1、什么是电容?
电容(C):存放电荷(电能)的元器件,当在电容器的两个平行极板上加上电压,电容器就会存储电荷,当断开带电源,则会放电。
电容器基本结构示意图
2、公式
平板电容器的电容量公式:
(C:电容量;Q:一个电极板上存储的电荷;U:两个极板的电位差)
单位:
(一般电容上标的是pF单位)
定义式:
(工程一般不常用)
存储能量公式:
3、图形符号:
实物图形:
4、电容器主要参数
①标称容量:生产出来的电容器一般不可能达到标称容量,会存在一定的允许误差。
②额定工作电压(耐电压):在一定温度范围内,使电容器持续稳定工作的电压,如果电容器两端的电压大于额定值,电容器会被损坏。
③绝缘(漏电)电阻和漏电流
因为电容器两极之间的介质不是绝对的绝缘体,存在电阻,电容两极之间的这个电阻叫做绝缘电阻,也做漏电电阻,用来表明电容器漏电电流的大小。
漏电流:当电容加上直流电压时,电容器就会有漏电流产生。
若漏电流太大,电容器就会发热损坏。
除电解电容外,其他电容器的漏电流是极小的。
一般小容量的电容器,绝缘电阻很小;而电解电容的容量一般较大,因而电解电容的绝缘电阻很小,也就说明通过的漏电流会很大。
④温度系数
电容器的容值会受到温度的影响,温度系数就是在一定温度范围内,温度每变化1℃时,电容的变化数值与该温度下的标称电容的比值。
公式:
⑤频率特性
电容器的电容量会随频率的变化而变化,电容器在高频下工作,随着频率的升高,由于电介质电系数减小,电容量会减小,而损耗也会增加,逐渐呈现感性。
理想电容器频率特性
这里解释下什么是电介质电系数?
电介质电系数又称电容率或者相对电容率,反映的是电介质在电场中储存静电能的相对能力,常用ε表示,对于介电材料来说,相对介电常数越小绝缘性越好。
※为了保证电容器的稳定性,一般将电容器的极限工作频率选择在电容器固有谐振频率的1/3~1/2。
电容器的阻抗原则上呈上图所示的V字型频率特性。
但实际电容器中除了电容量成分C外,还有因电介质或电极损耗产生的电阻(ESR)及电极或导线产生的寄生电感(ESL)。因此,电容器的阻抗|Z|的频率特性呈V字型(部分电容器可能会变为U字型)曲线。
实际电容频率特性
5、电容器参数标注
电容不像电阻那样用色环标记容量,而是采取更为直观的数字标记法。 绝大多数电容在其表面上都印有代表容量的数字标记,下面是3种标记电容容量的方法:
1.直标法:直接标出电容的容量、允许误差、耐压值等参数
2.3位数字表示法:最后一位表示10的n次方,前面的数字是有效数字,此时电容的容量单位是pF,比如104=10x104pF=0.1uF
3.4位数字表示法
这里分两种情况:
① 直接用4位整数表示电容量,单位是pF;
② 带有小数表示电容量,单位是uF。
4.色标法(色码电容):用颜色代表数字,单位是pF。
6、电路图
①电容器的滤波电路
根据电容器“通交流、隔直流”的特点,可以滤除交流成分;
同时利用电容器的容抗特性,串联在电路,可以通过高频信号,阻碍低频信号,如果并联在电路,通过低频信号,阻碍高频信号。
因为单纯的电容滤波效果不明显,所以要和电阻等元件配合使用。
②积分电路
电容两端的电压Uc与流过电容的电流Ic之间存在着积分关系,即
构成积分电路的条件:① 时间常数ι=RC>>10t(10倍输入脉冲宽度); ②从电容两端输出。
通过积分运算可以将波形改成锯齿波
③ 微分电路
积分的反运算
构成积分电路的条件:a、时间常数ι=RC<<10t(10倍输入脉冲宽度); b、从电阻两端输出。
微分电路把矩形脉冲变成尖脉冲,作为触发信号。
④旁路电容电路
旁路电容滤掉杂波中的高频成分,一般放在输入信号端。
⑤退耦电容电路
高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般是0.1uF、0.01uF等,而去耦合电容一般比较大,是10u或者更大
旁路电容和耦合电容的区别:
⑥耦合电路
耦合可以简单理解为连接,通过电容连接(耦合)两个电路,传递信号
电路分析:电容C2、C3都是耦合电容,连接两个电路,一般放大器的基极为输入端、集电极为输出端,而那些电阻是为了保持静态工作点必须要有的,后面介绍到放大器会详细叙述这些电阻的功能。
⑦加速电容电路
加速电容:可以加速脉冲信号的传递,在电阻两端并联一个电容就可以构成加速电容电路
关于电容的知识还有很多,比如超级电容,被认为可以代替可充电电池,应用到电动汽车等领域。