什么是電容器-基礎電子

精品文檔-下載后可編輯什么是電容器-基礎電子以儲存電荷為特征、能隔斷直流而允許交流電流通過的電子元件。電容器是各類電子設備大量使用的不可缺少的基本元件之一。各種電容器在電路中能起不同的作用，如耦合和隔直流、旁路、整流濾波、高頻濾波、調諧、儲能和分頻等。電容器應根據電路中電壓、頻率、信號波形、交直流成分和溫濕度條件來加以選用。發(fā)展簡況原始的電容器是1745年荷蘭萊頓大學P.穆森布羅克發(fā)明的萊頓瓶，它是玻璃電容器的雛形。1874年德國M.鮑爾發(fā)明云母電容器。1876年英國D.斐茨杰拉德發(fā)明紙介電容器。1900年意大利L.隆巴迪發(fā)明瓷介電容器。30年代人們發(fā)現在陶瓷中添加鈦酸鹽可使介電常數成倍增長,因而制造出較便宜的瓷介電容器。1921年出現液體鋁電解電容器，1938年前后改進為由多孔紙浸漬電糊的干式鋁電解電容器。1949年出現液體燒結鉭電解電容器，1956年制成固體燒結鉭電解電容器。50年代初，晶體管發(fā)明后，元件向小型化方向發(fā)展。隨著混合集成電路的發(fā)展，又出現了無引線的超小型片狀電容器和其他外貼電容器?；驹黼娙萜魇怯蓛蓚€電極及其間的介電材料構成的。介電材料是一種電介質，當被置于兩塊帶有等量異性電荷的平行極板間的電場中時，由于極化而在介質表面產生極化電荷，遂使束縛在極板上的電荷相應增加，維持極板間的電位差不變。這就是電容器具有電容特征的原因。電容器中儲存的電量Q等于電容量C與電極間的電位差U的乘積。電容量與極板面積和介電材料的介電常數ε成正比，與介電材料厚度(即極板間的距離)成反比。介電材料電容器所用介電材料主要為固體，可分為有機和無機兩大類。根據分子結構形式，無機介電材料有微晶離子結構、無定形結構和兩者兼有的結構（如陶瓷、玻璃、云母等）。有機介電材料主要為共價鍵組成的高分子結構，按結構對稱與否又可分為非極性（如聚丙烯、聚苯乙烯等）和極性(聚對苯二甲酸乙二酯等)兩類。電解電容器所用介質是直接生長在陽極金屬上的氧化膜，也是離子型結構。介電材料在外電場作用下會發(fā)生極化、損耗、電導和擊穿等現象，它們代表著電介質的基本特性，而這些特性又取決于組分和分子結構形式。非極性有機材料和離子結構較完善而緊密的無機材料的極化，屬于快速極化類型；而極性有機材料和結構松弛的離子晶體則屬于緩慢極化類型。前者介電常數ε較低，損耗角正切tgδ值很小，溫度、頻率特性較好,且體積電阻率也較高；后者則大致相反。工程用介電材料不是理想的電介質，具有不同程度的雜質、缺陷和不均勻性。這是產生不同的體積電阻率ρV和擊穿場強Eb的原因。附表列出電容器常用介電材料的極化形式及其介電特性。

參數電容器的主要參數有標稱電容量及允許偏差、額定電壓、損耗角正切、絕緣電阻（或時間常數）、溫度特性和頻率特性等。標稱電容量及允許偏差標志在每個電容器上的設計電容量稱標稱電容量，有規(guī)定的標準系列。標稱電容量與實際值之間會有差異，但應在允許偏差范圍內。這種預先規(guī)定的偏差范圍稱允許偏差，常用的有±5％、±10％、±20％三級,精密的可優(yōu)于0.1％。電容器常以微法(μF)和皮法(pF)為電容量的單位。額定電壓在規(guī)定的環(huán)境條件下電容器允許連續(xù)施加的直流電壓，有規(guī)定的標準系列。電路中使用的電容器承受工作電壓不應超過額定電壓值，降壓使用則有利于電容器的使用壽命。損耗角正切表征電容器在交變電場中所消耗的有功功率（消耗功率）與無功功率之比，以tgδ表示。其中δ是電容器的總電流與無功電流間的夾角，稱為損耗角。它與溫度、頻率密切相關。絕緣電阻電容器兩引出端間的直流電阻值。既表示電容器所用的介電材料的絕緣性能，又表示其外殼或外部保護層的絕緣質量。它隨溫度增高而按指數關系下降，單位為歐(Ω)或兆歐(MΩ)。容量較大(大于0.1微法)的電容器用時間常數來表征絕緣質量,其值等于絕緣電阻與電容量的乘積,單位為兆歐微法(MΩ·μF)或秒(s)。這樣可消除大容量電容器由于所用極板面積增大而必然導致絕緣電阻下降所帶來的假象,以表示其內函質量。電解電容器的絕緣質量用漏電流來表示，單位為微安(μA)或毫安(mA)。溫度特性和頻率特性當環(huán)境溫度升高時，電容器的絕緣電阻急劇下降。電容量與損耗角正切隨溫度的變化，因所用的介電材料而異。一般地說，非極性有機材料和結構緊密的優(yōu)質無機材料，電容量受溫度的影響較小且變化有規(guī)律。對這類電容器常用電容溫度系數（在規(guī)定的正溫區(qū)內，每一攝氏度引起的電容量的相對變化率，以ppm/℃為單位）來表示。其他類型的電容器的電容量隨溫度變化較大，一般只規(guī)定允許使用的正、負極限溫度（稱類別溫度范圍）下的電容量與室溫下的電容量間的相對變化率。電容器的損耗角正切一般隨溫度升高先減小，隨后又增大；而當溫度降低時，損耗角正切則迅速增大。電容器在低頻下使用時，可視為由一電容和一電阻相并聯的電路。當使用頻率增高時，其固有的電感和由電極與引線等形成的高頻電阻以及接觸電阻所產生的影響便非常突出，這時電容器可視為由電阻、電感、電容組成的等效串聯網絡。電容量將隨頻率增高而下降，損耗角正切值超過一定頻率將迅速上升。這些均與介電材料和電容器的結構、尺寸有關。當使用頻率升高時，將出現充電放電速率延緩、高頻旁路能力減弱、高頻功率損耗增大等情況。有些電容器在低頻下使用時性能良好，但在高頻下性能就變壞，甚至根本不能用。極性電解電容器只能用于脈動直流電路。在使用電解電容器時，不能超過技術條件規(guī)定的直流電壓和允許的紋波電壓峰值，兩者之和不超過額定電壓，兩者之差不使電容器處于反向工作狀態(tài)。分類電容器按電容量在使用中能否改變，分為固定電容器和可變電容器（包括微調）兩類?？諝饪勺冸娙萜饕钥諝鉃榻橘|，由固定極板和可轉動極板構成，它的電容量在一定范圍內連續(xù)可調。根據電容量隨動片轉動角度變化的規(guī)律，分為直線電容式、直線波長式、直線頻率式和對數式四種?？諝饪勺冸娙萜骶哂心苷{節(jié)電容量、介質損耗?。≦值高）、絕緣電阻高等特點，適用于高頻調諧和振蕩回路。常見的是雙聯或三聯統(tǒng)調結構，各聯應能跟蹤基準聯。選用空氣可變電容器時應注意電容量的與值及其比值、動片旋轉力矩、調諧精度和刻度的重復性等要求。塑料薄膜可變電容器用很薄的塑料膜來代替空氣間隙，可使電容器體積變小。除用于調幅收音機外，還可制成調幅調頻兩用的型式。缺點是長期穩(wěn)定性、使用壽命等方面均比空氣介質的差，電容量也較小。微調電容器分為空氣介質和無機材料介質兩類。前者主要用于輔助主調可變電容器而達到精密調節(jié)電容量的目的，電容量變化范圍很窄，但連續(xù)可變。后者以圓片形陶瓷微調電容器應用廣。此外還有管形微調結構，是用可微調的金屬桿作內電極，以燒滲銀層作外電極，介質是玻璃或陶瓷管。它的微調精度很高，常用于精密電子儀器。云母電容器以白云母薄片敷以燒滲銀漿作電極經疊壓而成。耐熱性、高頻性和穩(wěn)定性均優(yōu)，適用于高頻電路?？芍瞥删芎蜆藴孰娙萜鳌Ｔ颇鸽娙萜鲗υ牧腺|量要求高，材料利用率低，價格較貴，在不少情況下常用電容器瓷、聚苯乙烯、聚丙烯等材料制成的電容器來代替。Ⅰ類瓷介電容器它的介質主要是堿土金屬或稀土金屬的鈦酸鹽、錫酸鹽的固熔體。高頻性能好，廣泛用于高頻耦合、旁路、隔直流、振蕩等電路中。另外，還可制成具有各種溫度系數的電容器，用于溫度補償電路。在大功率發(fā)射機和高頻加熱設備中的高壓、大功率電容器均以陶瓷為介質。在陶瓷薄膜上，敷以金屬漿為電極，疊壓燒結而成獨石結構電容器，具有小型化的優(yōu)點。Ⅱ類瓷介電容器它的介質是用鈦酸鋇或其他類似材料（鈦酸鈣、鈦酸鍶等）形成的固熔體。這些介質有極高的介電常數，所以可制成體積小、容量大的電容器。利用陶瓷成膜技術制成的獨石結構電容器體積更小。但這類電容器電性能較差、受溫度的影響較大、穩(wěn)定性也不好，只適用于低壓、直流和低頻電路。玻璃電容器以玻璃薄膜為介質，用金屬箔或燒滲金屬層作電極，經疊壓煅燒成整體密封結構。用不同配方的玻璃介質可制成具有不同電性能的電容器。紙介電容器以浸漬相應浸漬劑的電容器紙為介電材料，用鋁箔作電極，經卷繞而成。價格低、電容量中等，工作電壓范圍廣，是通用的一種電容器。適用于直流或脈動電路。另有用蒸發(fā)淀積鋅或鋁膜代替鋁箔作電極的，稱為金屬化紙介電容器。它不僅體積較小而且具有“自愈能力”，即電介質被瞬時擊穿后，電容器仍能恢復，繼續(xù)工作。塑料薄膜電容器采用聚酯（或稱滌綸）和聚碳酸酯等可制作極性塑料薄膜電容器。這些介質材料的特點是介電常數較大，耐熱（105～125℃）和工作場強較高。聚酯薄膜電容器適用于直流和脈動電路，聚碳酸酯薄膜電容器適用于交流電路。這兩種材料均適宜作金屬化電極，可代替電容器紙。但塑料薄膜缺少吸收浸漬劑的能力，所以只能用于低壓電路。將塑料薄膜與電容器紙疊合制成的紙膜復合介質電容器，同時具有兩者的優(yōu)點，屬于高壓電容器，在小型化和耐熱性方面均較紙介電容器為優(yōu)。另外，采用聚苯乙烯、聚丙烯等可制作非極性塑料薄膜電容器，介電性能、溫度特性和頻率特性都比較好，因而適用于高頻電路。聚苯乙烯電容器的電容量穩(wěn)定性好，可用作高精度的電容器，但體積較大，工作溫度不宜超過70℃；聚丙烯電容器工作溫度可達125℃，而聚四氟乙烯電容器可達200℃，但價格較貴。電解電容器電解電容器以各種閥金屬為正極，以其表面上形成的一層氧化膜為介質（介質與正極是不可分離的整體）；負極是非固體電解質或固體電解質。它的特點是電容量很大，低壓電解電容器可達數萬微法以上。適用于整流、濾波、儲能等；一般只能用在直流和含有交流分量的脈動電路中,而且有正、負極性之分,使用時不能反接。鋁電解電容器以鋁箔為電極，襯墊物浸以糊狀電解質。鉭箔電解電容器具有類似結構，但鉭的化學性質穩(wěn)定，故可靠性較高,并且工作溫度可達125℃。這兩種電容器若在負極金屬箔上也形成氧化膜，可制成雙極性電解電容器，引出端便不再分為正負極，可應用于極性經常變換的脈動電路和短暫使用的交流電路。另一種電解電容器采用閥金屬粉壓制、燒結成的多孔性電極,稱為燒結型電解電容器,體積更小。電解質有液體和固體的兩種。固體電解質不存在電解液于涸的問題，因此固體鉭電容器的穩(wěn)定性好、壽命長，其中樹脂包封的固體鉭片電容器應用更為廣泛。雙電層電容器基于界面雙電層理論而設計的電容器，為70年代初出現的新品種。由集電極(如金屬外殼)、多孔電極（如活性炭）和工作電解質構成。在低于電解質分解電壓的外加電壓下，電解質的離子電荷與由外電源供給多孔電極的束縛電荷組成穩(wěn)定的雙電層，具有儲存和傳遞電荷的作用，因此呈現電容特性。這種電容器的單位體積內的電容量特別大（如3法／厘