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电容(电学物理量之一)

### 曙熔

电容(Capacitance)亦称作“电容量”,是指在给定电位差下自在电荷的蕴藏量,记为C,国际单元是法拉(F)。一样平常来说,电荷在电场中会受力而挪动,当导体之间有了介质,则拦阻了电荷挪动而使得电荷累积在导体上,形成电荷的累积蓄存,贮存的电荷量则称为电容。

电容是指包容电荷的才能。任何静电场都是由很多个电容构成,有静电场就有电容,电容是用静电场形貌的。一样平常以为:伶仃导体与无量远处组成电容,导体接地等效于接到无量远处,并与大地毗连成全体。

电容(或称电容量)是体现电容器包容电荷本事的物理量。电容从物理学上讲,它是一种静态电荷存储介质,大概电荷会永世存在,这是它的特性,它的用处较广,它是电子、电力范畴中不行短少的电子元件。次要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、滤波、赔偿、充放电、储能、隔直流等电路中。


中文名  电容

外文名  Capacitance

别    名  电容量

国际单元 法拉

单元标记 F

使用范畴 电子、电力作    用滤波、耦合、谐振、滤波、赔偿、充放电、储能、隔直流等电路

物理量标记 C


界说编辑 播报

纯电容的交换电路

电容器所带电量Q与电容器南北极间的电压U的比值,叫电容器的电容。在电路学里,给定电势差,电容器贮存电荷的才能,称为电容(capacitance),标志为C。接纳国际单元制,电容的单元是法拉(farad),标志为F。

电容的标记是C。

C=εS/d=ε0εrS/4πkd(真空)=Q/U


单元及转换

在国际单元制里,电容的单元是法拉,简称法,标记是F,由于法拉这个单元太大,以是常用的电容单元有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)等,换算干系是:

1法拉(F)= 10^3毫法(mF)=10^6微法(μF)=10^9纳法(nF)=10^12皮法(pF)=10^15fF

电容与电池容量的干系:

1伏安时=1瓦时=3600焦耳

W=0.5CUU


盘算公式

一个电容器,假如带1库的电量时两级间的电势差是1伏,这个电容器的电容便是1法拉,即:C=Q/U 。但电容的巨细不是由Q(带电量)或U(电压)决议的,即电容的决议式为:C=εrS/4πkd 。此中,εr是绝对介电常数,S为电容极板的正劈面积,d为电容极板的间隔,k则是静电力常量。罕见的平行板电容器,电容为C=εS/d(ε为极板间介质的介电常数,ε=εrε0,ε0=1/4πk,S为极板面积,d为极板间的间隔)。

界说式:

电容器的电势能盘算公式:E=C*(U^2)/2=QU/2=(Q^2)/2C

多电容器并联盘算公式:C=C1+C2+C3+…+Cn

多电容器串联盘算公式:1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn

三电容器串联:C=(C1*C2*C3)/(C1*C2+C2*C3+C1*C3)


电容的作用

1)旁路

旁路电容是为当地器件提供能量的储能器件,它能使稳压器的输入匀称化,低落负载需求。就像小型可充电电池一样,旁路电容可以被充电,并向器件举行放电。为只管即便增加阻抗,旁路电容要只管即便接近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这可以很好的避免输出值过大而招致的地电位举高和噪声。地电位是地毗连处在经过大电流毛刺时的电压降。

2)去耦

去耦,又称解耦。从电路来说, 总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。假如负载电容比力大, 驱动电路要把电容充电、放电, 才干完成信号的跳变,在上升沿比力峻峭的时分, 电流比力大, 如许驱动的电流就会吸取很大的电源电流,由于电路中的电感,电阻(分外是芯片管脚上的电感)会发生反弹,这种电流绝对于正常状况来说实践上便是一种噪声,会影响前级的正常事情,这便是所谓的“耦合”。

去耦电容便是起到一个“电池”的作用,满意驱动电路电流的变革,制止互相间的耦合搅扰,在电路中进一步减小电源与参考地之间的高频搅扰阻抗。

将旁路电容和去耦电容联合起来将更容易了解。旁路电容实践也是去耦合的,只是旁路电容一样平常是指高频旁路,也便是给高频的开关噪声提供一条低阻抗泄放途径。高频旁路电容一样平常比力小,依据谐振频率一样平常取0.1μF、0.01μF 等;而去耦合电容的容量一样平常较大,大概是10μF 大概更大,根据电路中散布参数、以及驱动电流的变革巨细来确定。旁路是把输出信号中的搅扰作为滤除工具,而去耦是把输入信号的搅扰作为滤除工具,避免搅扰信号前往电源。这是他们的实质区别。

3)滤波

从实际上(即假定电容为纯电容)说,电容越大,阻抗越小,经过的频率也越高。但实践上凌驾1μF 的电容大多为电解电容,有很大的电感成份,以是频率高后反而阻抗会增大。偶然会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容,这时大电容滤低频,小电容滤高频。电容的作用便是通交换隔直流,通高频阻低频。电容越大高频越容易经过。详细用在滤波中,大电容(1000μF)滤低频,小电容(20pF)滤高频。曾有网友抽象地将滤波电容比作“水塘”。由于电容的两头电压不会渐变,由此可知,信号频率越高则衰减越大,可很抽象的说电容像个水塘,不会因几滴水的参加或蒸发而惹起水量的变革。它把电压的变化转化为电流的变革,频率越高,峰值电流就越大,从而缓冲了电压。滤波便是充电,放电的历程。

4)储能

储能型电容器经过整流器搜集电荷,并将存储的能量经过变更器引线传送至电源的输入端。电压额外值为40~450VDC、电容值在220~150 000μF 之间的铝电解电容器是较为常用的。依据差别的电源要求,器件偶然会接纳串联、并联或其组合的情势, 关于功率级凌驾10KW 的电源,通常接纳体积较大的罐形螺旋端子电容器。


万用表检测电容

用数字万用表检测电容器,可按以下办法举行。

一、用电容档间接检测

某些数字万用表具有丈量电容的功效,其量程分为2000p、20n、200n、2μ和20μ五档。丈量时可将已放电的电容两引脚间接拔出表板上的Cx插孔,选取得当的量程后就可读取表现数据。

2000p档,宜于丈量小于2000pF的电容;20n档,宜于丈量2000pF至20nF之间的电容;200n档,宜于丈量20nF至200nF之间的电容;2μ档,宜于丈量200nF至2μF之间的电容;20μ档,宜于丈量2μF至20μF之间的电容。

履历证明,有些型号的数字万用表(比方DT890B+)在丈量50pF以下的小容量电容器时偏差较大,丈量20pF以下电容简直没有参考代价。此时可接纳并联法丈量小值电容。办法是:先找一只220pF左右的电容,用数字万用表测出实在际容量C1,然后把待测小电容与之并联测出其总容量C2,则两者之差(C1-C2)便是待测小电容的容量。用此法丈量1~20pF的小容量电容很正确。

二、用电阻档检测

理论证明,使用数字万用表也可察看电容器的充电历程,这实践上因此分离的数字量反应充电电压的变革状况。设数字万用表的丈量速率为n次/秒,则在察看电容器的充电历程中,每秒钟即可看到n个相互独立且顺次增大的读数。依据数字万用表的这一表现特点,可以检测电容器的优劣和估测电容量的巨细。上面介绍的是利用数字万用表电阻档检测电容器的办法,关于未设置电容档的仪表很有适用代价。此办法实用于丈量0.1μF~几千微法的大容量电容器。

三、用电压档检测

用数字万用表直流电压档检测电容器,实践上是一种直接丈量法,此法可丈量220pF~1μF的小容量电容器,而且能准确测出电容器泄电流的巨细。


电容的品种

电容的品种可以从原理上分为:无极性可变电容、无极性牢固电容、有极性电容等,从质料上可以分为:CBB电容(聚乙烯),涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等。

无极性可变电容

制造工艺:可旋转动片为陶瓷片外表镀金属薄膜,定片为镀有金属膜的陶瓷底;动片为同轴金属片,定片为无机薄膜片作介质

好处:容易消费,技能含量低。

缺陷:体积大,容量小

用处:改动震荡及谐振频率电路。调频、调幅、发射/吸收电路

无极性无感CBB电容

制造工艺:2层聚丙乙烯塑料和2层金属箔瓜代混合然后捆绑而成。

好处:无感,高频特征好,体积较小

缺陷:不合适做大容量,代价比力高,耐热功能较差。

用处:耦合/震荡,音响,模仿/数字电路,高频电源滤波/退耦

无极性CBB电容

制造工艺:2层聚乙烯塑料和2层金属箔瓜代混合然后捆绑而成。

好处:有感,高频特征好,体积较小

缺陷:不合适做大容量,代价比力高,耐热功能较差。

用处:耦合/震荡,模仿/数字电路,电源滤波/退耦

无极性瓷片电容

制造工艺:薄瓷片两面渡金属膜银而成。

好处:体积小,耐压高,代价低,频率高(有一种是高频电容)

缺陷:易碎,容量低

用处:高频震荡、谐振、退耦、音响

无极性云母电容

制造工艺:云母片上镀两层金属薄膜

好处:容易消费,技能含量低。

缺陷:体积大,容量小用处:震荡、谐振、退耦及要求不高的电路无极性独石电容体积比CBB更小,其他同CBB,有感

用处:模仿/数字电路信号旁路/滤波,音响

有极性电解电容

制造工艺:两片铝带和两层绝缘膜互相层叠,转捆后浸在电解液中。

好处:容量大。

缺陷:高频特征欠好。

用处:低频级间耦合、旁路、退耦、电源滤波、音响

钽电容

制造工艺:用金属钽作为正极,在电解质外喷上金属作为负极。

好处:波动性好,容量大,高频特征好。

缺陷:造价高。

用处:高精度电源滤波、信号级间耦合、高频电路、音响电路

聚酯(涤纶)电容

标记:CL

电容量:40p--4u

额外电压:63--630V

次要特点:小体积,大容量,耐热耐湿,波动性差

使用:对波动性和消耗要求不高的低频电路

聚苯乙烯电容

标记:CB

电容量:10p--1u

额外电压:100V--30KV

次要特点:波动,低消耗,体积较大

使用:对波动性和消耗要求较高的电路

聚丙烯电容

标记:CBB

电容量:1000p--10u

额外电压:63--2000V

次要特点:功能与聚苯类似但体积小,波动性略差

使用:取代大局部聚苯或云母电容,用于要求较高的电路

云母电容

标记:CY

电容量:10p--0.1u

额外电压:100V--7kV

次要特点:高波动性,高牢靠性,温度系数小

使用:高频振荡,脉冲等要求较高的电路

高频瓷介电容

标记:CC

电容量:1--6800p

额外电压:63--500V

次要特点:高频消耗小,波动性好

使用:高频电路

低频瓷介电容

标记:CT

电容量:10p--4.7u

额外电压:50V--100V

次要特点:体积小,价廉,消耗大,波动性差

使用:要求不高的低频电路

玻璃釉电容

标记:CI

电容量:10p--0.1u

额外电压:63--400V

次要特点:波动性较好,消耗小,耐低温(200度)

使用:脉冲、耦合、旁路等电路

铝电解电容

标记:CD

电>###u

额外电压:6.3--450V

次要特点:体积小,容量大,消耗大,泄电大

使用:电源滤波,低频耦合,去耦,旁路等

钽电解电容(CA)、铌电解电容(CN)

电容量:0.1--1000u

额外电压:6.3--125V

次要特点:消耗、泄电小于铝电解电容

使用:在要求高的电路中取代铝电解电容

氛围介质可变电容器

可变电容量:100--1500p

次要特点:消耗小,服从高;可依据要求制成直线式、直线波长式、直线频率式及对数式 等

使用:电子仪器,播送电视设置装备摆设等

薄膜介质可变电容器

可变电容量:15--550p

次要特点:体积小,分量轻;消耗比氛围介质的大

使用:通讯,播送吸收机等

薄膜介质微调电容器

标记: 可变电容量:1--29p

次要特点:消耗较大,体积小

使用:收录机,电子仪器等电路作电路赔偿

陶瓷介质微调电容器

标记: 可变电容量:0.3--22p

次要特点:消耗较小,体积较小

使用:精细调谐的高频振荡回路


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