電子元件基礎(chǔ)知識之—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）就是能夠儲存電荷的“容器”。只不過這種“容器”是一種特殊的物質(zhì)——電荷（charge），而且其所存儲的正負(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，可能會產(chǎn)生這樣的問題：電容從何而來？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？下面我們將對上述問題一一作出解答。

　　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關(guān)。也就是說，帶電體所帶電荷與其電位勢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)來表示。電容量也可以理解為帶電體（電位勢一定的情況下）容納電荷的能力。

　　我們通過兩個(gè)例子來了解電容量C的計(jì)算方法：

　　（1）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，其相對于無窮遠(yuǎn)處的電位勢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平行的金屬板中間隔以相對介電常數(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)正極板相對于無窮遠(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，電容量僅與其結(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