電容器外殼上。如果在交流電路中,要注意所加的交流電壓最高不能超過電容器的直流工作電壓值。
常用的固定電容工作電壓有:6.3V、10V、16V、25V、35V 、50V、63V、100V、2500V、400V、500V、630V
(4)絕緣電阻
直流電壓加在電容上,并產(chǎn)生漏電電流,兩者之比稱為絕緣電阻。絕緣電阻越小,漏電越嚴(yán)重。電容器漏電會引起能量損耗,這種損耗不僅影響電容器的壽命,而且會影響電路的工作。
(5)耗損
電容器在電場作用下,在單位時(shí)間內(nèi),因發(fā)熱所消耗的能量叫做耗損。電容器的耗損主要由介質(zhì)耗損、電導(dǎo)耗損和電容所有金屬部分的電阻所引起的。在直流電場的作用下,電容的耗損以漏導(dǎo)耗損形式存在,一般較小;在交變電場的作用下,電容的耗損不僅與漏導(dǎo)有關(guān),而且與周期的極化建立過程有關(guān)。
(6)壽命
影響電容器壽命的原因有很多,比如過電壓、逆電壓、高溫、急速放電等等,正常使用情況下,最大的影響因素是溫度。電容器的使用壽命隨溫度的增加而減小,主要原因是溫度加速化學(xué)反應(yīng)而使介質(zhì)隨時(shí)間退化。電容器的工作溫度每增加10℃壽命就會減半。
4.電容器的作用
電容器的基本作用就是充電與放電,但由基本作用所延伸出來的許多電路現(xiàn)象,使得電容器有著不同的用途:
二、電容器的選型及運(yùn)用
(1)型號
一般在電路中用于低頻耦合、旁路去耦等,性能要求不嚴(yán)格時(shí)可以采用紙介電容器、電解電容器。低頻放大器的耦合電容器,選用1-22μF的電解電容器;
旁路電容根據(jù)電路工作頻率來選,如在低頻電路中,發(fā)射極旁路電容選用電解電容器,容量在10-220μF之間;
在中頻電路中可選用0.01-0.1μF的紙介、金屬化紙介、有機(jī)薄膜電容器等;
在高頻電路中,則應(yīng)選用云母電容器和瓷介電容器。在電源濾波和退耦電路中,可選用電解電容器。
(2)精度
在旁路、退耦、低頻耦合電路中,一般對電容器的精度沒有很嚴(yán)格要求,選用時(shí)可根據(jù)設(shè)計(jì)值,選用相近容量或容量略大些的電容器。
但在另一些電路中,如振蕩回路、延時(shí)回路、音調(diào)控制電路中,電容器的容量就應(yīng)盡可能和計(jì)算值一致。
在各種濾波器和各種網(wǎng)絡(luò)中,對電容量的精度有更高要求,應(yīng)選用高精度的電容器來滿足電路的要求。
(3)額定工作電壓
電容器的額定工作電壓應(yīng)高于實(shí)際工作電壓,并留有足夠余量,以防因電壓波動而導(dǎo)致?lián)p壞。一般而言,應(yīng)使工作電壓低于電容器的額定工作電壓的10%-20%。
在某些電路中,電壓波動幅度較大,可留有更大的余量。
有極性的電容器不能用于交流電路。
電解電容器的耐溫性能很差,如果工作電壓超過允許值,介質(zhì)損耗將增大,很容易導(dǎo)致溫升過高,最終導(dǎo)致?lián)p壞。
一般說來,電容器工作時(shí)只允許出現(xiàn)較低溫升,否則屬于不正?,F(xiàn)象。因此,在設(shè)備安裝時(shí),應(yīng)盡量遠(yuǎn)離發(fā)熱元件(如大功率管、變壓器等)。如果工作環(huán)境溫度較高,則應(yīng)降低工作電壓使用。
一般小容量的電容器介質(zhì)損耗很小,耐溫性能和穩(wěn)定性都比較好,但電路對它們的要求往往也比較高,因此選擇額定工作電壓時(shí)仍應(yīng)留有一定的余量,也要注意環(huán)境工作溫度的影響。
(4)絕緣電阻
絕緣電阻越小的電容器,其漏電流就越大,漏電流不僅損耗了電路中的電能,重要的是它會導(dǎo)致電路工作失常或降低電路的性能。漏電流產(chǎn)生的功率損耗,會使電容器發(fā)熱,而其溫度升高,又會產(chǎn)生更大的漏電流,如此循環(huán),極易損壞電容器。因此在選用電容器時(shí),應(yīng)選擇絕緣電阻足夠高的電容器,特別是高溫和高壓條件下使用的電容器。
作為電橋電路中的橋臂、運(yùn)算元件等場合,絕緣電阻的高低將影響測量、運(yùn)算等的精度,必須采用高絕緣電阻值的電容器。
電容器的損耗在許多場合也直接影響到電路的性能,在濾波器,中頻回路、振蕩回路等電路中,要求損耗盡可能小,這樣可以提高回路的品質(zhì)因數(shù),改善電路的性能。
(5)溫度系數(shù)
電容器的溫度系數(shù)越大,其容量隨溫度的變化越大,使得電路產(chǎn)生漂移,造成電路工作的不穩(wěn)定。這在很多電路中是不允許的,例如振蕩電路中的振蕩回路元件、濾波器等,這些場合應(yīng)選用溫度系數(shù)小的電容器,以確保其能穩(wěn)定工作。
(6)頻率特性
在高頻應(yīng)用時(shí),由于電容器自身電感、引線電感和高頻損耗的影響,電容器的性能會變差。頻率特性差的電容器不僅不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用,而且還會帶來許多麻煩。例如,紙介電容器的分布電感會使高頻放大器產(chǎn)生超高頻寄生反饋,使電路不能工作。所以選用高頻電路的電容器時(shí),一要注意電容器的頻率參數(shù),二要注意電容器的引線不能留得過長,以減小引線電感對電路的不良因影響。
(7)降額
降額使用可以提高可靠性,處于最差工況工作的元件,是實(shí)際壽命達(dá)不到額定壽命的重要因素。電容降額標(biāo)準(zhǔn)如下:
(8)使用環(huán)境
使用環(huán)境的好壞,直接影響電容器的性能和壽命。在工作溫度較高的環(huán)境中,電容器容易產(chǎn)生漏電并加速老化。因此在設(shè)計(jì)和安裝時(shí),應(yīng)盡可能使用溫度系數(shù)小的電容器,并遠(yuǎn)離熱源和改善機(jī)內(nèi)通風(fēng)散熱,必要時(shí),應(yīng)強(qiáng)迫風(fēng)冷。在寒冷條件下,由于氣溫很低,普通電解電容器會因電解液結(jié)冰而失效,使設(shè)備工作失常,因此必須使用耐寒的電解電容器。
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