关于电容器的实验和再认识

巧了我就是萌 提交于 2020-02-27 10:42:13

一.基础知识
1.电容种类
常用电容种类很多,如图1所示,瓷片电容、独石电容和电解电容等等。下面是常见的电容种类及其特点。
在这里插入图片描述
(1)铝电解电容器
用浸有糊状电解质的吸水纸夹在两条铝箔中间卷绕而成,薄的化氧化膜作介质的电容器.因为氧化膜有单向导电性质,所以电解电容器具有极性.容量大,能耐受大的脉动电流,容量误差大,泄漏电流大;普通的不适于在高频和低温下应用,不宜使用在25kHz以上频率低频旁路、信号耦合、电源滤波。
电容量:0.47~10000u
额定电压:6.3~450V
主要特点:体积小,容量大,损耗大,漏电大
应用:电源滤波,低频耦合,去耦,旁路等
(2)钽电解电容器(CA)铌电解电容(CN)
用烧结的钽块作正极,电解质使用固体二氧化锰温度特性、频率特性和可靠性均优于普通电解电容器,特别是漏电流极小,贮存性良好,寿命长,容量误差小,而且体积小,单位体积下能得到最大的电容电压乘积对脉动电流的耐受能力差,若损坏易呈短路状态超小型高可靠机件中。
电容量:0.1~1000u
额定电压:6.3~125V
主要特点:损耗、漏电小于铝电解电容
应用:在要求高的电路中代替铝电解电容
(3)薄膜电容器
结构与纸质电容器相似,但用聚脂、聚苯乙烯等低损耗塑材作介质频率特性好,介电损耗小不能做成大的容量,耐热能力差滤波器、积分、振荡、定时电路。
(a)聚酯(涤纶)电容(CL)
电容量:40p~4u
额定电压:63~630V
主要特点:小体积,大容量,耐热耐湿,稳定性差
应用:对稳定性和损耗要求不高的低频电路
(b)聚苯乙烯电容(CB)
电容量:10p~1u
额定电压:100V~30KV
主要特点:稳定,低损耗,体积较大
应用:对稳定性和损耗要求较高的电路
(c)聚丙烯电容(CBB)
电容量:1000p~10u
额定电压:63~2000V
主要特点:性能与聚苯相似但体积小,稳定性略差
应用:代替大部分聚苯或云母电容,用于要求较高的电路
(4)瓷介电容器
穿心式或支柱式结构瓷介电容器,它的一个电极就是安装螺丝。引线电感极小,频率特性好,介电损耗小,有温度补偿作用不能做成大的容量,受振动会引起容量变化特别适于高频旁路。
(a)高频瓷介电容(CC)
电容量:1~6800p
额定电压:63~500V
主要特点:高频损耗小,稳定性好
应用:高频电路
(b)低频瓷介电容(CT)
电容量:10p~4.7u
额定电压:50V~100V
主要特点:体积小,价廉,损耗大,稳定性差
应用:要求不高的低频电路
(5)独石电容器
独石电容器实际上是多层陶瓷电容器:在若干片陶瓷薄膜坯上被覆以电极桨材料,叠合后一次绕结成一块不可分割的整体,外面再用树脂包封而成小体积、大容量、高可靠和耐高温的新型电容器,高介电常数的低频独石电容器也具有稳定的性能,体积极小,Q值高容量误差较大噪声旁路、滤波器、积分、振荡电路。独石电容的特点是电容量大、体积小、可靠性高、电容量稳定,耐高温耐湿性好等。
容量范围:0.5PF~1UF
耐压:二倍额定电压。
应用范围:广泛应用于电子精密仪器。各种小型电子设备作谐振、耦合、滤波、旁路。
(6)纸质电容器
一般是用两条铝箔作为电极,中间以厚度为0.008~0.012mm的电容器纸隔开重叠卷绕而成。制造工艺简单,价格便宜,能得到较大的电容量。
一般用在低频电路内,通常不能在高于3~4MHz的频率上运用。油浸电容器的耐压比普通纸质电容器高,稳定性也好,适用于高压电路。
(7)微调电容器
电容量可在某一小范围内调整,并可在调整后固定于某个电容值。瓷介微调电容器的Q值高,体积也小,通常可分为圆管式及圆片式两种。 云母和聚苯乙烯介质的通常都采用弹簧式,结构简单,但稳定性较差。线绕瓷介微调电容器是拆铜丝〈外电极〉来变动电容量的,故容量只能变小,不适合在需反复调试的场合使用。
(a)空气介质可变电容器
可变电容量:100~1500p
主要特点:损耗小,效率高;可根据要求制成直线式、直线波长式、直线频率式及对数式等。
应用:电子仪器,广播电视设备等
(b)薄膜介质可变电容器
可变电容量:15~550p
主要特点:体积小,重量轻;损耗比空气介质的大
应用:通讯,广播接收机等
(c)薄膜介质微调电容器
可变电容量:1~29p
主要特点:损耗较大,体积小
应用:收录机,电子仪器等电路作电路补偿
(d)陶瓷介质微调电容器
可变电容量:0.3~22p
主要特点:损耗较小,体积较小
应用:精密调谐的高频振荡回路
(8)陶瓷电容器
用高介电常数的电容器陶瓷〈钛酸钡一氧化钛〉挤压成圆管、圆片或圆盘作为介质,并用烧渗法将银镀在陶瓷上作为电极制成。它又分高频瓷介和低频瓷介两种。具有小的正电容温度系数的电容器,用于高稳定振荡回路中,作为回路电容器及垫整电容器。低频瓷介电容器限于在工作频率较低的回路中作旁路或隔直流用,或对稳定性和损耗要求不高的场合〈包括高频在内〉。这种电容器不宜使用在脉冲电路中,因为它们易于被脉冲电压击穿。高频瓷介电容器适用于高频电路。
(9)玻璃釉电容器(CI)
由一种浓度适于喷涂的特殊混合物喷涂成薄膜而成,介质再以银层电极经烧结而成"独石"结构性能可与云母电容器媲美,能耐受各种气候环境,一般可在200℃或更高温度下工作,额定工作电压可达500V,损耗tgδ0.0005~0.008。
电容量:10p~0.1u
额定电压:63~400V
主要特点:稳定性较好,损耗小,耐高温(200度)
应用:脉冲、耦合、旁路等电路

2.电容的主要参数
(1)容量与误差:实际电容量和标称电容量允许的最大偏差范围。一般分为3级:I级±5%,II级±10%,III级±20%。在有些情况下,还有0级,误差为±20%。
精密电容器的允许误差较小,而电解电容器的误差较大,它们采用不同的误差等级。
常用的电容器其精度等级和电阻器的表示方法相同。用字母表示:D—005级—±0.5%;F—01级—±1%;G—02级—±2%;J—I级—±5%;K—II级—±10%;M—III级—±20%。
(2)额定工作电压:电容器在电路中能够长期稳定、可靠工作,所承受的最大直流电压,又称耐压。对于结构、介质、容量相同的器件,耐压越高,体积越大。
(3)温度系数:在一定温度范围内,温度每变化1℃,电容量的相对变化值。温度系数越小越好。
(4)绝缘电阻:用来表明漏电大小的。一般小容量的电容,绝缘电阻很大,在几百兆欧姆或几千兆欧姆。电解电容的绝缘电阻一般较小。相对而言,绝缘电阻越大越好,漏电也小
(5)损耗:在电场的作用下,电容器在单位时间内发热而消耗的能量。这些损耗主要来自介质损耗和金属损耗。通常用损耗角正切值来表示。
(6)频率特性:电容器的电参数随电场频率而变化的性质。在高频条件下工作的电容器,由于介电常数在高频时比低频时小,电容量也相应减小。损耗也随频率的升高而增加。另外,在高频工作时,电容器的分布参数,如极片电阻、引线和极片间的电阻、极片的自身电感、引线电感等,都会影响电容器的性能。所有这些,使得电容器的使用频率受到限制。
不同品种的电容器,最高使用频率不同。小型云母电容器在250MHz以内;圆片型瓷介电容器为300MHz;圆管型瓷介电容器为200MHz;圆盘型瓷介可达3000MHz;小型纸介电容器为80MHz;中型纸介电容器只有8MHz。
(7)等效串联电阻ESR
容量越大,ESR越小
(8)等效串联电感ESL
尺寸越大,ESL越大
(9)纹波电流
电容所能承受的最大交流纹波电流
容量越大,纹波电流越大

二.容值测量的方法
(a)用具有电容测量功能的数字万用表测量容值
(b)将被测电容与一只电阻相串联,接到函数信号发生器的输出端,选择函数信号发生器的输出频率和幅值,然后分别测量电容和电阻上的电压,计算被测电容的容值并与与器件上的标称值对比。
(c)利用滤波器截止频率
如图2所示。
在这里插入图片描述
假定C1未知,信号发生器输出一正弦波,VP-P=1V,那么我们调节信号发生器的频率,使得输出波形的VP-P=0.707V,此时的频率为低通滤波器的-3db截止频率,再由f0=1/(2piR1*C1)可以求得C1。实验中当调节f=158Hz时,可得到C1=1uF,与理论值接近。

三.思考
1电容器容值的标注方法有哪些?
2电容的耐压有何意义?如何选择电容的耐压值?
3什么时候要选用精密电容?需要精确容量的电容时怎样办?
4使用电解电容时应该注意什么问题?
5电解电容有哪几种?有何异同?如何选用?
6如果一只电解电容在电容中发热?可能的原因是什么?电解电容使用不当会出现什么后果?
7还有哪些办法可以测量电容?可能的话请自己试一试。
8如何考虑电容的工作频率?所选的电容工作频率达不到电路的要求时会出现什么问题?
思路:实际电容的工作频率要低于电容的自谐振频率,否则电容将失去容性,起不到理想效果。可以通过并联电容,降低ESL,提高自谐振频率,扩宽应用范围。
电容的实际模型如图3
在这里插入图片描述
图中RP为绝缘电阻,一般在M欧数量级。图中ESL和ESR的值不代表真实情况。那么我们考虑RCL谐振,它的频响曲线如图4
在这里插入图片描述
实线是真实情况,虚线是理想情况,假定拐点频率为W0,当**W<W0时,电容呈现容性,W>W0时,电容不再呈现容性,而是感性,**这一点实际电路中要注意。

9如何给放大器配置电容?
思路:
(1)去耦电容
作用是防止本电路的电压变化影响别的电路,一般放在电源进入电路板的入口处,且不能距离放大器太远,10cm。
(2)旁路电容
作用是让高频噪声短接到地,一般是1-0.1-0.01uF的电容组,放置在芯片电源管脚的根部。那么为什么是电容组呢??原因还是在于8中提到的电容实际模型,在低频段,感抗和电阻都很小,随着频率提高,电容容抗减小,总阻抗也是减小的;随着频率再提高,感抗开始起作用,使得总阻抗呈现上升趋势。一般认为出现的谷点就是ESR。如图5所示,两个容值不同的电容并联,用一个较大的电容负责低频区域(蓝色),一个较小的电容负责高频区域(绿色),会提高低阻抗频率区域,使得旁路作用的频率区域更宽。
在这里插入图片描述

易学教程内所有资源均来自网络或用户发布的内容,如有违反法律规定的内容欢迎反馈
该文章没有解决你所遇到的问题?点击提问,说说你的问题,让更多的人一起探讨吧!