【E課堂】電容基本知識(shí)科普:主要參數(shù)和分類
一、電容的含義
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201702/343522.htm電容(Capacitance)亦稱作“電容量”,是指在給定電位差下的電荷的儲(chǔ)藏量,記為C,國(guó)際單位是法拉(F)。一般來(lái)說(shuō),電荷在電場(chǎng)中會(huì)受力而移動(dòng),當(dāng)導(dǎo)體之間有了介質(zhì),則阻礙了電荷移動(dòng)而使得電荷累積在導(dǎo)體上,造成電荷的累積儲(chǔ)存,儲(chǔ)存的電荷量則稱為電容。
電容的公式為:C=εS/4πkd 。其中,ε是一個(gè)常數(shù),S為電容極板的正對(duì)面積,d為電容極板的距離,k則是靜電力常量。常見(jiàn)的平行板電容器,電容為C=εS/d(ε為極板間介質(zhì)的介電常數(shù),S為極板面積,d為極板間的距離)。
在電容元件兩端電壓u的參考方向給定時(shí),若以q表示參考正電位極板上的電荷量,則電容元件的電荷量與電壓之間滿足 q=Cu。電流等于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一橫截面的電荷量,所以得到I=dq/dt,因此電流與電容的關(guān)系是 I=dq/dt =C(du/dt) 。該式表明,電流的大小與方向取決于電壓對(duì)時(shí)間的變化率,電壓增高時(shí),du/dt》0,則dq/dt》0,i》0,極板上電荷增加,電容器充電;電壓降低時(shí),du/dt《0,則dq/dt《0,i《0,極板上電荷減少,電容器反向放電。當(dāng)電壓不隨時(shí)間變化時(shí),du/dt=0,則電流I=0,這時(shí)電容元件的電流等于零,相當(dāng)于開(kāi)路。故電容元件有隔斷直流的作用。
二、電容的容值
電容的符號(hào)是C,在國(guó)際單位制里,電容的單位是法拉,簡(jiǎn)稱法,符號(hào)是F,由于法拉這個(gè)單位太大,所以常用的電容單位有毫法(mF)、微法(μF)、納法(nF)和皮法(pF)等,換算關(guān)系如下
1法拉(F) = 1000毫法(mF) = 1000000微法(μF);
1微法(μF) = 1000納法(nF) = 1000000皮法(pF)。
三、電容的參數(shù)
1.標(biāo)稱容值與誤差
電容量即電容加上電荷后儲(chǔ)存電荷的能力大小。電容量誤差是指其實(shí)際容量與標(biāo)稱容量間的偏差,通常有±10%、±20%,用在射頻電路中PI匹配中的電容±0.5%、±0.75%的小誤差電容。
2.額定電壓
額定工作電壓是該電容器在電路中能夠長(zhǎng)期可靠地工作而不被擊穿所能承受的最大直流電壓(又稱耐壓)。它與電容器的結(jié)構(gòu)、介質(zhì)材料和介質(zhì)的厚度有關(guān),一般來(lái)說(shuō),對(duì)于結(jié)構(gòu)、介質(zhì)相同,容量相等的電容器,其耐壓值越高,體積也越大。
當(dāng)在電容器的兩極板間施加電壓之后,極板間的電解質(zhì)便處于電場(chǎng)中,本來(lái)是中性的電介質(zhì),由于外電場(chǎng)力的作用,介質(zhì)分子內(nèi)的正負(fù)電荷將在空間位置上發(fā)生少許偏移(如負(fù)電荷逆電場(chǎng)方向移動(dòng)),形成所謂的電偶極子,也就是介質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn)了電場(chǎng),破壞了原來(lái)的電中性狀態(tài)。這種現(xiàn)象叫做電解質(zhì)的極化??梢?jiàn),極化狀態(tài)下的介質(zhì)是帶負(fù)電荷的,但這些電荷依然受介質(zhì)本身的束縛而不能自由移動(dòng),介質(zhì)的絕緣性能尚未遭到破壞,只有少數(shù)電荷脫離束縛而形成很小的漏電流。如果外加電壓不斷加強(qiáng),最后將使極化電荷大量脫離束縛,引起漏電流大大增加,于是介質(zhì)的絕緣性能遭到破壞,使兩個(gè)極板短接,完全喪失電容的作用。這種現(xiàn)象稱為介質(zhì)擊穿。介質(zhì)擊穿之后,電容器被毀壞。因此電容器的工作電壓要有一定限制,不能隨意增加。
3.溫度系數(shù)
電容器電容量隨溫度變化的大小用溫度系數(shù)(在一定溫度范圍內(nèi),溫度每變化1℃,電容量的相對(duì)變化值)來(lái)表示,這一點(diǎn)和電阻是一樣一樣的。
4.絕緣電阻
電容器漏電的大小用絕緣電阻來(lái)衡量。電容器漏電越小越好,也就是絕緣電阻越大越好。一般小電容器的絕緣電阻很大,可達(dá)幾百兆歐或幾千兆歐。電解電容器的絕緣電阻一般較小。
5.損耗
在電場(chǎng)作用下,電容器單位時(shí)間內(nèi)發(fā)熱而消耗的能量叫電容器的損耗。 理想電容器在電路中不應(yīng)消耗能量,但在實(shí)際上,電容器或多或少都要消耗能量,其能量消耗主要由介質(zhì)損耗和金屬部分的損耗組成,通常用損耗角正切值來(lái)表示。
6.頻率特性
電容器的頻率特性通常是指電容器的電參數(shù)(如電容量、損耗角正切值等)隨電場(chǎng)頻率而變化的性質(zhì)。在高頻下工作的電容器,由于介電常數(shù)在高頻時(shí)比低頻時(shí)小,因此電容量將相應(yīng)地減小。與此同時(shí),它的損耗將隨頻率的升高而增加。此外在高頻工作時(shí),電容器的分布參數(shù),如極片電阻、引線和極片接觸電阻,極片的自身電感,引線電感等,都將影響電容器的性能,由于這些因素的影響,使得電容器的使用頻率受到限制。
7.介質(zhì)
參數(shù)描述了電容采用的電介質(zhì)材料類別,溫度特性以及誤差等參數(shù),不同的值也對(duì)應(yīng)著一定的電容容量的范圍。比如
X7R常用于容量為3300pF~0.33uF的電容,這類電容適用于濾波,耦合等場(chǎng)合,電介質(zhì)常數(shù)比較大,當(dāng)溫度從0°C變化為70°C時(shí),電容容量的變化為±15%;
Y5P與Y5V常用于容量為150pF~2nF的電容,溫度范圍比較寬,隨著溫度變化,電容容量變化范圍為±10%或者+22%/-82%。
對(duì)于其他的編碼與溫度特性的關(guān)系,大家可以參考表4-1。例如,X5R的意思就是該電容的正常工作溫度為-55°C~+85°C,對(duì)應(yīng)的電容容量變化為±15%
8.封裝尺寸
主要針對(duì)貼片式電容,封裝和電阻的封裝大小一樣。
四、電容的分類
按照不同的方式電容的分類也有很多種,以下總結(jié)幾類常見(jiàn)的
1.按材料分,有云母電容、電解電容、陶瓷電容、鉭電容等不同類型;
2.按用途分,有濾波電容、旁路電容、耦合電容、負(fù)載電容等;
3. 按照極性分,有無(wú)極性電容、有極性電容。
評(píng)論