电容器元件详解
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电容的特性结构任务目标;电容器的特性、结构、参数、误差等级及标注方法。
学习目标;了解电容器的特性、结构、参数、误差等级及标注方法。
电容器是电路的基本组件之一,它是电力系统和电子技术中最常见的一种组件。
在电力系统中它可以起到补尝电压的作用,在电子系统中可以起到滤波、隔直、耦合、旁路等作用,还可以利用它出现电火花的作用。
可见电容器是一种应用非常广泛的电子组件,学习和认识电容器非常重要,不懂电容器,以后的电子电路就无法去分析。
1、什么是电容器被绝缘物分开而又相互靠近的两个导体的总体称电容器(简称电容)。
电容器是由两块金属板做电极,中间夹一层绝缘体(也称电解质)所构成,当你在金属板间加上电压时,极板上就会储存电荷,所以说电容器实际上也是一种能储存电荷的容器。
电容器的内部结构如图1所示。
图1 电容器的内部结构2、电容器在电路中的图形符号电容器在电路中用字母“C”表示,其电路符号如图2所示。
图2电容器电路符号a)为固定电容b)为电解电容的简化符号c)为电解电容d)为可变电容e)为微调电容f)为国外电解电容符号3、电容器的分类1.按结构分类:固定电容、可变电容、微调电容。
2.按介质材料分类:以空气为介质、电解介质、无机介质、有机介质。
3.按封装形式分类:圆柱形、长方形、圆片型、球型、方形等。
4.按用途分类:高频电容、低频电容、高压电容、低压电容。
5.按极性分类:有极性电容和无极性电容。
4、电容器的特性电容器的特性是通交隔直,也就是说,交流电可以通过,而直流电不可以通过,为什么呢?电容器的特性要比电阻器复杂得多,掌握和弄通电容器的特性是分析电路的关键所在,很多情况下,对电路工作的工作原理分析不正确或根本无从下手,其原因是对元器件的特性不了解,所以掌握电容器的主要特性及其相应的变化是分析电容器参与电路工作原理的基础。
1)电容器的通交特性电容器接在交流电路中(交流电的电压绝对不能超过接入电容器的直流耐压),由于交流电的大小和方向在随着时间的变化而变化,致使电容器进行反复的充电和放电,电路中相应不断的出现交变的电流,电路中一直有交流电流的流动,就好似交流电能直接通过电容器,即通交流。
电容详解⼀、基本概念电容:亦称作“电容量”,是指在给定电位差下的电荷储藏量。
电容器:①定义1:电容器,顾名思义,是‘装电的容器’,是⼀种容纳电荷的器件;②定义2:电容器,任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体(包括导线)间都构成⼀个电容器。
电容值:电容器所带电量Q与电容器两极间的电压U的⽐值,叫电容器的电容。
在电路学⾥,给定电势差,电容器储存电荷的能⼒,称为电容(capacitance),标记为C。
电容单位:法拉,简称法,符号是F。
常⽤的电容单位有毫法(mF)、微法(µF)、纳法(nF)和⽪法(pF)等,换算关系是:1法拉(F)= 1000毫法(mF)=1000000微法(µF)1微法(µF)= 1000纳法(nF)= 1000000⽪法(pF)。
排容:由若⼲个电容排列⽽成的电容阵列,若⼲个参数完全相同的电容,它们的⼀个引脚都连到⼀起,作为公共引脚,其余引脚正常引出。
⼆、电容分类2.1. 按照结构2.1.1固定电容器:不能调节的,我们称之为定值电容。
2.1.2可变电容器: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。
2.1.3微调电容器:半可变电容也叫做微调电容,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2.2.按极性有极性电容和⽆极性电容,有极性使⽤时要注意⽅向。
2.3.按介质CBB电容(聚丙烯),涤纶电容、瓷⽚电容、云母电容、独⽯电容、(铝)电解电容、钽电容等。
2.3.1叠层陶瓷贴⽚电容(MLCC) <⽆极性 >采⽤多层结构,往往⼀个MLCC内部多达⼏⼗层,甚⾄更多。
电子元件电容器电子元件电容器(Capacitor),简称电容,是一种可以存储电荷的器件。
它由两个导体板之间隔着一层绝缘体组成,当通过电容器两个导体板之间施加电压时,电荷就可以在导体板和绝缘体之间储存和释放,这种储存和释放能力被称为电容。
电容器是电路设计中非常重要的元件之一,常用于储存电荷、滤波、耦合等应用中。
1.电容器的分类电容器的分类有很多种方法,可以根据结构、用途、材料和制造工艺等多角度来区分。
主要的分类方法如下:(1)按电容值大小分为固定电容器和可变电容器。
固定电容器的电容值是固定的,不可更改,可变电容器的电容值可以通过调节其内部的一些参数实现可调。
(2)按结构分类,电容器可以分为电解电容器、电容微调器、电视机高压电容器、陶瓷电容器、钽电解电容器、多层电容器等等。
(3)按工作电压分类,电容器可以分为低压电容器和高压电容器两种,其中高压电容器可承受数千伏至数十万伏的高电压。
(4)按材料分类,电容器基本上分为两类:有机电容器和无机电容器。
有机电容器是用有机材料作为电容器的绝缘介质,无机电容器则是选用无机材料作为介质。
2.电容器的特点电容器的特点主要包括以下几个方面:(1)电容器可以储存电荷并释放电荷,是一种可以储存和吸收电荷的能量形式。
(2)电容器的电容值决定了其储存电荷的能力,电容值越大,储存能力也就越强。
(3)电容器通常用来储存电能和调节电荷大小,以帮助匹配电路的工作。
(4)电容器可以用于直流电路和交流电路,但在交流电路中,电容器扮演着更重要的角色。
(5)电容器的工作温度一般在-55℃至+125℃范围内。
(6)电容器的使用寿命一般较长,一般在数千至数万小时之间。
3.电容器的使用电容器的使用十分广泛,常用于以下几个领域:(1)电子设备:电子设备中广泛使用电容器,用于保持合适的电荷平衡、储存电荷以及阻隔电能漏电。
(2)电源滤波:在交流电路中,电容器可以用于滤波,去除电源中的高频电压。
(3)振荡器:用于振荡电路的元件之一,根据电容器的电容值和电阻值来调节振荡频率。
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2.電容:(Capacitor)
2.1電容種類:
一般常用的電容有下列幾種:
a.陶瓷電容Ceramic Disk Capacitor
b.鋁電解電容Aluminum Electrolytic Capacitor
c.鉭質電容Tantalum Electrolytic Capacitor
e.薄膜電容Flim Capcitor
f.積層電容Multilayer Ceramic Chip Capacitor
2.1.1陶瓷電容:(Cer Cap)
目前所稱的陶瓷電容為PTH型式的,而SMD型式的陶瓷電容我們將其分成
另一大類為積層電容。
陶瓷電容沒有極性,一般陶瓷電容會應用在耐高電壓的
場合(1KV以上)及高頻的場合。
陶瓷電容陶瓷電容
2.1.2鋁電解容:(Alu Cap,EC Cap,LE EC Cap)
以往我們所用的鋁電解電容都是PTH型式,近來也有SMD型式的鋁電解電
容問世了。
鋁電解電容大多數有極性,在本體上有做負極的標示,除非被指定
製作成無極性的NP系列。
鋁電解電容NP=NO Polarity
PTH 型式的鋁電解電容SMD型式的鋁電解電容
鋁電解電容一般應用在電容值較大的場合,其價格便宜。
2.1.3鉭質電容(TAN Cap)
鉭質電容PTH型式及SMD型式皆有。
PTH型式的鉭質電容看起來很像陶瓷
電容,但是外表看起來有光澤。
鉭質電容有極性,其標示為正極,一般應用在
需要低漏電流及小體積大電容量的場合,經常被使用在的時間常數電路及以電
池為電源的卡類上。
PTH的鉭質電容SMT的鉭質電容
2.1.4薄膜電容(分為PE Cap及Metalized Cap)
薄膜電容又可分為塑膠薄膜電容及金屬薄膜電容。
它們有寬廣的頻率特性,一般用在高頻及防止雜訊的領域。
薄膜電容沒有極性。
薄膜電容
2.1.5積層電容:(MUL Cap CHIP Cap)
積層電容是陶瓷電容的一種,只是它是SMD型式存在,目前絕大部份在主機
板及卡類上的電容都是這種電容,它也有像排阻,一般的排容設計。
積層電容
沒有極性。
2.2電容值:
電容值的基本單位為法拉第:F
換算式:47pF=47*10-12F
47nF=47*10-9F
47uF=47*10-6F
所以1uF=103nF=106pF
電容值一般在積層電容上看不出來,在陶瓷電容、鋁電解電容、鉭質電容及薄膜電容上一般有標示。
電容值愈大,電容體積也會愈大,所以到目前為為止SMT電容並無法完全取代傳統電容。
也有人用代碼標示法標示在電容上,如102=10*102pF=0.001uF 。
2.3額定電壓:
額定電壓是一顆電容在此工作電壓下還能正常運作的最大值,額定電壓愈高,電容單價也會愈高。
高額定電壓的電容可以拿來取代較低額定電壓的電容。
例如:10uF/50V 的電容可以用來取代10uF/25V 的電容,反之則不行。
一般電容常標示的額定電壓有下列幾種:
6.3V 、10V 、16V 、25V 、35V 、50V 、63V 、100V 、160V 、200V 、250V 、350V 、400V 、450V 、1KV 、2KV 、3KV 。
2.4誤差值:
電容的誤差值可換算如下表,一般在積層電容上無標示任何文字,所以看不出其誤差值,其它種類電容大多有標示在上面,如:K=±10%M=±20%。
誤差值換算表
2.5封裝方式:
2.5.1陶瓷電容:採PTH 封裝方式,如下圖所示。
陶瓷電容
2.5.2鋁電解電容:有採PTH 封裝或SMD 封裝的方式,如下圖:
PTH 封裝方式 SMD 封裝方式
它們的尺寸可由其直徑*長度來定義,如右圖:
一般的標識6.3*11,即為直徑6.3mm ,長度11mm 之電容。
相同電容值及額定電壓的電容其尺寸也可能依各廠商的設計而有所差異。
所以在相同電容值
及額定電壓下的鋁電解電容也有各種大小不同的尺寸可供選擇,使用上宜注
意。
如:可能有47u/10V 5*11及47u/10V 5*5這兩種選擇。
一般常用的外徑有4、5、6、3、8、13、16、18、22、25mm,相同外徑的鋁
電解電容,其腳距也會相同。
SMD鋁電解電容尺寸的定義也是如PTH的鋁電解電容。
2.5.3鉭質電容:
鉭質電容有PTH及SMD兩種封裝方式,目前較常用的為SMD型式的鉭質電
容,如下圖所示:
PTH鉭質電容SMD鉭質電容
SMD的鉭質電容尺寸規格和一般的積層電容不同,它不是以0603或0805這種EIA code存在的,它是以A case 、B case、 C case………這種尺寸存在,其換算式如下表。
D case 和E case在長及寬的尺寸上都相同只有高度不同。
單位:mm
如 C case=6032=6.0mm長*3.2mm寬之鉭質電容。
2.5.4薄膜電容:薄膜電容目前只有PTH封裝。
2.5.5積層電容:積層電容為SMD封裝,其尺寸的標示方法和晶片電阻一樣。
2.6材質係數:
因為電容的漏電流,頻率響應特性及電容值易受工作溫度的影響,所以針對不同的電容在材質特性上有一些不同的考量,說明如下:
2.6.1陶瓷電容:
陶瓷電容的材質可由其溫度係數來定義,如下表:
其中等級1的NPO是最高級的材質,它表示用這種材質做出來的電容,其電容值會隨著溫度變化的程度愈小。
一般設定溫度係數和誤差範圍有下列之搭配:
2.6.2鋁電解電容
2.6.2.1耐熱溫度:
一般來說鋁電解電容的耐熱溫度為85ºC,近來由於技術上的進步,電
容的耐熱溫度已大部份採用105ºC,有些有用到130ºC了。
2.6.2.2極性:
鋁電解電容亦可製造成無極性的鋁電解電容,採用須特別註明為NP系
列。
2.6.2.3低漏電流:
鋁電解電容亦可指定製作成低漏電流系列,常見的標示方法有,Low
ESR 或LESR。
2.6.3鉭質電容:
2.6.
3.1低漏電流:
鉭質電容一般來說漏電流本就比其它電容來得低,但也有特別指定要
更低漏電池的系列,如sanyo公司出的pos cap系列即是。
2.6.4薄膜電容:
目前沒有。
2.6.5積層電容:
2.7指定廠牌型號:
有些客戶需指定自己覺得比較信賴的廠牌,或有些電容用在特殊的用途上,如:高溫高電壓的場合,會指定一些大廠的廠牌。