电容器是由其上、下导电极板和中间填充的电介质(为绝缘材料)所构成。电容器在电路中可以用作耦合、滤波、振荡、补偿、定时等广泛的用途,是电子电路的基本元件之一。
1.4.2.1 电容器的主要技术指标
(1)电容器的耐压。
常用固定式电容的直流工作电压系列为:
6.3 V,10 V,16 V,25 V,40 V,63 V,100 V,160 V,250 V,400 V。
(2)电容器容许误差等级。
常见的有七个等级见表1.4.8。
表1.4.8 容许误差等级
(3)标称电容量。
标称电容量系列见表1.4.9。
表1.4.9 电容器标称容量系列
注:标称电容量为表中数值或表中数值再乘以10n,其中n为正整数或负整数,单位为pF。
1.4.2.2 电容器的标识方法
(1)直标法。
容量单位:F(法拉)、μF(微法)、nF(纳法)、pF(皮法或微微法)。
1法拉=106微法=1012微微法;
1微法=103纳法=106微微法;
1纳法=103微微法
例如:4n7表示4.7 nF或4 700 pF,0.22表示0.22 μF,51表示51 pF。
有时用大于1的两位以上的数字表示单位为pF的电容,例如101表示100 pF;用小于1的数字表示单位为μF的电容,例如0.1表示0.1 μF。
(2)数码标识法。
一般用三位数字来表示容量的大小,单位为pF。前两位为有效数字,后一位表示位率。即乘以10i,i为第三位数字,若第三位数字9,则乘10-1。如223J代表22×103pF=22 000 pF=0.22 μF,允许误差为±5%;又如479K代表47×10-1pF,允许误差为±5%的电容。这种表示方法最为常见。
(3)色码标识法。
这种标识法与电阻器的色环表示法类似,颜色涂于电容器的一端或从顶端向引线排列。色码一般只有三种颜色,前两环为有效数字,第三环为位率,单位为pF。有时色环较宽,如红红橙,两个红色环涂成一个宽的,表示22 000 pF。
1.4.2.3 电容器型号命名法
电容器型号命名法见表1.4.10。
表1.4.10 电容器型号命名法
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图1.4.6为电容器命名示例。
图1.4.6 电容器命名示例
1.4.2.4 常用电容器简介
电容器的种类很多,部分常用电容器如下。
(1)有机介质电容器。
有机介质电容器包括纸介电容器、金属化电容器、塑料薄膜电容器。
纸介电容器是一种早期生产的电容,用于直流及低频电路中,缺点是稳定性不高。金属化纸介电容器的最大特点是高压击穿后有自愈作用,当电压恢复正常后仍能工作。涤纶薄膜电容器具有良好的介电性能、机械强度高、耐高温、吸水率低。它的电容量范围和额定电压范围宽,但吸收特性差、耐电性不高,当交流电压高于300 V时不如纸介电容器。
聚丙烯电容属于非极性有机介质电容,其高频绝缘性能好,电容量和损耗角正切在很宽范围内与频率的变化无关,受温度的影响小,介电强度随温度上升而有所增加,这是其他介质材料所难以具备的。该电容器性能好、价格中等,多用于交流电路中。
(2)无机介质电容器。
无机介质电容器指陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器等。
云母电容器主要特点是:介质损耗小,耐热性好、化学性能稳定,有较高的机械强度,固有电感小,常用于较高频率的电路,但它的价格较高。
瓷介电容器介质损耗小,电容量随温度、频率、电压和时间的变化小,即稳定性高。主要用于高频电路,其容量范围不大。瓷介电容器有低压低功率和高压高功率之分,其结构形式多种多样,有圆片型、穿芯式和管型。其表面涂有颜色标志表示温度系数的大小。正温系数的电容多用于滤波、旁路、隔直,负温系数的电容多用于振荡电路。温度系数很小的电容可用于精密仪表中。
独石电容器是瓷介电容器的一种,它使瓷介电容器进一步小型化。穿芯电容器是管型瓷介电容器的一种变形,多用于高频电路。玻璃釉电容器制造工艺和独石电容器相似,也是独石结构,它具有瓷介电容器的优点。由于玻璃釉的介质常数大,所以体积比同容量的瓷介电容小。其介电常数在很宽的范围内保持不变,并且有很高的品质因数,使用温度高。
玻璃膜电容器的制造工艺和玻璃釉电容相似,发展玻璃膜电容器是为了代替云母电容器。由于玻璃的成分可以根据需要灵活改变,它的使用适应性强。而且按独石结构制造,主防潮性、抗振性、电容稳定性均高于云母电容,可工作于200 °C的温度。
(3)电解电容器。
电解电容器可分为两大类:铝电解电容和钽、铌电解电容。
电解电容的优点是电容量大,尤其是电压低时尤为突出;在工作过程中可以自动修补氧化膜,具有一定自愈能力;可耐非常高的场强,工作场强高于其他电容器。铝电解电容价格便宜,适于各种用途。而钽电解电容器可靠性高、性能好,但价格较高,适用于高性能指标的电子设备。
电解电容的缺点:一般电解电容均有极性,使用时接错有损坏的危险。电解电容工作电压有一定的上限值,如铝电解电容的最高额定电压为500 V;液体钽电解电容最高可达 160 V;固体钽电容最高只有 63 V。电解电容的绝缘质量较差,一般用漏电流的大小来表示,但钽电解电容比铝电解电容要好得多。电解电容的损耗角正切较大,而且当温度和频率改变时,其电性能变化也大一些。
固体钽电容承受冲击大电流的能力差,而铝电解电容在长期搁置后再用时不宜立即施加额定电压。固体钽电电解电容比铝电解电容容量略高,其体积比铝电解电容要小,其容量和tg的频率特性在电解电容中为最佳。固体钽电解电容的漏电流用微安计算(高压铝电解电容用毫安计算),其电容量和温度特性在电解电容中也是最好的。固体钽电容没有漏液和产生气体导致爆炸的危险,但它的价格较高。
(4)可变电容器。
可变电容器是通过改变电极片面积引起电容量值的变化,电极片由定片和动片组成,它所使用的电介质有空气、塑料薄膜、陶瓷、云母等。
空气可变电容器具有制造容易、精度高、性能稳定、高频性能好、旋转摩擦损耗小,无静电噪声等优点。但由于空气介质电容率小,因此带来体积大、重量重、容易引起机震的缺点。为了弥补这个缺点,在定片上敷贴一层塑料薄膜介质,可以制成小型化高性能空气薄膜可变电容器。
塑料薄膜可变电容器以塑料薄膜为介质,主要特点是体积小、重量轻、价格便宜。尤其是用蒸发法形成介质的薄膜可变电容器,适于制成大型大容量电容。该电容的缺点是容易产生静态噪声、温度变化时性能不稳定、电容量精度较差。
(5)微调电容器。
微调电容器可分为薄膜微调电容器、陶瓷微调电容器、云母微调电容器以及玻璃微调电容器等。
薄膜微调电容器使用原材料价格便宜,便于大量生产,主要应用于收音机等民用产品。陶瓷微调电容器的特点是:体积小、容量大、电容量呈直线变化;调整方便,调整后的电容量漂移小;耐冲击、振动性能好;由温度、湿度变化引起的电容量和特性变化小;长期使用后仍有很高的可靠性。
云母微调电容器的特点是:属于小型大容量电容,耐高温性能良好;密封型云母可变电容的性能不受湿度变化影响,介质损耗小;电容量的稳定性好。
玻璃微调电容器以圆筒形的玻璃为介质,用调节螺钉移动玻璃内部的活塞型电极来改变电容量。广泛应用于对可靠性要求高的卫星通信、航空通信、广播发射机等,尤其适合在环境恶劣的条件下使用。其特点是:玻璃介质和可动电极(活塞)是精密加工而成的零件组合,调节机构具有自锁结构,故调节的精度高、Q值高、高频特性优异;玻璃管与动电极之间无间隙,使用寿命长;使用温度范围广,在经过温度和湿度试验后,容量恢复特性好;体积小、可变容量范围广、抗冲击振动性能好。
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