《电子元器件》2电容器

1、第章电容器,电容器是电子设备中大量使用的元件之一。顾名思义，作为一个电的“容器”，充电和放电是电容器的基本功能。在形形色色的电子电路中，常用电容器来实现电路的延时、旁路、耦合、滤波、振荡、相移、波形转换及电路保护等。电容器通常简称为“电容”，用字母C表示。尽管电容器种类繁多，但其原理和结构基本相同。两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）隔开，就构成了电容器。其中两片金属称为极板，中间的物质称为介质。,掌握电容器的结构、外形及符号表示；熟悉电容器的标称方法及主要参数；了解电容器的种类；了解电容器的检测方法和选用原则。,能力目标：,.1固定电容器,.1.1结构、外形及图形符号固定电容器是指容量固定不变的电容器。其结构如图211（a）所示，图211（b）是一些常见固定电容器实物外形，固定电容器的图形符号如图211（c）所示。,.1固定电容器,2.1.2电容器的主要参数电容器的主要参数有标称容量、允许误差、额定电压和绝缘电阻等。1.标称容量与允许误差电容器能储存电荷，其储存电荷的多少称为容量。这点与蓄电池类似，不过蓄电池储存电荷的能力比电容器大得多。电容器的容量越大，储存的电荷越多

2、。电容器的容量大小与下面的因素有关。1）两导电极板的相对面积：相对面积越大，容量越大。2）两极板之间的距离：极板相距越近，容量越大。3）两极板中间的绝缘介质：在极板相对面积和距离相同的情况下，绝缘介质不同的电容器，其容量也不同。,.1固定电容器,电容器的容量单位有法拉（F）、毫法（mF）、微法（F）、纳法（nF）和皮法（pF），它们的关系是：1F=103mF=106F=109nF=1012pF标注在电容器上的容量称为“标称容量”。“允许误差”是指电容器的标称容量与实际容量之间允许的最大误差范围。2.额定电压额定电压又称为电容器的“耐压”值，它是指在正常条件下电容器长时间使用时两端允许承受的最高电压。一旦加到电容器两端的电压超过其额定电压，两极板之间的绝缘介质就容易被击穿而失去绝缘能力，造成两极板短路。,.1固定电容器,3.绝缘电阻电容器的两极板之间隔着绝缘介质，“绝缘电阻”用来表示绝缘介质的绝缘程度。绝缘电阻越大，表明绝缘介质的绝缘性能越好。如果绝缘电阻比较小，表明绝缘介质的绝缘性能下降，就会出现一个极板上的电荷会通过绝缘介质流到另一个极板上，这种现象称为“漏电”。由于绝缘电阻小的电容

3、器存在着漏电，故不能继续使用。一般情况下，无极性电容器的绝缘电阻为，而有极性电容器（电解电容器）的绝缘电阻也很大，但一般达不到。,.1固定电容器,2.1.3电容器的性质电容器的性质主要有充电、放电、隔直和通交。1.电容器的“充电”和“放电”性质“充电”和“放电”是电容器非常重要的性质,下面以图212所示的电路来说明该性质。,.1固定电容器,.1固定电容器,（1）充电在图212（a）所示电路中，在闭合开关S1后，从电源正极输出电流经开关S1流到电容器的金属极板E上，其上聚集了大量的正电荷。由于金属极板F与极板E相距很近，又因为同性相斥，所以极板F上的正电荷受到很近的极板E上正电荷的排斥而流走，这些正电荷汇合形成电流到达电源的负极，极板F上就剩下很多负电荷，结果在电容器的上、下极板就储存了大量的上正下负的电荷（注:在常态时，金属极板E、F不呈电性，但上、下极板上都有大量的正、负电荷，只是正、负电荷数相等呈中性）。电源输出电流流经电容器，在电容器上获得大量电荷的过程称为电容器的“充电”。,.1固定电容器,2）放电在图212（b）所示电路中，先闭合开关S1，让电源对电容器C充得上正下负的电荷，

4、然后断开S1，再闭合开关S2，电容器上的电荷开始释放，电荷流经的途径是：电容器极板E上的正电荷流出，形成电流开关S2电阻R灯泡极板F，中和极板F上的负电荷。大量的电荷移动形成电流，该电流流经灯泡时，灯泡发光。随着极板E上的正电荷不断流走，正电荷的数量慢慢减少，流经灯泡的电流减小，灯泡慢慢变暗。当极板E上先前充得的正电荷全放完后，无电流流过灯泡，灯泡熄灭，此时极板F上的负电荷也完全被中和，电容器两极板上先前充得的电荷消失。,.1固定电容器,电容器一个极板上的正电荷经一定的途径流到另一个极板，中和该极板上负电荷的过程称为电容器的“放电”。电容器充电后两极板上储存了电荷，两极板之间也就有了电压，这就像杯子装水后有水位一样。电容器极板上的电荷数与两极板之间的电压有一定的关系，具体可这样概括：在容量不变的情况下，电容器储存的电荷数与其两端电压成正比，即Q=CU。,.1固定电容器,式中Q电荷数（单位：库仑，C）；C容量（单位：法拉，F）；U电容器两端的电压（单位：伏特，V）。式中Q电荷数（单位：库仑，C）；C容量（单位：法拉，F）；U电容器两端的电压（单位：伏特，V）。,.1固定电容器,这个公式可

5、以从以下两个方面来理解：容量不变的情况下（C不变），电容器充得电荷越多（Q增大），两端电压越高（U增大）。这就像杯子大小不变时，杯子中装的水越多，杯子的水位越高一样。若向容量一大一小的两只电容器充相同数量的电荷（Q不变），则容量小的电容器两端的电压更高(C小U大)。这就像往容量一大一小的两只杯子装入同样多的水时，小杯子中的水位更高一样。,.1固定电容器,2.电容器的“隔直”和“通交”性质电容器的“隔直”和“通交”是指直流不能通过电容器，而交流能通过电容器。下面以图213所示的电路来说明电容器的“隔直”和“通交”性质。（1）隔直在图213（a）所示电路中，电容器与直流电源连接，当开关S闭合后，直流电源开始对电容器充电，充电途径是：电源正极开关S电容器的上极板获得大量正电荷通过电荷的排斥作用（电场作用），下极板上的大量正电荷被排斥流出形成电流灯泡电源负极,有电流流过灯泡，灯泡亮。随着电源对电容器的不断充电,电容器两端的电荷越来越多，两端电压越来越高，当电容器的两端电压与电源电压相等时，电源不能再对电容器充电，无电流流到电容器的上极板，下极板也就无电流流出，无电流流过灯泡,灯泡熄灭。,.1固

6、定电容器,.1固定电容器,以上过程说明：在刚开始时直流可以对电容器充电而通过电容器，该过程持续时间很短，充电结束后，直流就无法通过电容器，这就是电容器的“隔直”性质。（2）通交在图213（b）所示电路中，电容器与交流电源连接。由于交流电的极性是经常变化的，故图213（b）中所示的交流电源的极性也是经常变化的，一段时间极性是上正下负，下一段时间极性变为下正上负。开关S闭合后，当交流电源的极性是上正下负时，交流电源从上端输出电流，该电流对电容器充电，充电途径是：交流电源上端开关S电容器灯泡交流电源下端，有电流流过灯泡，灯泡发光，同时交流电源对电容器充得上正下负的电荷；,.1固定电容器,当交流电源的极性变为上负下正时，交流电源从下端输出电流，它经过灯泡对电容反充电，电流途径是：交流电源下端灯泡电容器开关S交流电源上端，有电流流过灯泡，灯泡发光，同时电流对电容器反充得上负下正的电荷，这次充得的电荷极性与先前充得的电荷极性相反，它们相互中和抵消，电容器上的电荷消失。当交流电源极性重新变为上正下负时，又可以对电容器进行充电，以后不断重复上述过程。从上面的分析可以看出，由于交流电源的极性不断变化，电

7、容器的充电和反充电（中和抵消）交替进行，从而始终有电流流过电容器，这就是电容器的“通交”性质。,.1固定电容器,（3）电容器对交流有阻碍作用电容器虽然能通过交流，但对交流也有一定的阻碍，这种阻碍称为容抗，用XC表示，容抗的单位是欧姆()。在图214所示电路中，两个电路中的交流电源电压相等，灯泡也一样，但由于电容器的容抗对交流有阻碍作用，故图214（b）中所示的灯泡要暗一些。,.1固定电容器,.1固定电容器,电容器的容抗与交流信号的频率、电容器的容量有关。交流信号的频率越高,电容器对交流信号的容抗越小；电容器的容量越大，它对交流信号的容抗也越小。在图214(b)所示电路中,若交流电的频率不变,电容器的容量越大,灯泡越亮；或者电容器的容量不变,交流电的频率越高,灯泡越亮。这种关系可用下式表示：XC=12fC式中XC电容器的容抗；f交流信号的频率。在图214（b）所示电路中，若交流电源的频率f=50Hz，电容器的容量C=100F，那么该电容器对交流电的容抗为XC=12fC=（123.145010010-6）31.8,.1固定电容器,2.1.4电容器的极性固定电容器可分为无极性电容器和有极性电

8、容器两类。1.无极性电容器无极性电容器的引脚无正、负之分。无极性电容器的图形符号如图215(a)所示，常见的无极性电容器外形如图215（b）所示。无极性电容器的容量小,但耐压高。,.1固定电容器,2.有极性电容器有极性电容器又称“电解电容器”，引脚有正、负之分。有极性电容器的图形符号如图2-1-6（a）所示，常见的有极性电容器外形如图2-1-6（b）所示。有极性电容器的容量大，但耐压较低。,.1固定电容器,由于有极性电容器的引脚有正、负之分，因而在电路中不能乱接，若正、负位置接错，轻则电容器不能正常工作，重则电容器炸裂。有极性电容器正确的连接方法是：电容器的正极接电路中的高电位，负极接电路中的低电位。有极性电容器正确和错误的接法分别如图2-1-7(a)和(b)所示。,.1固定电容器,2.1.5电容器的种类1.薄膜电容器薄膜电容器是以金属箔作为电极，将其和聚乙酯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜从两端重叠后，卷绕成圆筒状，构造成的电容器。常见的薄膜电容器如图2-1-8所示。而根据塑料薄膜的种类，薄膜电容器又被分别称为聚乙酯电容（又称Mylar电容）、聚丙烯电容（又称PP电容）、聚苯乙

9、烯电容（又称PS电容）和聚碳酸酯电容。,.1固定电容器,.1固定电容器,2.瓷介电容器瓷介电容器是一种用氧化钛、钛酸钡、钛酸锶等材料制成并以此作为介质的电容器，也称为“陶瓷电容器”。常见的瓷介电容器如图2-1-9所示。由于这种电容器通常做成片状，故俗称“瓷片电容器”。,.1固定电容器,3.铝电解电容器铝电解电容器是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极而制成的电容器。常见的铝电解电容器如图2-1-10所示。铝电解电容器的芯子是由阳极铝箔、浸有电解液的衬垫纸、阴极铝箔、天然氧化膜等重叠卷绕而成的，芯子含浸电解液后用铝壳和胶盖密闭起来就构成了一个电解电容器。一般情况下，铝电解电容器的铝壳外面都有一个塑料套管。,.1固定电容器,.1固定电容器,4.云母电容器云母电容器的形状多为方块状，采用天然云母作为电容极间的介质，因此它的耐压性能相当好。常见的云母电容器如图2111所示。但云母电容由于受介质材料的影响容量不能做得太大，一般容量为1010000pF，而且造价相对于其他电容要高。它具有绝缘电阻优良、电介质损耗小、频率特性和温度特性好、温度系数小、容量精度高等优点。,.1固

10、定电容器,.1固定电容器,5.涤纶电容器涤纶电容器是用两片金属箔做电极，夹着极薄绝缘介质，卷成圆柱形或者扁柱形的芯子，介质是涤纶。常见的涤纶电容器如图2-1-12所示。这类电容的介电常数较高，体积小，容量大，稳定性较好，适宜用做旁路电容。,.1固定电容器,突出优点：薄膜电容的精度、损耗角、绝缘电阻、温度特性、可靠性及适应环境等指标都优于电解电容和瓷片电容。突出缺点：其容量价格比及容量体积比都大于电解电容和瓷片电容。用途：在各种直流或中低频脉动电路中使用。,.1固定电容器,6.独石电容器独石电容器是一种多层叠片烧结成整体独石结构的陶瓷电容器，如图2-1-13所示。它具有体积小、电容量大、耐温性能好等特点。以铌镁酸铅Pb（Mg1/3Nb2/3）O3和复合钙钛型化合物为主要原料制成浆料，经轧膜、挤压或流延法形成生坯陶瓷薄膜，再经烘干、印刷内电极、叠片、切割、涂端头电极、烧结而成，烧至温度8801100。独石电容器有带引线树脂包封和不带引线也无包封的裸露块状两种。它广泛用于印制电路、厚薄膜混合集成电路中作为外贴元件。片状独石陶瓷电容器已广泛用于钟表、电子摄像机、医疗仪器、汽车和电子调谐器中。,

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