电容的基础知识要点.pdf
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1、电容的基础知识 常用电容按介质区分有纸介电容、油浸纸介电容、金属化纸介电容、云母电容、 薄膜电容、陶瓷电容、电解电容等。 图 1 电容的外形 表 1 常用电容的结构和特点 电容种类电 容 结 构 和 特 点 纸介电容 用两片金属箔做电极,夹在极薄的电容纸中,卷成圆 柱形或者扁柱形芯子,然后密封在金属壳或者绝缘材料(如 火漆、陶瓷、玻璃釉等)壳中制成。它的特点是体积较小, 容量可以做得较大。但是有固有电感和损耗都比较大,用于 低频比较合适。 云母电容 用金属箔或者在云母片上喷涂银层做电极板,极板和 云母一层一层叠合后,再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中 制成。它的特点是介质损耗小,绝缘电阻大、温度
2、系数小, 适宜用于高频电路。 陶瓷电容 用陶瓷做介质,在陶瓷基体两面喷涂银层,然后烧成 银质薄膜做极板制成。它的特点是体积小,耐热性好、损耗 小、绝缘电阻高,但容量小,适宜用于高频电路。 铁电陶瓷电容容量较大,但是损耗和温度系数较大, 适宜用于低频电路。 薄膜电容 结构和纸介电容相同,介质是涤纶或者聚苯乙烯。涤 纶薄膜电容,介电常数较高,体积小,容量大,稳定性较好, 适宜做旁路电容。 聚苯乙烯薄膜电容,介质损耗小,绝缘电阻高,但是 温度系数大,可用于高频电路。 金属化纸 介电容 结构和纸介电容基本相同。它是在电容器纸上覆上一 层金属膜来代替金属箔,体积小,容量较大,一般用在低频 电路中。 油浸
3、纸介 电容 它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里,能增强它 的耐压。它的特点是电容量大、耐压高,但是体积较大。 铝电解电 容 它是由铝圆筒做负极,里面装有液体电解质,插入一 片弯曲的铝带做正极制成。还需要经过直流电压处理,使正 极片上形成一层氧化膜做介质。它的特点是容量大,但是漏 电大,稳定性差,有正负极性,适宜用于电源滤波或者低频 电路中。使用的时候,正负极不要接反。 钽、铌电解 电容 它用金属钽或者铌做正极,用稀硫酸等配液做负极, 用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。它的特点是体积小、 容量大、性能稳定、寿命长、绝缘电阻大、温度特性好。用 在要求较高的设备中。 半可变电 容 也叫做微调电容
4、。它是由两片或者两组小型金属弹 片,中间夹着介质制成。调节的时候改变两片之间的距离或 者面积。它的介质有空气、陶瓷、云母、薄膜等。 可变电容 它由一组定片和一组动片组成,它的容量随着动片的 转动可以连续改变。把两组可变电容装在一起同轴转动,叫 做双连。可变电容的介质有空气和聚苯乙烯两种。空气介质 可变电容体积大,损耗小,多用在电子管收音机中。聚苯乙 烯介质可变电容做成密封式的,体积小,多用在晶体管收音 机中。 电容器上标有的电容数是电容器的标称容量。电容器的标称容量和它的实际 容量会有误差。常用固定电容允许误差的等级见表2。常用固定电容的标称容量 系列见表 3。 表 2 常用固定电容允许误差的
5、等级 10%20% (+20% -30%) (+50% -20%) (+100%-10%) 表 3 常用固定电容的标称容量系列 电容类别允许误差容量范围标 称 容 量 系 列 纸介电容、金属 化纸介电容、纸 膜复合介质电 容、低频(有极 性)有机薄膜介 质电容 5% 10% 20% 100pF1uF 1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8 1uF100uF 1 2 4 6 8 10 15 20 30 50 60 80 100 高频(无极性) 有机薄膜介质 电容、瓷介电 容、玻璃釉电 容、云母电容 5%1.1 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 2.0 2.4 2.7 3.0 3.3
6、 3.6 3.9 4.3 4.7 5.1 5.6 6.2 6.8 7.5 8.2 9.1 10%1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.7 3.3 3.9 4.7 5.6 6.8 8.2 20%1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8 铝、钽、铌、钛 电解电容 10% 20% +50/-20% +100/-10% 1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8 ( 容量单位 uF) 电容长期可靠地工作,它能承受的最大直流电压,就是电容的耐压,也叫做 电容的直流工作电压。 如果在交流电路中, 要注意所加的交流电压最大值不能超 过电容的直流工作电压值。 表 4 是常用固定电容直流工作电压
7、系列。有*的数值,只限电解 电容用。 表 4 常用固定电容的直流电压系列 1.6 4 6.3 10 16 25 32* 40 50 63 100 125* 160 250 300* 400 450* 500 630 1000 由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体,它的电阻不是无限 大,而是一个有限的数值,一般在1000 兆欧以上。电容两极之间的电阻叫做绝 缘电阻,或者叫做漏电电阻。漏电电阻越小,漏电越严重。电容漏电会引起能量 损耗,这种损耗不仅影响电容的寿命,而且会影响电路的工作。因此,漏电电阻 越大越好。 电容的种类也很多, 为了区别开来, 也常用几个拉丁字母来表示电容的类别, 如图 2
8、所示。第一个字母 C表示电容, 第二个字母表示介质材料, 第三个字母以 后表示形状、结构等。上面的是小型纸介电容, 下面的是立式矩开密封纸介电容。 表 5 列出电容的类别和符号。表6 是常用电容的几项特性。 图 2 表 5 电容的类别和符号 顺 序类 别名 称简 称称 号 第一个字 母 主 称电容器容C 第二个字 母 介质材料 纸 介 电 解 云 母 高频瓷介 低频瓷介 金属化纸介 聚苯乙烯等有机薄 膜 涤纶等有机薄膜 纸 电 云 瓷 Z D Y C T J B L 第三个字 母以后 形 状 筒 形 管 状 立式矩形 圆片形 筒 管 立 圆 T G L Y 结 构密 封密M 大 小小 型小X
9、表 6 常用电容的几项特性 电容种类容量范围直流工作 电压 (V) 运用频 率 (MHz ) 准确 度 漏电电阻 (M ) 中小型纸介 电容 470pF0.22uF 63630 8 以下5000 金属壳密封 纸介电容 0.01uF10uF 2501600 直流, 脉动直 流 10005000 中、小型金 属化纸介电 容 0.01uF0.22uF 160、 250、 400 8 以下2000 金属壳密封 金属化纸介 电容 0.22uF30uF 1601600 直流, 脉动电 流 305000 薄膜电容3pF0.1uF 63500 高频、 低 频 10000 云母电容10pF0.51uF 1007
10、000 75250 以下 0210000 瓷介电容1pF0.1uF 63630 低频、 高 频 503000 以下 0210000 铝电解电容1uF10000uF 4500 直流, 脉动直 流 钽、铌电解 电容 0.47uF1000uF 6.3160 直流, 脉动直 流 瓷介微调电 容 2/7pF7/25pF 250500 高频100010000 可变电容最小7pF 最大500 电容的类别和符号 电容的种类也很多,为了区别开来,也常用几个拉丁字母来表示电容的类别,如图 1 所示。 第一 个字母C 表示电容,第二个字母表示介质材料,第三个字母以后表示形状、结构等。上图是小 型纸介电容, 下图是立
11、式矩开密封纸介电容。表 1 列出电容的类别和符号。表 2 是常用电容的几 项特性。 图 6 表 1 电容的类别和符号 顺 序类 别名 称简 称称 号 第一个字母主 称电容器容C 第二个字母介质材料 纸 介 电 解 云 母 高频瓷介 低频瓷介 金属化纸介 聚苯乙烯等有机薄膜 涤纶等有机薄膜 纸 电 云 瓷 Z D Y C T J B L 第三个字母以后 形 状 筒 形 管 状 立式矩形 圆片形 筒 管 立 圆 T G L Y 结 构密 封密M 大 小小 型小X 表 2 常用电容的几项特性 电容种 类 容量范围直流工作电 压 (V) 运用频率 (MHz ) 准确度漏电电阻 (M ) 中小型 纸介电
12、 容 470pF0.22uF636308 以下5000 金属壳 密封纸 介电容 0.01uF10uF2501600直流, 脉动直流 10005000 中、小 型金属 化纸介 电容 0.01uF0.22uF160、250、 400 8 以下2000 金属壳 密封金 属化纸 介电容 0.22uF30uF1601600直流, 脉动电流 305000 薄膜电 容 3pF0.1uF63500高频、低频10000 云母电 容 10pF0.51uF100700075250 以下0210000 瓷介电 容 1pF0.1uF63630低频、高频 503000 以 下 0210000 铝电解 电容 1uF1000
13、0uF4500直流, 脉动直流 钽、铌 电解电 容 0.47uF1000uF6.3160直流, 脉动直流 瓷介微 调电容 2/7pF7/25pF250500高频100010000 可变电 容 最小 7pF 最大 500 电解电容极性的判别 不知道极性的电解电容可用万用表的电阻挡测量其极性。 我们知道只有电解电容的正极接电源正(电阻挡时的黑表笔),负端接电源负(电阻挡时的红 表笔) 时,电解电容的漏电流才小(漏电阻大) 。反之, 则电解电容的漏电流增加(漏电阻减小) 。 测量时,先假定某极为“+”极,让其与万用表的黑表笔相接,另一电极与万用表的红表笔相 接,记下表针停止的刻度(表针靠左阻值大),
14、然后将电容器放电(既两根引线碰一下),两只表 笔对调,重新进行测量。两次测量中,表针最后停留的位置靠左(阻值大)的那次,黑表笔接的 就是电解电容的正极。 测量时最好选用R*100 或 R*1K 挡。 电容器的参数与分类 在电子产品中,电容器是必不可少的电子器件,它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源的 退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等。由于电容器的类型和结构种类比较多,因此, 我们不仅需要了解各类电容器的性能指标和一般特性,而且还必须了解在给定用途下各种元件的 优缺点,以及机械或环境的限制条件等。这里将对电容器的主要参数及其应用做简单说明。 1. 标称电容量 (CR) 。 电容器
15、产品标出的电容量值。 云母和陶瓷介质电容器的电容量较低(大 约在 5000pF 以下);纸、塑料和一些陶瓷介质形式的电容器居中(大约在0.005uF1.0uF ) ;通常 电解电容器的容量较大。这是一个粗略的分类法。 2. 类别温度范围。电容器设计所确定的能连续工作的环境温度范围。该范围取决于它相应 类别的温度极限值,如上限类别温度、下限类别温度、额定温度(可以连续施加额定电压的最高 环境温度)等。 3. 额定电压( UR) 。在下限类别温度和额定温度之间的任一温度下,可以连续施加在电容器 上的最大直流电压或最大交流电压的有效值或脉冲电压的峰值。电容器应用在高电压场和时,必 须注意电晕的影响。
16、电晕是由于在介质/电极层之间存在空隙而产生的,它除了可以产生损坏设 备的寄生信号外,还会导致电容器介质击穿。在交流或脉动条件下,电晕特别容易发生。对于所 有的电容器,在使用中应保证直流电压与交流峰值电压之和不得超过电容器的额定电压。 4. 损耗角正切(tg) 。在规定频率的正弦电压下,电容器的损耗功率除以电容器的无功功 率为损耗角正切。在实际应用中,电容器并不是一个纯电容,其内部还有等效电阻,它的简化等 效电路如附图所示。对于电子设备来说,要求RS愈小愈好,也就是说要求损耗功率小,其与电 容的功率的夹角要小。 这个关系为:tg =RS/XC=2*3.14*f*C* R S。因此,在应用当中应注
17、意选择这个参数,避免自 身发热过大而影响寿命。 5. 电容器的温度特性。 通常是以20基准温度的电容量与有关温度的电容量的百分比表示。 6. 使用寿命。电容器的使用寿命随温度的增加而减小。主要原因是温度加速化学反应而使 介质随时间退化。 7. 绝缘电阻。由于温升引起电子活动增加,因此温度升高将使绝缘电阻降低。 电容器包括固定电容器和可变电容器两大类。其中固定电容器又可根据其介质材料分为云母电容 器、陶瓷电容器、纸/塑料薄膜电容器、电解电容器和玻璃釉电容器等;可变电容器也可以是玻 璃、空气或陶瓷介质结构。以下附表列出了常见电容器的字母符号。 附表 字母电容器介质材料字母电容器介质材料 A钽电解L
18、聚脂等极性有机薄膜 B聚笨乙烯等非极性有机薄膜N铌电解 C高频陶瓷O玻璃膜 D铝电解Q漆膜 E其他材料电解T低频陶瓷 G合金电解V云母纸 H纸膜复合Y云母 I玻璃釉Z纸 J金属化纸 电容的耐压和绝缘电阻 电容长期可靠地工作,它能承受的最大直流电压,就是电容的耐压,也叫做电容的直流工作 电压。如果在交流电路中,要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值。表 1 是常用固定电容直流工作电压系列。有*的数值,只限电解电容用。 常用固定电容的直流电压系列 1.6 4 6.3 10 16 25 32* 40 50 63 100 125* 160 250 300* 400 450* 500 6
19、30 1000 由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体,它的电阻不是无限大,而是一个有限的数值,一般 在 1000 兆欧以上。电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻,或者叫做漏电电阻。漏电电阻越小,漏 电越严重。电容漏电会引起能量损耗,这种损耗不仅影响电容的寿命,而且会影响电路的工作。 因此,漏电电阻越大越好。 用万用表判断电容器质量 视电解电容器容量大小,通常选用万用表的R 10、R 100、R 1K 挡进行测试判断。红、黑表笔 分别接电容器的负极(每次测试前,需将电容器放电),由表针的偏摆来判断电容器质量。若表 针迅速向右摆起,然后慢慢向左退回原位,一般来说电容器是好的。如果表针摆起后不再回转,
20、说明电容器已经击穿。如果表针摆起后逐渐退回到某一位置停位,则说明电容器已经漏电。如果 表针摆不起来,说明电容器电解质已经干涸推失去容量。 有些漏电的电容器,用上述方法不易准确判断出好坏。当电容器的耐压值大于万用表内 电池电压值时,根据电解电容器正向充电时漏电电流小,反向充电时漏电电流大的特点,可采用 R10K 挡,对电容器进行反向充电,观察表针停留处是否稳定(即反向漏电电流是否恒定), 由此判断电容器质量,准确度较高。黑表笔接电容器的负极,红表笔接电容器的正极,表针迅速 摆起, 然后逐渐退至某处停留不动,则说明电容器是好的,凡是表针在某一位置停留不稳或停留 后又逐渐慢慢向右移动的电容器已经漏电
21、,不能继续使用了。表针一般停留并稳定在50200K 刻度范围内。 浅谈钽电解电容器 钽电解电容器作为电解电容器中的一类。广泛应用于通信、航天和军事工业、海底电览和高级电 子装置、民用电器、电视机等多方面。 钽电解电容器是一种用金属钽(a)作为阳极材料而制成的,按阳极结构的不同可分为箔式 和钽烧粉结式两种,在钽粉烧结式钽电容中,又因工作电解质不同,分为固体电解质的钽电容和 非固体电解质的钽电容。其中,固体钽电解电容器用量大,如CA 型、 CA42 型等。 钽电解电容器的外壳上都有CA 标记, 但在电路中的符号与其它电解电容器符号却是一样。最 常见的钽电容结构外形如上图所示。 钽电解电容和铝电解电
22、容相比有下述优点。 1.体积小由于钽电容采用了颗粒很细的钽粉,而且钽氧化膜的介电常数比铝氧化膜的介电 常数高 17,因此钽电容的单位体积内的电容量大。 .使用湿度范围宽一般钽电解电容器都能在50100的温度下正常工作,虽然铝电解也 能在这个范围内工作,但电性能远远不如钽电解。 3.寿命长、绝缘电阻高、漏电流小钽电解电容器中钽氧化膜介质不仅耐腐蚀,而且长时间工 作能保持良好的性能。 .阻抗频率特性好对频率特性不好的电容器,当工作频率高时电容量就大幅度下降,损耗 (tg )也急剧上升。但固体电解电容器可工作在50kHz 以上。钽电容随频率上升,也要出现容 量下降现象,但下降幅度较小,有资料表明,工
23、作在10kHz 时钽电容容量下降不到20,而铝 电解电容容量下降达40。 5.可靠性高钽氧化膜的化学性能稳定,又因钽阳极基体Ta2O5 能耐强酸、强碱,所以它能使 用固体或含酸的电阻率很低的液体电解质,这就使得钽电解的损耗要比铝电解电容小,而且温度 稳定性良好。 铝电解电容器的套管颜色与其特性 一般情况下, 铝电解电容器的铝壳外面都有一个塑料套管。塑料套管的颜色有多种,例如浅蓝色 的、橙色的、黄色的等。生产厂家之所以把铝电解电容器的套管制成五颜六色,其目的并非仅仅 为了美观, 而是具有特定的意义,在选用和更换铝电解电容器时应重视这一特点。现给出常见铝 电解电容器的套管颜色与含义如下表所示,供广
24、大的电子爱好者参考。 附表:铝电解电容器的套管颜色与其代表的特性 系列特点 通 用 品 小 型 化 薄 型 化 低 阻 抗 双 极 性 低 漏 电 用途电压范围容量范围 管套 颜色 MG 小型标准品y y 一 般 电 路 6V3250V 0y2210000 F 黑 MT 105 小 型 标准品 y y 高 温 一 电路 6V3100V 0y221000 F 橙 SM 高度为 7 y y y 微型机6V363V 0y1190 F 蓝 MG-9 高度为 9 y y y 薄型机6V350V 0y1470 F 黑 BP 双极性品y y 极 性 反 转回路 6V350V 0y47470 F 浅蓝 EP
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