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电容的作用及其特点

作者:dolphin时间:2017-04-13

 1 什么是电容?
  电容,就是容纳和释放电荷的电子元器件。电容的基本工作原理就是充电放电, 当然还有整流、振荡以及其它的作用。另外电容的结构非常简单,主要由两块正负电极和夹在中间的绝缘介质组成,就像三明治一样,所以电容类型主要是由电极和绝缘介质决定的。电容是电子设备中最基础也是最重要的元件之一。电容的产量占全球电子元器件产品(其它的还有电阻、电感等)中的40%以上。基本上所有的电子设备,小到闪盘、数码相机,大到航天飞机、火箭中都可以见到它的身影。作为一种最基本的电子元器件,电容对于电子设备来说就象食品对于人一样不可缺少。

  电容既不产生也不消耗能量,是储能元件。电容器在电力系统中是提高功率因数的重要器件;在电子电路中是获得振荡、滤波、相移、旁路、耦合等作用的主要元件。电容的用途非常多,主要有如下几种:
  (1)滤波作用
  在电源电路中,整流电路将交流变成脉动的直流,而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容,利用其充放电特性,使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。在实际中,为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化,所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容。由于大容量的电解电容一般具有一定的电感,对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除,故在其两端并联了一只容量为0.001--0.lpF的电容,以滤除高频及脉冲干扰。
  汹涌的河水流入到湖泊中,再让它流出来,那就显得平静而柔和了。电容就是充当了湖泊的作用。让电流更纯净没有杂波。
  (2)耦合作用
  作为两个电路之间的连接,允许交流信号通过并传输到下一级电路。在低频信号的传递与放大过程中,为防止前后两级电路的静态工作点相互影响,常采用电容藕合。为了防止信号中韵低频分量损失过大,一般总采用容量较大的电解电容。
  (3)隔直通交
  电容器主要用于交流电路及脉冲电路中,在直流电路中电容器一般起隔断直流的作用。
  (4)旁路(去耦)
  为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。
  在接地线上,为什么有的也要通过电容后再接地?
  在直流电路中是抗干扰,把干扰脉冲通过电容接地(在这的次要作用是隔直--电路中的电位关系);交流电路中也有这样通过电容接地的,一般容量较小,也是抗干扰和电位隔离作用。
  (5)补尝功率因数
  在工业上使用的负载主要是电动机感性负载,要并电容这容性负载才能使电网平衡。因为在电容上建立电压首先需要有个充电过程,随着充电过程,电容上的电压逐步提高,这样就会先有电流,后建立电压的过程,通常我们叫电流超前电压90度(电容电流回路中无电阻和电感元件时,叫纯电容电路)。电动机、变压器等有线圈的电感电路,因通过电感的电流不能突变的原因,它与电容正好相反,需要先在线圈两端建立电压,后才有电流(电感电流回路中无电阻和电容时,叫纯电感电路),纯电感电路的电流滞后电压90度。由于功率是电压乘以电流,当电压与电流不同时产生时(如:当电容器上的电压最大时,电已充满,电流为0;电感上先有电压时,电感电流也为0),这样,得到的乘积(功率)也为0!这就是无功。那么,电容的电压与电流之间的关系正好与电感的电压与电流的关系相反,就用电容来补偿电感产生的无功,这就是无功补偿的原理。
  (6)温度补偿
  针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响,而进行补偿,改善电路的稳定性。
  (7)计时
  电容器与电阻器配合使用,确定电路的时间常数。
  (8)调谐
  对与频率相关的电路进行系统调谐,比如手机、收音机、电视机。
  (9)整流
  在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。
  (10)储能
  储存电能,用于必须要的时候释放。例如相机闪光灯,加热设备等等。如今某些电容的储能水平已经接近锂电池的水准,一个电容储存的电能可以供一个手机使用一天。
2 电容的种类
  电容的国际单位名称是法拉,用符号F表示。工程上多采用微法(μF)或皮法(pF) 。它们之间关系是:
  1μF=10-6F; 1pF=10-6μF
  刚才我们说过,电容就是两块导体(阴极和阳极)中间夹着一块绝缘体(介质)构成的电子元件。电容的种类首先要按照介质种类来分。这当中可分为无机介质电容器、有机介质电容器和电解电容器三大类。不同介质的电容,在结构、成本、特性、用途方面都大不相同。

陶瓷电容常用在超高频器件例如GPU上
  双电层电容器:这种电容的电容量特别大,可以达到几百F(1F=106μF)。因此这种电容可以做UPS的电池用,作用是储存电能。说句题外话,如果把地球算做一个孤立导体的话,那么它的容量只有700μf,还不如主板上用的一个铝电容。
  纸介电容是由两层正负锡箔电极和一层夹在锡箔中间的绝缘蜡纸组成,并拆叠成扁体长方形。额定电压一般在63V~250V之间,容量较小,基本上是pF(皮法)数量级。现代纸介电容由于采用了硬塑外壳和树脂密封包装,不易老化,又因为它们基本工作在低压区,且耐压值相对较高,所以损坏的可能性较小。万一遭到电损坏,一般症状为电容外表发热。

  瓷介电容是在一块瓷片的两边涂上金属电极而成,普遍为扁圆形。其电容量较小,都在pμF(皮微法)数量级。又因为绝缘介质是较厚瓷片,所以额定电压一般在1~3kV左右,很难会被电损坏,一般只会出现机械破损。在计算机系统中应用极少,每个电路板中分别只有2~4枚左右。

  电解电容的结构与纸介电容相似,不同的是作为电极的两种金属箔不同(所以在电解电容上有正负极之分,且一般只标明负极),两电极金属箔与纸介质卷成圆柱形后,装在盛有电解液的圆形铝桶中封闭起来。因此,如若电容器漏电,就容易引起电解液发热,从而出现外壳鼓起或爆裂现象。电解电容都是圆柱形(图1),体积大而容量大,在电容器上所标明的参数一般有电容量(单位:微法)、额定电压(单位:伏特),以及最高工作温度(单位:℃)。其中,耐压值一般在几伏特~几百伏特之间,容量一般在几微法~几千微法之间,最高工作温度一般为85℃~105℃。指明电解电容的最高工作温度,就是针对其电解液受热后易膨胀这一特点的。所以,电解电容出现外壳鼓起或爆裂,并非只有漏电才出现,工作环境温度过高同样也会出现。



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