電容器基礎(chǔ)知識

電容器是簡單的無源器件，當(dāng)連接到電壓源時可以在其板上存儲電荷

電容器是具有存儲能量的能力或“容量”的組件。電荷的形式在其板上產(chǎn)生電位差（靜態(tài)電壓），就像一個小型可充電電池。

有很多不同種類的電容可以從非常小的用于諧振電路的電容器磁珠用于大功率因數(shù)校正電容器，但它們都做同樣的事情，它們存儲電荷。

在其基本形式中，電容器由兩個或多個平行的導(dǎo)電（金屬）板組成它們不是相互連接或相互接觸，而是通過空氣或某種形式的良好絕緣材料如蠟紙，云母，陶瓷，塑料或某種形式的液體凝膠電絕緣，如電解電容器中所用。電容器板之間的絕緣層通常稱為電介質(zhì)。

典型電容器

由于這個絕緣層，直流電流不會流過電容器，因?yàn)樗鼤柚顾?，而是允許電壓以電荷的形式存在于電路板上。

導(dǎo)電金屬板電容器可以是方形，圓形或矩形，也可以是圓柱形或球形，具有平行板電容器的一般形狀，尺寸和結(jié)構(gòu)，具體取決于其應(yīng)用和額定電壓。

在直流電或直流電路中，電容器充電到其電源電壓但阻擋通過它的電流，因?yàn)殡娙萜鞯碾娊橘|(zhì)是非導(dǎo)電的并且基本上是絕緣體。然而，當(dāng)電容器連接到交流電或交流電路時，電流的流動似乎直接通過電容器，電阻很小或沒有電阻。

有兩種類型的電荷，正電荷以質(zhì)子的形式和電子形式的負(fù)電荷。當(dāng)在電容器上放置DC電壓時，正（+ ve）電荷快速累積在一個板上，而相應(yīng)的相反負(fù)（-ve）電荷累積在另一個板上。對于到達(dá)一個板的+ ve電荷的每個粒子，相同符號的電荷將離開-ve板。

然后板保持電荷中性，并且由此電荷之間建立的電位差這兩塊板塊。一旦電容器達(dá)到其穩(wěn)態(tài)條件，由于用于分離板的電介質(zhì)的絕緣特性，電流不能流過電容器本身和電路周圍。

電子流到電容器上板被稱為電容器充電電流，其繼續(xù)流動，直到兩個極板（以及因此電容器）上的電壓等于所施加的電壓 Vc 。此時電容被稱為“電子充滿電”。

當(dāng)電池板完全放電（初始條件）時，充電電流的強(qiáng)度或速率達(dá)到最大值，并在當(dāng)電容板充電到電容器極板上的電位差等于電源電壓時，值變?yōu)榱恪?/p>

電容器兩端存在的電位差量取決于電容器在電路板上沉積的電量。由電源電壓以及電容器具有多少電容來完成工作，這將在下面說明。

平行板電容器是最簡單的電容器。它可以使用兩個金屬或金屬箔板以彼此平行的距離構(gòu)造，其電容值以法拉為單位，由導(dǎo)電板的表面積和它們之間的分離距離固定。改變這兩個值中的任何一個都會改變其電容值，這就形成了可變電容器的工作基礎(chǔ)。

另外，因?yàn)殡娙萜饕噪姾傻男问酱鎯﹄娮拥哪芰?。板越大板?或它們的間隔越小，電容器對其板上的任何給定電壓保持的電荷就越大。換句話說，更大的板，更小的距離，更大的電容。

通過向電容器施加電壓并測量板上的電荷，電荷 Q 與電容的比率電壓 V 將給出電容器的電容值，因此給出如下： C = Q / V 該等式也可以重新排列，以給出熟悉的公式。板上的電荷量為： Q = C x V

雖然我們已經(jīng)說過電荷存儲在電容器的極板上，但更準(zhǔn)確地說是電荷內(nèi)的能量存儲在兩個板之間的“靜電場”中。當(dāng)電流流入電容器時，它會充電，因此靜電場變得更強(qiáng)，因?yàn)樗诎逯g存儲了更多的能量。

同樣，當(dāng)電流流出電容器，放電時，隨著能量從板中移出，兩塊板之間的電位差減小，靜電場減小。

電容器以靜電場的形式在其板上存儲電荷的特性稱為電容器的電容。不僅如此，電容也是電容器的特性，它可以抵抗電壓的變化。

電容器的電容

電容是電容器的電氣特性，是衡量電容器將電荷存儲在其兩個極板上的能力，其電容單位為法拉德（縮寫為 F ）以英國物理學(xué)家邁克爾法拉第命名。

電容被定義為電容器的電容一法拉當(dāng)One Coulomb的電荷通過1伏的電壓存儲在板上時。請注意，電容 C 始終為正值且沒有負(fù)單位。然而，F(xiàn)arad是一個非常大的測量單位，可以單獨(dú)使用，因此通常使用法拉的子倍數(shù)，例如微法，納法法和皮法。

標(biāo)準(zhǔn)電容單位

微法拉（μF）1μF= 1 / 1,000,000 = 0.000001 = 10 -6 F

納法拉（nF） 1nF = 1 / 1,000,000,000 = 0.000000001 = 10 -9 F

Picofarad（pF） 1pF = 1 / 1,000,000,000,000 = 0.000000000001 = 10 -12 F

然后使用上面的信息我們可以構(gòu)建一個簡單的表來幫助我們之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換pico-Farad（pF），納米法拉（nF），微法（μF）和法拉（F）如圖所示。

平行板電容器的電容

平行板電容器的電容與面積成正比， A 以米為單位 2 兩個板的距離或間距成反比， d （即這兩個導(dǎo)電板之間以米為單位的電介質(zhì)厚度。

平行板電容器電容的廣義方程式為： C = ε（A / d）其中ε表示所用介電材料的絕對介電常數(shù)。真空的介電常數(shù)，ε o 也稱為“自由空間的介電常數(shù)”，其常數(shù) 8.84x10 -12 每米的法拉數(shù)。

為了使數(shù)學(xué)更容易一點(diǎn)，這個自由空間的介電常數(shù)ε o ，可寫為： 1 /（4πx9×10 9 ），也可以每米皮法拉（pF）的單位作為常數(shù)給出： 8.84 表示可用空間的值。請注意，產(chǎn)生的電容值將以皮法為單位而不是以法拉為單位。

通常，電容器的導(dǎo)電板由某種絕緣材料或凝膠分開，而不是完美的真空。在計(jì)算電容器的電容時，我們可以考慮空氣的介電常數(shù)，特別是干燥空氣的介電常數(shù)，因?yàn)樗鼈兎浅＝咏婵盏南嗤怠?/p>

電容示例No1

電容器由兩個彼此間隔6mm的導(dǎo)電金屬板30cm×50cm構(gòu)成，并使用干燥空氣作為其唯一的介電材料。計(jì)算電容器的電容。

然后由空氣分隔的兩個極板組成的電容器的值計(jì)算為221pF或0.221nF

電容器的電介質(zhì)

除了導(dǎo)電板的整體尺寸以及它們彼此之間的距離或間距之外，另一個影響器件整體電容的因素是所用介電材料的類型。換句話說，電介質(zhì)的“介電常數(shù)”（ε）。

電容器的導(dǎo)電板通常由金屬箔或金屬膜制成，允許電流流動。電子和電荷，但所用的介電材料總是絕緣體。在電容器中用作電介質(zhì)的各種絕緣材料在阻擋或傳遞電荷方面的能力不同。

這種電介質(zhì)材料可由多種絕緣材料或這些材料的組合制成常用的類型有：空氣，紙張，聚酯，聚丙烯，聚酯薄膜，陶瓷，玻璃，油或各種其他材料。

介電材料或絕緣體增加電容的因素與空氣相比，電容器被稱為介電常數(shù)，k，具有高介電常數(shù)的介電材料是比具有更低介電常數(shù)的介電材料更好的絕緣體。介電常數(shù)是無量綱的，因?yàn)樗窍鄬τ谧杂煽臻g的。

板之間介電材料的實(shí)際介電常數(shù)或“復(fù)介電常數(shù)”是自由空間介電常數(shù)的乘積（ ε o ）和用作電介質(zhì)的材料的相對介電常數(shù)（ε r ），給出如下： / p>

復(fù)介電率

換句話說，如果我們采用自由空間的介電常數(shù)， ε o 作為我們的基準(zhǔn)水平并使其等于1，當(dāng)自由空間的真空被一些其他類型的絕緣材料取代時，其電介質(zhì)的介電常數(shù)被引用自由空間的基極電介質(zhì)給出倍增因子稱為“相對介電常數(shù)”，ε r 。因此，復(fù)介電常數(shù)的值ε總是等于相對介電常數(shù)乘以一。

介電常數(shù)的典型單位，ε或電介質(zhì)常見材料的常數(shù)是：純真空= 1.0000，空氣= 1.0006，紙張= 2.5至3.5，玻璃= 3至10，云母= 5至7，木材= 3至8，金屬氧化物粉末= 6至20等。給出了電容器電容的最終公式：

用于增加電容器整體電容同時保持其尺寸小的一種方法是將更多的電路板“交錯”在一起一個電容器體。電容器可以將多個單獨(dú)的板連接在一起，從而增加板的表面積，而不僅僅是一組平行板。

對于標(biāo)準(zhǔn)的平行板電容器，如上所示，電容器有兩塊板，標(biāo)記為 A 和 B 。因此，當(dāng)電容器板的數(shù)量為2時，我們可以說 n = 2 ，其中“n”表示板的數(shù)量。

然后我們上面的單個平行板電容的公式應(yīng)該是：

但是，電容可能有兩個并聯(lián)在每個板的另一側(cè)形成電容器的外側(cè)時，每個板的僅一側(cè)與中間的電介質(zhì)接觸。如果我們?nèi)蓧K板并將它們連接在一起，我們實(shí)際上只有“一”整板與電介質(zhì)接觸。

對于單個平行板電容器， n-1 = 2-1 等于 1 為 C =（ε o *ε r x 1 x A）/ d 與說法完全相同： C =（ε o *ε r * A）/ d 這是標(biāo)準(zhǔn)方程

現(xiàn)在假設(shè)我們有一個由9個交錯板組成的電容器，然后 n = 9 ，如圖所示。

多板電容器

現(xiàn)在我們有五個板連接到一個引線（ A ）和四個板連接到其他線索（ B ）。然后連接到引線 B 的四個極板的兩個側(cè)面與電介質(zhì)接觸，而連接到 A 的每個外板的僅一個側(cè)面與介質(zhì)。然后如上所述，每組板的有用表面積僅為8，因此其電容為：

現(xiàn)代電容器可根據(jù)其絕緣電介質(zhì)的特性和特性進(jìn)行分類：

低損耗，高穩(wěn)定性如云母，低K陶瓷，聚苯乙烯。

中等損耗，中等穩(wěn)定性，如紙張，塑料薄膜，高K陶瓷。

極化電容器，例如電解電容器，鉭電容器。

電容器的額定電壓

所有電容器具有最大額定電壓，在選擇電容器時，必須考慮電容器上施加的電壓量?？梢允┘拥诫娙萜鞫粨p壞其介電材料的最大電壓量通常在數(shù)據(jù)表中給出： WV ，（工作電壓）或 WV DC ，（直流工作電壓）。

如果施加在電容器兩端的電壓變得太大，則電介質(zhì)會破壞（稱為電擊穿），并且電容器板之間會產(chǎn)生電弧，從而導(dǎo)致短路。電容器的工作電壓取決于所用介電材料的類型及其厚度。

電容器的直流工作電壓就是最大直流電壓而不是最大交流電壓作為電容器在額定直流電壓為100伏特的情況下，直流電壓不能安全地承受100伏的交流電壓。由于RMS值為100伏的交流電壓將具有超過141伏的峰值！ （√ 2 x100 ）。

然后，需要在100伏交流電下工作的電容器應(yīng)具有至少200伏的工作電壓。在實(shí)踐中，應(yīng)選擇一個電容器，使其工作電壓DC或AC應(yīng)至少比施加到其上的最高有效電壓高50％。

影響a的操作的另一個因素電容介電泄漏。由于流過介電材料的不需要的漏電流，在電容器中發(fā)生介電泄漏。

一般來說，假設(shè)電介質(zhì)的電阻非常高并且阻擋了電流的良好絕緣體。通過電容器（如在完美的電容器中）從一個板到另一個板的直流電流。

然而，如果電介質(zhì)材料因過電壓或溫度過高而損壞，通過電介質(zhì)的漏電流將變得非常大高電平導(dǎo)致電路板上的電荷快速損失和電容器過熱，最終導(dǎo)致電容器過早失效。然后永遠(yuǎn)不要在電壓高于電容額定值的電路中使用電容，否則它可能會變熱并爆炸。

電容器簡介摘要

我們在本教程中已經(jīng)看到電容器的工作是將電荷存儲在其板上。電容器可以存儲在其電路板上的電荷量稱為電容值，取決于三個主要因素。

表面積 - 構(gòu)成電容器的兩個導(dǎo)電板的表面積， A ，面積越大，電容越大。

距離 - 兩個板之間的距離 d ，距離越小電容越大。

介電材料 - 分隔兩塊板的材料類型稱為“電介質(zhì)”，電介質(zhì)的介電常數(shù)越大電容。

我們還看到，電容器由金屬板組成，這些金屬板彼此不接觸，但被稱為電介質(zhì)的材料隔開。電容器的電介質(zhì)可以是空氣，甚至是真空，但通常是不導(dǎo)電的絕緣材料，例如蠟紙，玻璃，云母，不同類型的塑料等。電介質(zhì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

介電常數(shù)是介電材料的特性，并且從一種材料到另一種材料不同，使電容增加一倍 k 。

電介質(zhì)在兩塊板之間提供機(jī)械支撐，使板能夠靠近而不會接觸。

電介質(zhì)的介電常數(shù)會增加電容。

與空氣相比，電介質(zhì)增加了最大工作電壓。

電容器可用于許多不同的應(yīng)用和電路，例如在通過音頻時阻斷直流電流信號，脈沖或交流電，或其他時變波形。這種阻斷直流電流的能力使得電容器能夠平滑電源的輸出電壓，消除信號中不需要的尖峰，否則這些尖峰會導(dǎo)致半導(dǎo)體或數(shù)字元件的損壞或誤觸發(fā)。

電容器也可用于調(diào)整音頻電路的頻率響應(yīng)，或?qū)⒈仨毐Ｗo(hù)的單獨(dú)放大器級耦合在一起，以防止直流電流的傳輸。

在DC時，電容器具有無限阻抗（開路 - 電路） ），在非常高的頻率下，電容器具有零阻抗（短路）。所有電容器都具有最大工作電壓額定值，其 WV DC 因此選擇額定值比電源電壓至少高50％的電容器。

電容器種類繁多風(fēng)格和類型，每個都有自己獨(dú)特的優(yōu)勢，劣勢和特點(diǎn)。要包含所有類型會使本教程部分非常大，所以在下一個關(guān)于電容器簡介的教程中，我將它們限制為最常用的類型。