什么是电容?
tencentUser 2024-01-30

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。

平行板电容.png

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:

image006.jpg

实物图形:

电容.png

4、电容器主要参数

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。

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。

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。

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:

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:

直接用4位整数表示电容量,单位是pF;

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

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。



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




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。


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