在这篇文章中,我们将学习电容器的基础知识,以及市场上常见的、用于大多数电子电路的各种类型的电容器。
概述
电容器只是一个无源的电子部件,它被设计用来储存电荷。
在物理形式,它是由一对金属板或电极由绝缘内容物或电介质隔开。在电容器两端施加直流电压,立即产生正极板上的电子匮乏和负极板上的电子过剩,如下图所示。
这种电子的差分积累产生电荷,电荷积累到一个特定的水平(基于电压),然后保持在该水平。如果涉及直流电,电容器内的绝缘体就像电流流动的阻断系统一样工作(但是可能是一个轻微的瞬态充电电流,防止电容器完全充电)。
当通过电容器使用交流时,在半个交流周期中积累的电荷会与下一个半周期反向,这导致电容器允许电流通过它高效运行,就像绝缘介质从来没有存在过一样。
因此,当涉及到交流时,电容器的工作原理就像耦合装置一样。你会发现几乎没有任何电子电路携带交流而不包含几个电容器,可能是为了耦合或优化系统的一般频率响应。
在最后提到的场景中,一个电容与一个电阻连接,以创建一个RC组合。与电容器有关的充电/放电现象也可用于其他各种电路,例如照相电子闪光。
就像电阻器一样,电容也可以配置成固定的值或大小可调。固定电容碰巧是电路的主要基础(和电阻一起)。可变电容器主要用于优化调谐电路。
的各电容器的性能参数是不同的,因此它们的应用也相应不同。
广泛使用的电子元件形式之一是电子电容器。除此之外,该行业使用的其他电容器包括陶瓷、云母银、电解电容器、塑料电容器、钽电容器和其他电容器。
每一种类型的电容器根据其各自的优缺点被用于不同的应用场合。
最重要的是必须选择正确的电容器类型,因为使用电容器的电路很大程度上是由电容器决定的。
因此,如果未根据其参数选择正确类型的电容器插入电路,则可能导致电路功能不正常或故障。
电容的基本知识
基本上支配各种类型电容器的物理定律是相同的,并相应地得到遵守。
这些基本定律确定了电容器的各种参数,如电容器的工作方式、电容器电容值,以及电容(电容能容纳的最大电荷量)。
因此,电容器制造和工作的基本理论能够理解不同的电容器形式以及如何使用这些电容器。
注:尽管在电介质领域有了许多发展,但电容器工作的基本定律并没有改变,它们至今仍然适用。
电容器和电介质的类型
正如上面所讨论的,虽然电容器工作的基本定律,电容器的性质差别很大,这是因为每一种类型的电容器的构造方式。
各种类型的电容器所具有的各种特性由其位于电容器两个极板之间的主元件给出,称为“电介质”。
电容器的介电常数会影响电容器在特定体积下所能达到的电容水平。此外,可以发现不同类型的各种电容器在性质上是极化的,其中通过电容器的电压仅在一个方向上是可容许的。
另一方面,不同类型的各种电容器可以发现在性质上是非极化的,其中电压流过电容器在两个方向上都是容忍的。
电容器通常是根据电容器中存在的介质的性质来命名的。
这是指示的一般性质,电容器将显示的各种不同类型的电路功能,他们可以使用。
电容器及其不同类型的概述
非极性电容器采用了不同的设计形式,几乎所有这些都很容易从电容器的样式中识别出来。你不需要仔细研究真实建筑的细节。尽管如此,它们的特定特性是至关重要的,因为它们可以决定为特定应用程序使用的理想种类。
无极电容
- 纸介质电容器,通常可以通过管状形状识别,是最便宜的,但通常体积庞大。它们的许多其他关键限制是它们不适合在1 MHz以上的高频使用,这实际上限制了它们在音频电路中的应用。这些通常在0.05µF到1µF或2µF之间,工作电压在200到1000伏之间。塑料涂布纸介质电容器可以有更大的工作电压。
- 陶瓷电容器在小型音频和射频电路中非常流行。这些是相当便宜的,他们可以在各种值从1 pF到1 μ F与大量的工作电压,并识别非常低的泄漏。它们可以制造在圆盘和圆柱结构和金属化陶瓷板。
- 云母银电容器比陶瓷电容器更昂贵,但它们具有卓越的高频工作能力和更小的公差,因此通常被认为非常适合重要应用。它们可以在极高的工作电压下制造。
- 聚苯乙烯电容器由金属箔与聚苯乙烯薄膜分离而成,通常有一个集成的聚苯乙烯盖,以保证增强的绝缘性能。它们以高频损耗最小,稳定性和一致性好而闻名。电容值可以从10 pF到100,000 pF不等,但工作电压通常会随着电容值的升高而显著降低。
- 聚碳酸酯电容器通常以矩形件的形式制造,其末端作为电线,可以很容易地插入PCB孔中。它们在微小的尺寸中提供高的值(多达1µF),同时具有降低损耗和最小电感的特点。就像聚苯乙烯电容器一样,电容值越高,操作电压就越低。
- 聚酯薄膜电容器同样用于印刷电路板的直接组装,其值从0.01µF到2.2µF。这些通常比聚碳酸酯电容器的尺寸更大。其小的内部电感使其特别适合于电子电路中的耦合和去耦功能。聚酯薄膜电容器的值通常用由5个色环组成的色标来表示。
- 聚酯薄膜电容器可被视为标准薄膜型电容器,通常存在于0.001µF至0.22µF的值中,工作电压高达100 V dc。
在大多数电子电路中使用的各种类型的电容器如下:
陶瓷电容器:
电容器即陶瓷电容器用于多种应用,包括射频和音频。
陶瓷电容器的值范围在几皮法拉和0.1微法拉之间。陶瓷电容器是工业中应用最广泛的,因为它是最可靠和最便宜的电容器类型。
另外,陶瓷电容器的损耗系数非常低,这也是陶瓷电容器普遍广泛使用的另一个原因。但是电容器的损耗系数也取决于电容器中使用的介质。
由于电容器的结构特性,陶瓷电容器可用于表面贴装和引线两种形式。
电解电容器:
一种本质上极化的电容器是电解电容器。
电解电容器提供的电容值非常高,范围大于1µF。电解电容器在工业中通常用于低频应用,如解耦应用、电源和音频耦合应用。
这是因为这些应用的频率限制接近100 kHz。
钽电容:
另一种本质上极化的电容器是钽电容器。钽电容器在其体积下提供的电容水平非常高。
钽电容的缺点之一是钽电容对反向偏置没有容忍度,这可能导致在暴露于应力时发生爆炸。
另一个缺点是,它对纹波电流的耐受性很低,因此它们不应暴露在高电压(例如高于其工作电压的电压)和高纹波电流下。钽电容器有表面贴装和引线两种形式。
银云母电容器:
虽然银云母电容器的使用量在当前时代已经显著下降,但银云母电容器提供的稳定性仍然很高,同时提供高精度和低损耗。
此外,云母银电容器中有足够的可用空间。主要使用它们的应用包括射频应用。
云母银电容器限制的最大值约为100pF。
聚苯乙烯薄膜电容器:
聚苯乙烯薄膜电容器可在需要时提供精密公差的电容器。此外,这些电容器比其他电容器相对便宜。
聚苯乙烯薄膜电容器中的介质夹层或介板卷在一起,形成管状电容器。
由于增加了电感,介电夹层的放置和电容器的形状限制了电容器对高频的响应,因此仅响应少数100kHz。
聚苯乙烯薄膜电容器的普遍可用性是以含铅电子元件的形式提供的。
聚酯薄膜电容器:
聚酯薄膜电容器提供的公差非常低,因此在优先考虑成本的情况下使用这些电容器。
大部分可用聚酯薄膜电容器的公差水平为10%或5%,这被认为足以满足一系列应用。
一般可用的聚酯薄膜电容器是有铅电子元件的形式。
金属化聚酯薄膜电容器
金属化聚酯薄膜电容器由金属化聚酯薄膜组成,从其他意义上讲,它与聚酯薄膜电容器或其他形式的电容器类似。
金属聚酯薄膜的优点之一是它使电极的宽度非常小,从而使电容器的包装尺寸也非常小。
金属化聚酯薄膜电容器的普遍可用性是以含铅电子元件的形式提供的。
聚碳酸酯电容:
在对高性能和可靠性要求最严格的应用中,这些应用使用聚碳酸酯电容器。
电容值由聚碳酸酯电容器长期保持,因为其公差水平非常高。由于聚碳酸酯电容器中使用的聚碳酸酯薄膜的稳定性,实现了如此高的公差水平。
此外,聚碳酸酯电容器的耗散系数非常低,他们可以承受大范围的温度和保持稳定。
该电容可承受的温度范围为-55ºC ~ +125ºC。尽管具有这些性能,聚碳酸酯电容器的制造和产量却显著下降。
PPC或聚丙烯电容器:
在这种类型的电容器中,要求的公差水平高于聚酯电容器所能提供的,然后在这些情况下使用聚丙烯电容器。
聚丙烯电容器的介电材料是聚丙烯薄膜。
与其他电容器相比,聚丙烯电容器的优点是,它可以在一段时间内承受非常高的电压,因此,由于电压在一段时间内的增加和减少,电容水平的变化非常小。
聚丙烯电容器也用于使用频率很低的情况下,大部分在100kHz的范围是最大限制。
一般聚丙烯电容器的形式是有铅电子元件。
玻璃电容器:
在玻璃电容器中使用的介质是由玻璃构成的。尽管玻璃电容器价格昂贵,但它们的性能水平非常高。
玻璃电容器的射频电流容量非常高,损耗极低。此外,在玻璃电容器中没有任何压电噪声。
所有这些和一些额外的特性使玻璃电容器最适合和理想的射频应用,要求高性能。
超级电容器:
超级电容的其他名称是超级电容器或超级电容器。
这些电容器的电容值是非常大的,这是他们的名字。超级电容器的电容水平接近数千法拉。
超级电容器在工业中用于提供存储器保持,以及在汽车应用领域的各种用途。超级电容器包括不同主要类型的电容器。
除此之外,还有其他各种电容器类型的电容器,这些电容器在应用领域具有特殊性时使用。
电容器的识别主要是通过它们的参数来完成的,例如在电容器外壳上标记的值。为了以紧凑的方式显示参数,参数的标记以代码的形式完成。
可变电容器
可变电容器由不同的金属板组成,其中一组固定不动,另一组可动。
这些极板用一种可以是空气或固体的电介质隔开。一组板的运动会改变板的整个部分,从而改变板上的电容。
此外,用于重复操作(例如,调整无线电接收站)的调谐电容器和用于初步设置调谐电路的微调电容器之间的标准区别。
调谐电容器往往更大,更强大的结构,通常是空气介质类型。
微调电容器通常通过减少极板数量的云母或薄膜电介质来确定,通过旋转中间螺栓来调整电容,以改变极板和电介质云母之间的应变。
由于事实上这些更紧凑的尺寸,即使如此,微调电容器可能有时被应用于口袋大小的调频收音机电路,尽管独家迷你调频电容器制造安装在PCB上。
当涉及到调整电容器时,叶片的结构告诉电容器随主轴移动而变化的方式。
所有这些属性通常被归类为以下描述之一:
1.线性:每个主轴旋转角度都会产生类似的电容变化。这是为无线电接收机选择的最典型类型。
2.对数:每一个度的主轴运动产生一个一致变化的频率水平的调谐电路。
3.偶数频率:在调谐电路中,每个主轴的运动程度都会产生相同的频率变化。4.平方定律:电容的变化与主轴运动角度的平方成正比。
卡尔说
哇!Swagatam伟大的工作。
谢谢。
罗伯特说
什么样的电容器是最好的使用在吉他放大器的音调电路?
Swagatam说
PPC和钽。
诺曼凯利说
嗨,斯瓦加坦,
我有一个cd4060驱动cd4017的电路。我在两者上使用引脚3来实现时间延迟。cd4017的输出驱动一个晶体管,使音乐芯片触发器接地。我使用了一个10K的电阻和一个1uF的陶瓷电容,从cd4017引脚3输出到晶体管底座。我把1M的电阻从电容的两侧接地,它工作。我在PCB上使用了AO3400 mosfet(我不知道为什么),芯片连续播放。我推测mosfet反应电压而不是电流,所以我计划改变mosfet到一个s8050晶体管。这是一个可行的解决方案吗?这是一个糟糕的设计吗?我如何使输出从cd4017是一个短脉冲,所以它不导致音乐芯片循环和连续播放。 As always, space is limited. Thanks!
Swagatam说
嗨,诺曼,请把这个问题贴在IC4017文章下面。我会设法弄明白的。
阿尼尔•库马尔。K说
亲爱的Swagatham
我有一些102pf/1KV,103pf/500V左右的高压陶瓷盘电容器从ATX电源中移除。
这种高电压额定电容器能否在不影响其性能的情况下用于低压电路(如3VDC、6VDC工作)。
低压电路,我指的是LED闪光灯,音乐电路,定时器电路等。
问候
赃物说
Hi Anil, 102pF太低,可能无法维持任何实际电路…103可以尝试应用,可能需要不超过5mA的电流。
电容值决定电流而不是电压。
对不起,更正,
我以为你说的是把它们用作电容电源。
对于正常的应用,你可以毫无顾虑地使用它们,所有的工作都很完美……高电压将确保更大的击穿安全
阿尼尔•库马尔。K说
对不起,亲爱的斯瓦加瑟姆,
你可能不完全理解我的问题。我要用别的方法问。
我的低电压额定(50V)陶瓷圆盘电容器库存完成。那么,我可以用1000V (1KV)额定的陶瓷圆盘电容器代替50V额定电容器吗?
提前谢谢。
赃物说
你好,Anil,是的,我明白了,我在之前的评论底部澄清了这一点。你可以使用他们没有任何顾虑,因为额定电压表明它的最大耐受击穿电压超过电容可能爆发,所以使用更高的电压只会有助于提高其安全性…你可以使用他们。
阿尼尔•库马尔。K说
亲爱的Swagatham
我的疑虑消除了。非常感谢您宝贵的回复。
谢谢
赃物说
我的荣幸阿尼尔!
舍温巴普蒂斯塔说
亲爱的先生,
是否有可能使两个电解电容器在电路中起非极性电容的作用?
假设我取两个极化的100uF电容并将它们串联起来,将类似的极点连接在一起,电容和电压会发生什么变化?
那么以这种方式连接是否安全?
赃物说
亲爱的舍温:,
是的,通过将两个电解帽串联起来,并将类似的电极相互连接,可以制造出一个非极性电容器。
在这种情况下,电容比其平均电容值少50%,对于100uF电容,电容值将是50uF,等等,但电压将加起来,成为它们各自的额定值的总和。
使用电解帽制造非极性帽是安全的。
佩里说
Swagatam,
谢谢你的回复。我的问题是关于105/250的上限。我知道这是聚丙烯帽,价值是105 ufd吗?我在哪里可以买到?
赃物说
嗨佩里,105 = 1uF或1微法拉,你可以在任何电子备件商店或网上商店买到
乌塔吉施里沙伊尔酒店说
谢谢你这篇有趣的文章。请发表一篇关于SMD的详细文章。
再次感谢你。
Swagatam说
谢谢Shrishail,我会尽快完成的。