电子技术基础第二章电容

1,第二章电容器,延边大学工学院电子系通信教研室,电容器,电容器是一种基本电子元件，在电路中的文字符号是C。两个相互靠近、彼此绝缘的金属电极就构成一个最简单的电容。两个电极之间的绝缘物质称为电容器的介质。电容器是一种储能元件。基本功能是储存电荷。在电路中具有过交隔直的特性。主要用作交流耦合、隔离直流、滤波、交流或脉冲旁路、RC定时、LC谐振选频等。,电容器,电容的作用：1）旁路：旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。 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。地电位是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。,电容器,2）去耦：去耦，又称解耦。 从电路来说， 总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大， 驱动电路要把电容充电、放电， 才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候， 电流比较大， 这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作，这就是所谓的“耦合”。,电容器,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。 将旁路电容和去藕电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去耦合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。,电容器,高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般取0.1F、0.01F 等；而去耦合电容的容量一般较大，可能是10F 或者更大，依据电路中分布参数、以及驱动电流的变化大小来确定。旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。,电容器,3）滤波：从理论上（即假设电容为纯电容）说，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。但实际上超过1F 的电容大多为电解电容，有很大的电感成份，所以频率高后反而阻抗会增大。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，这时大电容通低频，小电容通高频。电容的作用就是通高频阻低频。,电容器,4）储能 ：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。 电压额定值为40450VDC、电容值在220150 000F 之间的铝电解电容器（如EPCOS 公司的 B43504 或B43505）是较为常用的。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其组合的形式， 对于功率级超过10KW 的电源，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。,电容器分类,电容器按照电容量是否可调可分为固定电容器和可变电容器两大类。按是否有极性划分，可分为有机性电容和无极性电容,2.1.1固定电容器 1. 有机介质电容器按组成电容器的介质材料或类别分为三种类型：第一类：以天然纤维材料为介质的电容器 纸介质和金属化介质第二类：以人工合成的高分子化合物材料为介质的电容器 聚酯膜、聚乙烯等各种有机薄膜电容器优点：工艺简单，电容量范围宽，工作电压高 成本低，应用广泛。,电容器,第三类：是以复合材料为介质的电容器 纸-膜、膜-膜复合介质电容器等。（1）纸介质电容器-金属化纸介质电容器（2）聚酯薄膜电容器 金属箔和聚酯薄膜卷绕而成 金属化聚酯薄膜 优点：电容量大 工作电压范围宽 耐热性能好,电容器,（3）聚苯乙烯电容器 优点：绝缘电阻高，高频损耗小（4）聚丙烯电容器（5）聚四氟乙烯电容器（6）聚碳酸脂薄膜电容器（7）聚酸亚胺薄膜电容器（8）复合薄膜电容器（9）漆膜电容器（10）碟片型金属化聚碳酸电容器,电容器,2.无机介质电容器主要有瓷介质电容器、云母电容器、玻璃及玻璃釉电容器、气体介质电容器、半导体瓷介质电容器和其他无机电容器。（1）瓷介电容器：以陶瓷材料为介质，并在其表面上烧渗上银层作为电极的电容器。 瓷介电容器具有优异的电气定能，同时材料来源丰富、价格低廉，应用最广泛。,电容器,瓷介电容器按介质特性不同分为以下三类：类高频瓷介电容器，包括热稳定型和热补偿型，即CC型瓷介电容器。低频铁点（强介）瓷介电容器，即DT型瓷介电容器。半导体瓷介电容器，即CS型边界层瓷介电容器,电容器,瓷介质电容器按使用性能特点分为以下七类：类低压小功率高频瓷介电容器。低压低频瓷介电容器。类半导体瓷介电容器类高压高功率瓷介电容器中高压瓷介电容器交流瓷介电容器片式瓷介电容器,电容器,瓷介电容器具有以下特点：介电常数大。介质损耗角正切值小。电容温度系数宽。可靠性能高、寿命长，在温度和时间影响下老化速度较慢，电容量的剩余变化也不显著。缺点：机械强度低、易碎、易裂,电容器,(2)云母电容器。以云母作为介质，由金属箔或在云母表面上喷银构成电极，按所需的容量叠片后经浸渍压塑在胶木壳内构成的电容器。主要特点：介电强度高，介电常数大，损耗角正切值小，化学性能稳定，热膨胀系数小，耐热性好，并且容易装备，也易于做成厚薄均匀的薄片，同时具有优良的机械性能，易装成叠片式的电容器。具有很小的电容温度系数，固有电感小，适合在较高的频率小工作容量稳定，精度高。可分为高功率和低功率两类。,电容器,（3）玻璃釉电容器 优点：抗潮性较好，在湿度较高的情况下也能正常使用，适合在半导体电路和小型电子仪器中的交直流电路和脉冲电路中使用。,电容器,3 电解电容器电解电容器的介质材料是经过特殊工艺处理后生成的一层极薄的金属氧化物膜（膜具有单向导电性能），将此膜附在铝、钮、铌金属极板上，附着有氧化膜的金属极片作为阳极，阴极是液体、半液体或胶状的电解液。特点：一般的电解电容器具有极性，即正负极之分。还具有自愈性能,电容器,（1）铝电解电容器（2）钽电解电容器 钽箔式电解电容器 具有烧结式阳极和液体电解质的钽电解 电容器（S型） 具有烧结式阳极和固体电解质的钽电解 电容器（SF型）,电容器,（3）铌电解电容器（4）钛电解电容器（5）钽-铌合金电解电容器（6）双极性电解电容器4 特种电容器 （1）真空电容器 （2）半导体电容器,电容器,2.1.2可调电容器1.微调电容器也称半可调电容器，其容量在5··45PF之间，调整后就固定在某个电容值，多用在收音机和录音机中的输入调谐电路和振荡回路中起补偿作用。（1）管型微调电容器（2）筒型微调电容器（3）瓷介微调电容器,电容器,（4）云母微调电容器（5）薄膜介质微调电容器（6）短波专用微调电容器2 可调电容器（1）小型密封式聚苯乙烯薄膜可调电容器（2）空气可调电容器,电容器,2.2电容器的标志2.2.1电容器的型号其型号命名由四部分组成（不适合真空、可调、压敏电容器）第一部分 用C表示电容器第二部分 用字母表示介质材料第三部分 用数字表示结构类型和特征第四部分 用数字表示序号,电容器,电容器,电容器的主要性能指标,电容器第三部分用数字表示的意义,电容器的主要性能指标,2.2.2电容器的标志方法对于较大的电容器用字母和数字把电容器的型号、规格直接在电容器的外壳上标出。某电容器的标志 CJ3-400-0.01-密封金属化纸介质电容器额定工作电压是400V容量是0.01微法偏差是±10%,电容器的容量标识,直标法：在电容器表面直接标注容量值。用24位数字表示电容量的有效数字，再用字母表示数值的等级。还有不标单位的情况，当用14位数字标志时，容量单位为皮法（pF）；当用零点零几数字表示时，单位为微法（uF）。数标法。不标单位，直接用数码表示。一般用三位表示，前两位为有效值，第三位表示10的倍乘，但当第三位用9表示时，是表示有效数字乘上101。数标法中的电容量的单位一律是pF。数标法常在数字后标上表示误差的字母。,电容器的容量标识,色标法：与电阻器色标法相同。通常用三种颜色，沿引线方向，前两种颜色表示有效值，第三种颜色表示10的倍乘，单位为pF。有时一二色标为同色，就涂成一道宽的色标。,2.3电容器的主要特性参数电容器的主要参数有电容器的标称容量、偏差、额定工作电压、电容温度系数、绝缘电阻、能量损耗、频率特性和固有电感等。,电容器的主要性能指标,1.标称容量：容量是电容器的最基本参数，电容器的容量是指电容器两端加上电压后它能储存电荷的能力。标在电容器外壳上的电容量数值称为电容器的标称容量。常见的电容器标称系列和电阻器基本相同。,电容器的主要性能指标,电容器的主要性能指标,2.额定耐压值：指电容接入电路后，能连续可靠地工作，不被击穿时所能承受的最大电压的有效值。电容器的额定耐压通常是指直流工作电压。使用时决不允许超过这个电压值。一般选择额定电压超过工作电压值的23倍,电容器的主要性能指标,3.允许误差：电容器的实际容量和标称值之间的相对误差电容器的允许误差等级,电容器的主要性能指标,4.绝缘电阻（漏电流）电容介质不可能绝对不导电，当电容加上直流工作电压时，总有漏电流产生。若漏电流太大电容器就会发热损坏，严重的会使外壳爆裂，除了电解电容外，一般电容只要质量良好，其漏电流是极小的，故用绝缘电阻表示其绝缘性能；而电解电容因漏电较大，故用漏电流表示其绝缘性能（与容量成正比）。使用时我们尽可能选择绝缘电阻大的为好。,电容器的主要性能指标,5.电容温度系数电容器的容量会随温度的变化而变化，这种 变化的大小用电容温度系数来表示。电容温度系数主要取决于介质材料的温度特性及电容器的结构。6.能量损耗能量损耗是指电容器两端加交流时单位时间内电容器因发热而消耗的能量 7.固有电感 包括极片电感和引线电感,电容器的主要性能指标,8.频率特性电容器的频率特性是指电容器的电参数（如电容量、损耗角正切值等）随电场频率特性变化而变化的特性。最高频率小型云母电容器在250Mhz以内园片形瓷介电容器为300Mhz以内圆管形瓷介电容器为200Mhz以内小型纸介电容器为80Mhz以内以内,电容器的主要性能指标,电容器的主要性能指标,2.4电容器在电路中的正确选用用量大、品种多2.4.1电容器失效的原因及对电路工作的影响（1）电流过负荷。（2）电压过负荷（3）频率的影响（4）高温（5）压力（6）湿度,电容器的简单测试,2.电容器失效对工作电路的影响（1）介质漏电对电路的影响。（2）介质吸收引起的电路失效。（3）电容量漂移对电路工作的影响。（4）电容器低电平失效对电路的影响。,电容器的简单测试,2.4.2正确选用电容器(1)选择适当的电容器型号用于低频耦合、旁路去耦等电路中的电容器在电气性能要求不高的时候，可选择纸介电容器、电解电容器等。 （2）选择合适的电容器精度 （3）综合确定电容器的额定工作电压 （4）选择电容器的绝缘电阻要尽可能的大。,电容器的简单测试,（5）适当考虑电容器的频率特性（6）适当考虑电容器的温度系数（7）适当注意电容器的使用环境（8）正确选用可调电容器2.4.3使用各类电容器的其他注意事项 1.有机介质电容器的注意事项 2.无机介质电容器的注意事项 3.使用电解电容器的注意事项,电容器的简单测试,2.5电容器的检修与代用用模拟万用表判别电容器的好坏。使用万用表的R×1k或R×10k档，将表笔接触电容器的两极。刚接触时由于电容充电电流大，表头指针应顺时针偏转至角度最大（对于容量在0.01uF以下的小电容，即使用万用表的最高电阻档，充电现象也不明显，应采用专门的测试仪器进行测量），随着充电电流减小，指针逐渐向方向返回，最后稳定在附近，指针稳定时的读数为被测电容的漏电电阻值。测量时不能用手指同时触碰电容器两极，以免影响判别结果,