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电容器的工作原理及选型指南
分类:技术中心 52人浏览 2019-06-12
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电容器是一种容纳电荷的器件。通常简称其容纳电荷的本领为电容,用字母C表示。电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一,广泛应用于电路中的隔直通交,耦合,旁路,滤波,调谐回路, 能量转换,控制等方面。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。

工作原理
电容器与电池类似,也具有两个电极。在电容器内部,这两个电极分别连接到被电介质隔开的两块金属板上。电介质可以是空气、纸张、塑料或其他任何不导电并能防止这两个金属极相互接触的物质。

电容器上与电池负极相连的金属板将吸收电池产生的电子。电容器上与电池正极相连的金属板将向电池释放电子。充电完成后,电容器与电池具有相同的电压(如果电池电压是1.5伏特,则电容器电压也是1.5伏特)。
选型指南
电容器的选择主要考虑以下因素:

(1)型号

一般在电路中用于低频耦合、旁路去耦等,性能要求不严格时可以采用纸介电容器、电解电容器。低频放大器的耦合电容器,选用1-22μF的电解电容器;

旁路电容根据电路工作频率来选,如在低频电路中,发射极旁路电容选用电解电容器,容量在10-220μF之间;

在中频电路中可选用0.01-0.1μF的纸介、金属化纸介、有机薄膜电容器等;

在高频电路中,则应选用云母电容器和瓷介电容器。在电源滤波和退耦电路中,可选用电解电容器。

(2)精度

在旁路、退耦、低频耦合电路中,一般对电容器的精度没有很严格要求,选用时可根据设计值,选用相近容量或容量略大些的电容器。

但在另一些电路中,如振荡回路、延时回路、音调控制电路中,电容器的容量就应尽可能和计算值一致。

在各种滤波器和各种网络中,对电容量的精度有更高要求,应选用高精度的电容器来满足电路的要求。

(3)额定工作电压

电容器的额定工作电压应高于实际工作电压,并留有足够余量,以防因电压波动而导致损坏。一般而言,应使工作电压低于电容器的额定工作电压的10%-20%。

在某些电路中,电压波动幅度较大,可留有更大的余量。

有极性的电容器不能用于交流电路。

电解电容器的耐温性能很差,如果工作电压超过允许值,介质损耗将增大,很容易导致温升过高,最终导致损坏。

一般说来,电容器工作时只允许出现较低温升,否则属于不正常现象。因此,在设备安装时,应尽量远离发热元件(如大功率管、变压器等)。如果工作环境温度较高,则应降低工作电压使用。

一般小容量的电容器介质损耗很小,耐温性能和稳定性都比较好,但电路对它们的要求往往也比较高,因此选择额定工作电压时仍应留有一定的余量,也要注意环境工作温度的影响。

(4)绝缘电阻

绝缘电阻越小的电容器,其漏电流就越大,漏电流不仅损耗了电路中的电能,重要的是它会导致电路工作失常或降低电路的性能。漏电流产生的功率损耗,会使电容器发热,而其温度升高,又会产生更大的漏电流,如此循环,极易损坏电容器。因此在选用电容器时,应选择绝缘电阻足够高的电容器,特别是高温和高压条件下使用的电容器。

作为电桥电路中的桥臂、运算元件等场合,绝缘电阻的高低将影响测量、运算等的精度,必须采用高绝缘电阻值的电容器。

电容器的损耗在许多场合也直接影响到电路的性能,在滤波器,中频回路、振荡回路等电路中,要求损耗尽可能小,这样可以提高回路的品质因数,改善电路的性能。

(5)温度系数

电容器的温度系数越大,其容量随温度的变化越大,使得电路产生漂移,造成电路工作的不稳定。这在很多电路中是不允许的,例如振荡电路中的振荡回路元件、滤波器等,这些场合应选用温度系数小的电容器,以确保其能稳定工作。

(6)频率特性

在高频应用时,由于电容器自身电感、引线电感和高频损耗的影响,电容器的性能会变差。频率特性差的电容器不仅不能发挥其应有的作用,而且还会带来许多麻烦。例如,纸介电容器的分布电感会使高频放大器产生超高频寄生反馈,使电路不能工作。所以选用高频电路的电容器时,一要注意电容器的频率参数,二要注意电容器的引线不能留得过长,以减小引线电感对电路的不良因影响。

(7)降额

降额使用可以提高可靠性,处于最差工况工作的元件,是实际寿命达不到额定寿命的重要因素。

(8)使用环境

使用环境的好坏,直接影响电容器的性能和寿命。在工作温度较高的环境中,电容器容易产生漏电并加速老化。因此在设计和安装时,应尽可能使用温度系数小的电容器,并远离热源和改善机内通风散热,必要时,应强迫风冷。在寒冷条件下,由于气温很低,普通电解电容器会因电解液结冰而失效,使设备工作失常,因此必须使用耐寒的电解电容器。
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