電子元件基礎(chǔ)知識(shí)之—鋁電解電容器的基本概念與應(yīng)用

1引言

11電容器的機(jī)理與電氣功能

　　顧名思意，可以作這樣的形象理解：所謂電容器（capacitor）就是能夠儲(chǔ)存電荷的“容器”。只不過(guò)這種“容器”是一種特殊的物質(zhì)——電荷（charge），而且其所存儲(chǔ)的正負(fù)電荷等量地分布于兩塊不直接導(dǎo)通的導(dǎo)體板上。至此，我們就可以描述電容器的基本結(jié)構(gòu)：兩塊導(dǎo)體板（通常為金屬板）中間隔以電介質(zhì)（dielectric）。即構(gòu)成電容器的基本模型。

　　了解了電容器的基本構(gòu)造后，可能會(huì)產(chǎn)生這樣的問(wèn)題：電容從何而來(lái)？電容的物理意義為何？電容器的主要參數(shù)有哪些？電容器在電子線路中起哪些作用？下面我們將對(duì)上述問(wèn)題一一作出解答。

　　眾所周知，空間中的一個(gè)帶電體具有兩個(gè)電參數(shù)：電荷電量Q和電位勢(shì)U。而這兩者的比值（Q/U）表現(xiàn)出一種有趣的規(guī)律：這個(gè)比值僅與帶電體本身的尺寸、形狀及其所處的空間環(huán)境有關(guān)，而與帶電體所帶電荷的多少無(wú)關(guān)。也就是說(shuō)，帶電體所帶電荷與其電位勢(shì)的比值表征了帶電體及其周圍環(huán)境所構(gòu)成的系統(tǒng)的一種固有屬性，我們把此比值稱為電容量，以C(=Q/U)來(lái)表示。電容量也可以理解為帶電體（電位勢(shì)一定的情況下）容納電荷的能力。

　　我們通過(guò)兩個(gè)例子來(lái)了解電容量C的計(jì)算方法：

　?。?）真空中孤立帶電球（R=r0）的電容量如何計(jì)算？設(shè)孤立電荷的電量Q=q，其相對(duì)于無(wú)窮遠(yuǎn)處的電位勢(shì)U=q/(4πε0r0)，則其電容量C= Q/U=4πε0r0。從計(jì)算結(jié)果可以看出，電容量只與帶電體的本體尺寸，形狀和所處的空間環(huán)境有關(guān)，而與所帶電量無(wú)關(guān)。

　　（2）平行板電容器的電容量計(jì)算方法。所謂平行板電容器是指兩塊相對(duì)平行的金屬板中間隔以相對(duì)介電常數(shù)為εr、厚度為d的電介質(zhì)所構(gòu)成的電子元件。設(shè)平行板電容器儲(chǔ)存的電荷Q=q，則正負(fù)極板的電荷分別為＋q、－q，兩極板間的電位差為u。平行板電容器可以看作是兩個(gè)孤立帶電體電容器串聯(lián)構(gòu)成。設(shè)正極板相對(duì)于無(wú)窮遠(yuǎn)處的電位U＋=u＋，則負(fù)極板的電位U－=u＋－u。正負(fù)極板具有的電容量分別為＋q/u＋，－q/(u＋－u)。兩者串聯(lián)的合成容量1/C= 1/(＋q/u＋)＋1/－q/(u＋－u)=u/q，

即C=q/u。由物理學(xué)的推導(dǎo)可以得出，u=4πdq/(εrε0S),所以C=εrε0S/4πdq。同樣，電容量?jī)H與其結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，而不依賴其帶電量的多少。

　　電容量（Capacitance）、工作電壓（operatingVoltage）、損耗因子（LossFactor）、絕緣電阻（InsulatingResistance）等是標(biāo)定電容器特性的基本電氣參數(shù)。電容器的電容量、損耗因子通常以120Hz下數(shù)字電橋測(cè)定的數(shù)值為準(zhǔn)；絕緣電阻則是電容器隔離直流作用的數(shù)值化表征，希望電容器的絕緣電阻越高越好。表征電容器特性的參數(shù)還有：擊穿電壓（BreakdownVoltage）、容許流通的最大紋波電流（Max.RippleCurrent）、使用溫度范圍（OperationTemperatureRange）、容量溫度系數(shù)（TemperatureCoefficient）、頻率特性（FrequencyCharacteristics）等。

　　電容器在電子線路中的作用一般概括為：通交流、阻直流。電容器通常起濾波、旁路、耦合、去耦、轉(zhuǎn)相等電氣作用，是電子線路必不可少的組成部分。在LSIC、VLSIC已經(jīng)大行其道的今天，電容器作為一種分立式無(wú)源元件仍然大量使用于各種功能的電路中，其在電路中所起的重要作用可見(jiàn)一斑。作貯能元件也是電容器的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，同電池等儲(chǔ)能元件相比，電容器可以瞬時(shí)充放電，并且充放電電流基本上不受限制，可以為熔焊機(jī)、閃光燈等設(shè)備提供大功率的瞬時(shí)脈沖電流。電容器還常常被用以改善電路的品質(zhì)因子，如節(jié)能燈用電容器。 

12電容器的相關(guān)計(jì)算

121電容器的容量

　　電容器的靜電容量的計(jì)算公式可表達(dá)為：用字母可表示為：

　　其中K=8.85