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什么是电容器

发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:489

  以储存电荷为特征、能隔断直流而允许交流电流通过的电子元件。电容器是各类电子设备大量使用的不可缺少的基本元件之一。各种电容器在电路中能起不同的作用,如耦合和隔直流、旁路、整流滤波、高频滤波、调谐、储能和分频等。电容器应根据电路中电压、频率、信号波形、交直流成分和温湿度条件来加以选用。
  发展简况 最原始的电容器是1745年荷兰莱顿大学p.穆森布罗克发明的莱顿瓶,它是玻璃电容器的雏形。1874年德国m.鲍尔发明云母电容器。1876年英国d.斐茨杰拉德发明纸介电容器。1900年意大利l.隆巴迪发明瓷介电容器。30年代人们发现在陶瓷中添加钛酸盐可使介电常数成倍增长,因而制造出较便宜的瓷介电容器。1921年出现液体铝电解电容器,1938年前后改进为由多孔纸浸渍电糊的干式铝电解电容器。1949年出现液体烧结钽电解电容器,1956年制成固体烧结钽电解电容器。50年代初,晶体管发明后,元件向小型化方向发展。随着混合集成电路的发展,又出现了无引线的超小型片状电容器和其他外贴电容器。
  基本原理 电容器是由两个电极及其间的介电材料构成的。介电材料是一种电介质,当被置于两块带有等量异性电荷的平行极板间的电场中时,由于极化而在介质表面产生极化电荷,遂使束缚在极板上的电荷相应增加,维持极板间的电位差不变。这就是电容器具有电容特征的原因。电容器中储存的电量q等于电容量c与电极间的电位差u 的乘积。电容量与极板面积和介电材料的介电常数 ε成正比,与介电材料厚度(即极板间的距离)成反比。
  介电材料 电容器所用介电材料主要为固体,可分为有机和无机两大类。根据分子结构形式,无机介电材料有微晶离子结构、无定形结构和两者兼有的结构(如陶瓷、玻璃、云母等)。有机介电材料主要为共价键组成的高分子结构,按结构对称与否又可分为非极性(如聚丙烯、聚苯乙烯等)和极性(聚对苯二甲酸乙二酯等)两类。电解电容器所用介质是直接生长在阳极金属上的氧化膜,也是离子型结构。
  介电材料在外电场作用下会发生极化、损耗、电导和击穿等现象,它们代表着电介质的基本特性,而这些特性又取决于组分和分子结构形式。
  非极性有机材料和离子结构较完善而紧密的无机材料的极化,属于快速极化类型;而极性有机材料和结构松弛的离子晶体则属于缓慢极化类型。前者介电常数 ε较低,损耗角正切tgδ值很小,温度、频率特性较好,且体积电阻率也较高;后者则大致相反。工程用介电材料不是理想的电介质,具有不同程度的杂质、缺陷和不均匀性。这是产生不同的体积电阻率ρv和击穿场强eb的原因。附表列出电容器常用介电材料的极化形式及其介电特性。

  参数 电容器的主要参数有标称电容量及允许偏差、额定电压、损耗角正切、绝缘电阻(或时间常数)、温度特性和频率特性等。
  标称电容量及允许偏差 标志在每个电容器上的设计电容量称标称电容量,有规定的标准系列。标称电容量与实际值之间会有差异,但应在允许偏差范围内。这种预先规定的偏差范围称允许偏差,常用的有±5%、±10%、±20%三级,精密的可优于0.1%。电容器常以微法(μf)和皮法(pf)为电容量的单位。
  额定电压 在规定的环境条件下电容器允许连续施加的最高直流电压,有规定的标准系列。电路中使用的电容器承受工作电压不应超过额定电压值,降压使用则有利于电容器的使用寿命。
  损耗角正切 表征电容器在交变电场中所消耗的有功功率(消耗功率)与无功功率之比,以 tgδ表示。其中 δ是电容器的总电流与无功电流间的夹角,称为损耗角。它与温度、频率密切相关。
  绝缘电阻 电容器两引出端间的直流电阻值。既表示电容器所用的介电材料的绝缘性能,又表示其外壳或外部保护层的绝缘质量。它随温度增高而按指数关系下降,单位为欧(ω)或兆欧(mω)。容量较大(大于 0.1微法)的电容器用时间常数来表征绝缘质量,其值等于绝缘电阻与电容量的乘积,单位为兆欧微法(mω·μf)或秒(s)。这样可消除大容量电容器由于所用极板面积增大而必然导致绝缘电阻下降所带来的假象,以表示其内函质量。电解电容器的绝缘质量用漏电流来表示,单位为微安(μa)或毫安(ma)。
  温度特性和频率特性 当环境温度升高时,电容器的绝缘电阻急剧下降。电容量与损耗角正切随温度的变化,因所用的介电材料而异。一般地说,非极性有机材料和结构紧密的优质无机材料,电容量受温度的影响较小且变化有规律。对这类电容器常用电容温度系数(在规定的正温区内,每一摄氏度引起的电容量的相对变化率,以ppm/℃为单位)来表示。其他类型的电容器的电容量随温度变化较大,一般只规定允许使用的正、负极限温度(称类别温

  以储存电荷为特征、能隔断直流而允许交流电流通过的电子元件。电容器是各类电子设备大量使用的不可缺少的基本元件之一。各种电容器在电路中能起不同的作用,如耦合和隔直流、旁路、整流滤波、高频滤波、调谐、储能和分频等。电容器应根据电路中电压、频率、信号波形、交直流成分和温湿度条件来加以选用。
  发展简况 最原始的电容器是1745年荷兰莱顿大学p.穆森布罗克发明的莱顿瓶,它是玻璃电容器的雏形。1874年德国m.鲍尔发明云母电容器。1876年英国d.斐茨杰拉德发明纸介电容器。1900年意大利l.隆巴迪发明瓷介电容器。30年代人们发现在陶瓷中添加钛酸盐可使介电常数成倍增长,因而制造出较便宜的瓷介电容器。1921年出现液体铝电解电容器,1938年前后改进为由多孔纸浸渍电糊的干式铝电解电容器。1949年出现液体烧结钽电解电容器,1956年制成固体烧结钽电解电容器。50年代初,晶体管发明后,元件向小型化方向发展。随着混合集成电路的发展,又出现了无引线的超小型片状电容器和其他外贴电容器。
  基本原理 电容器是由两个电极及其间的介电材料构成的。介电材料是一种电介质,当被置于两块带有等量异性电荷的平行极板间的电场中时,由于极化而在介质表面产生极化电荷,遂使束缚在极板上的电荷相应增加,维持极板间的电位差不变。这就是电容器具有电容特征的原因。电容器中储存的电量q等于电容量c与电极间的电位差u 的乘积。电容量与极板面积和介电材料的介电常数 ε成正比,与介电材料厚度(即极板间的距离)成反比。
  介电材料 电容器所用介电材料主要为固体,可分为有机和无机两大类。根据分子结构形式,无机介电材料有微晶离子结构、无定形结构和两者兼有的结构(如陶瓷、玻璃、云母等)。有机介电材料主要为共价键组成的高分子结构,按结构对称与否又可分为非极性(如聚丙烯、聚苯乙烯等)和极性(聚对苯二甲酸乙二酯等)两类。电解电容器所用介质是直接生长在阳极金属上的氧化膜,也是离子型结构。
  介电材料在外电场作用下会发生极化、损耗、电导和击穿等现象,它们代表着电介质的基本特性,而这些特性又取决于组分和分子结构形式。
  非极性有机材料和离子结构较完善而紧密的无机材料的极化,属于快速极化类型;而极性有机材料和结构松弛的离子晶体则属于缓慢极化类型。前者介电常数 ε较低,损耗角正切tgδ值很小,温度、频率特性较好,且体积电阻率也较高;后者则大致相反。工程用介电材料不是理想的电介质,具有不同程度的杂质、缺陷和不均匀性。这是产生不同的体积电阻率ρv和击穿场强eb的原因。附表列出电容器常用介电材料的极化形式及其介电特性。

  参数 电容器的主要参数有标称电容量及允许偏差、额定电压、损耗角正切、绝缘电阻(或时间常数)、温度特性和频率特性等。
  标称电容量及允许偏差 标志在每个电容器上的设计电容量称标称电容量,有规定的标准系列。标称电容量与实际值之间会有差异,但应在允许偏差范围内。这种预先规定的偏差范围称允许偏差,常用的有±5%、±10%、±20%三级,精密的可优于0.1%。电容器常以微法(μf)和皮法(pf)为电容量的单位。
  额定电压 在规定的环境条件下电容器允许连续施加的最高直流电压,有规定的标准系列。电路中使用的电容器承受工作电压不应超过额定电压值,降压使用则有利于电容器的使用寿命。
  损耗角正切 表征电容器在交变电场中所消耗的有功功率(消耗功率)与无功功率之比,以 tgδ表示。其中 δ是电容器的总电流与无功电流间的夹角,称为损耗角。它与温度、频率密切相关。
  绝缘电阻 电容器两引出端间的直流电阻值。既表示电容器所用的介电材料的绝缘性能,又表示其外壳或外部保护层的绝缘质量。它随温度增高而按指数关系下降,单位为欧(ω)或兆欧(mω)。容量较大(大于 0.1微法)的电容器用时间常数来表征绝缘质量,其值等于绝缘电阻与电容量的乘积,单位为兆欧微法(mω·μf)或秒(s)。这样可消除大容量电容器由于所用极板面积增大而必然导致绝缘电阻下降所带来的假象,以表示其内函质量。电解电容器的绝缘质量用漏电流来表示,单位为微安(μa)或毫安(ma)。
  温度特性和频率特性 当环境温度升高时,电容器的绝缘电阻急剧下降。电容量与损耗角正切随温度的变化,因所用的介电材料而异。一般地说,非极性有机材料和结构紧密的优质无机材料,电容量受温度的影响较小且变化有规律。对这类电容器常用电容温度系数(在规定的正温区内,每一摄氏度引起的电容量的相对变化率,以ppm/℃为单位)来表示。其他类型的电容器的电容量随温度变化较大,一般只规定允许使用的正、负极限温度(称类别温
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