电容器种类及构造

标签:电容
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       市场上有各种不同类型的电容器,每种电容器都有其自己的一套特性和应用。

 

       可用的电容器类型包括在振荡器或无线电电路中使用的非常小的精密修整电容器,到在高压功率校正和平滑电路中使用的大功率金属罐型电容器。

 

       通常针对板之间使用的电介质对不同类型的电容器进行比较。像电阻器一样,也有可变类型的电容器,它们使我们能够改变其电容值以用于无线电或“频率调谐”类型的电路。

 

       商业类型的电容器由金属箔制成,金属箔与石蜡浸渍纸或聚酯薄膜作为介电材料的薄片交织在一起。一些电容器看起来像管,这是因为金属箔板被卷成圆柱体以形成一个小包装,并且绝缘电介质材料夹在它们之间。

 

       小型电容器通常由陶瓷材料制成,然后浸入环氧树脂中进行密封。无论哪种方式,电容器在电子电路中都起着重要的作用,因此这里提供了几种“更常见”的电容器。

 

       介电电容器

 

       介电电容器通常是可变类型的,如果要调谐发射器,接收器和晶体管无线电,则需要连续改变电容器的容量。可变介电电容器是多板气密型的,具有一组固定板(定子叶片)和一组在固定板之间移动的活动板(转子叶片)。

 

       活动板相对于固定板的位置决定了总电容值。当两组板完全啮合在一起时,电容通常最大。高压型调谐电容器在极板之间具有相对较大的间距或气隙,击穿电压达到数千伏。

 

       可变电容器符号

 

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       除连续可变类型外,还提供称为Trimmers的预设类型可变电容器。这些通常是小型设备,可以借助小型螺丝刀将其调整或“预设”为特定的电容值,并且可用500pF或更小的非常小的电容,并且没有极性。

 

       薄膜电容器类型

 

       薄膜电容器是所有类型的电容器中最常用的,由相对较大的电容器族组成,不同之处在于其介电性能。这些电容器包括聚酯(聚酯薄膜),聚苯乙烯,聚丙烯,聚碳酸酯,金属纸,铁氟龙等。薄膜电容器的容量范围从5pF到100uF不等,具体取决于电容器的实际类型及其额定电压。薄膜电容器还具有各种形状和外壳样式,包括:

 

       包裹和填充(椭圆形和圆形)   –电容器用紧密的塑料带包裹,两端用环氧树脂填充以密封它们。

 

       环氧外壳(矩形和圆形)   –将电容器装入模制塑料外壳中,然后用环氧树脂填充。

 

       金属密封(矩形和圆形)   –电容器被封装在金属管或罐中,并再次用环氧树脂密封。

 

       所有上述案例样式均可在轴向引线和径向引线中使用。

 

       使用聚苯乙烯,聚碳酸酯或特氟龙作为电介质的薄膜电容器有时被称为“塑料电容器”。塑料薄膜电容器的结构类似于纸薄膜电容器,但使用塑料薄膜代替纸。与浸渍纸相比,塑料薄膜电容器的主要优点是它们在高温条件下运行良好,具有较小的公差,非常长的使用寿命和较高的可靠性。薄膜电容器的示例为矩形金属化薄膜和圆柱形薄膜和箔类型,如下所示。

 

       径向引线类型

 

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       轴向引线类型

 

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       薄膜和箔式电容器由细长的金属箔薄条制成,将介电材料夹在中间,将其缠绕成紧密的卷,然后密封在纸或金属管中。

 

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       这些类型的膜需要更厚的介电膜以减少膜中撕裂或刺穿的风险,因此更适合于较低的电容值和较大的外壳尺寸。

 

       金属化箔电容器将金属化导电膜直接喷涂在电介质的每一面上,从而赋予电容器自愈特性,因此可以使用更薄的电介质膜。对于给定的电容,这允许更高的电容值和更小的外壳尺寸。薄膜和箔式电容器通常用于更高功率和更精确的应用。

 

       陶瓷电容器

 

       陶瓷电容器或碟式电容器通常称为“ 电容器 ”,是通过在小瓷器或陶瓷盘的两侧涂银制成的,然后堆叠在一起制成电容器。对于非常低的电容值,使用大约3-6mm的单个陶瓷盘。陶瓷电容器具有较高的介电常数(High-K),并且可以使用,因此可以在较小的物理尺寸下获得相对较高的电容。

 

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       它们在电容上随温度表现出很大的非线性变化,因此,由于它们也是非极化器件,因此被用作去耦或旁路电容器。陶瓷电容器的值范围从几微微法拉到一或两个微法拉(μF),但其额定电压通常很低。

 

       陶瓷电容器的主体上通常印有一个3位数字的代码,以标识其以皮法拉为单位的电容值。通常,前两位数字表示电容器的值,而第三位数字表示要添加的零的数量。例如,带有标记103的陶瓷圆盘电容器会以微微法拉表示10和3个零,相当于10,000 pF或10nF。

 

       同样,数字104将以微微法拉表示10和4个零,这等于100,000 pF或100nF,依此类推。因此,在陶瓷电容器的图像上方,数字154表示微微法拉中的15和4个零,相当于150,000 pF或150nF或0.15μF。有时使用字母代码表示其公差值,例如:J = 5%,K = 10%或M = 20%等。

 

       电解电容器

 

       当需要非常大的电容值时,通常使用电解电容器。在这里,不是将极薄的金属膜层用于其中一个电极,而是使用呈果冻或糊状的半液体电解质溶液作为第二电极(通常是阴极)。

 

       电介质是非常薄的氧化物层,其在生产中以电化学方式生长,膜的厚度小于十微米。该绝缘层很薄,以致于由于板之间的距离d非常小,可以以较小的物理尺寸制造具有大电容值的电容器。

 

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       大多数电解类型的电容器都是极化的,也就是说,施加到电容器端子的直流电压必须具有正确的极性,即,对正极端子为正,对负极端子为负,因为不正确的极化会破坏绝缘氧化层可能会造成永久性损坏。

 

       所有极化电解电容器的极性均清楚地标有负号,以指示负极端子,并且必须遵循该极性。

 

       电解电容器通常由于其大电容和小尺寸而用于直流电源电路中,以帮助降低纹波电压或用于耦合和去耦应用。电解电容器的一个主要缺点是其相对较低的额定电压,并且由于电解电容器的极化,因此不能在交流电源上使用它们。电解通常有两种基本形式:铝电解电容器和钽电解电容器。

 

       电解电容器

 

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       1.铝电解电容器

 

       铝电解电容器基本上有两种类型,即普通箔类型和蚀刻箔类型。氧化铝膜的厚度和高击穿电压使这些电容器的尺寸具有非常高的电容值。

 

       电容器的箔片被直流电流阳极化。该阳极氧化工艺设置了板材的极性,并确定了板材的哪一侧为正,哪一侧为负。

 

       蚀刻箔类型与普通箔类型的不同之处在于,对阳极箔和阴极箔上的氧化铝进行了化学蚀刻,以增加其表面积和介电常数。与等价的普通箔类型相比,这提供了更小的电容器,但与普通箔相比,它具有不能承受高直流电流的缺点。而且它们的公差范围非常大,最高可达20%。铝电解电容器的典型电容值范围为1uF至47,000uF。

 

       蚀刻箔电解最适合用于耦合,直流阻断和旁路电路,而普通箔类型更适合用作电源中的平滑电容器。但是铝电解是“极化”设备,因此反转导线上的施加电压将导致电容器内的绝缘层与电容器一起被破坏。但是,如果损坏很小,则电容器中使用的电解质有助于修复损坏的极板。

 

       由于电解质具有使受损的板自愈的特性,因此它还具有使箔板再阳极化的能力。由于可以反向进行阳极氧化工艺,因此,如果电容器以相反极性连接,则电解质具有从箔上去除氧化物涂层的能力。由于电解质具有导电能力,因此如果除去或破坏了氧化铝层,电容器将允许电流从一个极板流到另一个极板,从而破坏电容器,因此请注意。

 

       2.钽电解电容器

 

       钽电解电容器和钽珠有湿式(箔式)和干式(固体)电解两种类型,其中最常见的是干式或固态钽。固态钽电容器使用二氧化锰作为第二端子,其物理尺寸小于等效铝电容器。

 

       氧化钽的介电性能也比氧化铝的介电性能好得​​多,具有较低的泄漏电流和更好的电容稳定性,这使其适用于阻塞,旁路,去耦,滤波和定时应用。

 

       同样,钽电容器虽然是极化的,但与铝型电容器相比,可以容忍连接到反向电压,但其额定工作电压要低得多。固态钽电容器通常用于交流电压比直流电压小的电路中。

 

       但是,某些钽电容器类型包含两个电容器,一个电容器成负极连接,从而形成一个“非极化”电容器,用于低压交流电路中作为非极化设备。通常,正极引线在电容器主体上通过极性标记标识,钽珠电容器的主体为椭圆形几何形状。电容的典型值范围为47nF至470uF。

 

       铝和钽电解电容器

 

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       电解电容器由于其低成本和小尺寸而被广泛使用,但是有三种简单的方法可以破坏电解电容器:

 

       过电压  – 电压过高会导致电流通过电介质泄漏,从而导致短路。

 

       极性反接  –反向电压会导致氧化层自毁并造成故障。

 

       过热  –过多的热量会使电解槽变干,并缩短电解电容器的寿命。

 

       在下一篇有关电容器的文章中,我们将研究一些主要特性,以表明电容器不仅具有电压和电容的特性。

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分压电路可以由无功元件构成,就像它们可以由固定值电阻器构成一样容易。但是,就像电阻电路一样,电容分压器网络即使使用电容器(电抗元件),也不受电源频率变化的影响,因为串联链中的每个电容器均受电源频率变化的同等影响。

交流电路中的电容

连接到正弦电源的电容器会受到电源频率和电容器尺寸的影响而产生电抗。当电容器跨直流直流电源电压连接时,它们会被充电到施加电压的值,就像临时存储设备一样,只要存在电源电压,它们就会无限期保持或保持这种电荷。在该充电过程中,充电电流(i)将以等于板上电荷变化率的速率与电压的任何变化相对地流入电容器。

电容器上的颜色学问

通常,电容,电压或容差的实际值以字母数字字符的形式标记在电容器主体上。然而,当电容值是十进制值时,“小数点”的标记会出现问题,因为不容易注意到它,从而导致实际电容值的误读。取而代之的是,使用诸如p(pico)或n(nano)之类的字母代替小数点来标识其位置和数字的权重。

电容的充放电

电容器以电荷形式将电能存储在其板上。电容器由两个平行的导电板(通常是金属)组成,它们被称为“电介质”的绝缘材料阻止相互接触(分开)。当对这些板施加电压时,电流流动,从而使一个板相对于电源电压带正电荷,而另一板带相等且相反的负电荷。然后,电容器具有能够存储电子的电荷Q(库仑单位)的能力。当电容器充满电时,其极板之间存在电位差pd,并且极板的面积越大和/或它们之间的距离越小(称为间隔),则电容器可以保持的电荷越大电容越大。

电容器种类及构造

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