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📜  基本电子产品-电容器

📅  最后修改于: 2021-01-18 05:07:47             🧑  作者: Mango

电容器是一种无源组件，能够以其极板之间的电位差形式存储能量。它可以抵抗电压的突然变化。电荷以电势差的形式存储在两个极板之间，根据电荷存储的方向，它们可以形成正负。

在这两个板之间存在一个不导电的区域，称为电介质。该电介质可以是真空，空气，云母，纸，陶瓷，铝等。电容器的名称由所用电介质给出。

符号和单位

电容的标准单位是法拉。通常，可用电容器的值将在微法拉，皮法拉和纳米法的数量级。电容器的符号如下所示。

电容器符号

电容器的电容与极板之间的距离成正比，与极板的面积成反比。同样，材料的介电常数越高，电容也越高。介质的介电常数描述了该介质中每单位电荷产生多少电通量。下图显示了一些实用的电容器。

电容器类

当两个具有相同面积A和相同宽度的极板以距离d的间隔彼此平行放置时，如果向这些极板施加一些能量，则该平行极板电容器的电容可以称为-

$$ C \：\：= \：\：\ frac {\ varepsilon_ {0} \：\：\ varepsilon_ {r} \：\：d} {A} $$

哪里

C =电容器的电容

$ \ varepsilon_ {0} $ =自由空间的介电常数

$ \ varepsilon_ {r} $ =介电常数

d =板之间的距离

A =两个导电板的面积

平行板电容器

在施加一定电压的情况下，电荷沉积在电容器的两个平行板上。这种电荷沉积缓慢发生，并且当电容器两端的电压等于施加的电压时，充电停止，因为进入的电压等于离开的电压。

充电速率取决于电容值。电容值越大，板中电压的变化率越慢。

电容器的工作

电容器可以理解为存储电能的两端无源组件。该电能存储在静电场中。

最初，电容器两块板上的负电荷和正电荷处于平衡状态。电容器没有充电或放电的趋势。负电荷是由电子的积累形成的，而正电荷是由电子的耗尽形成的。由于这种情况在没有任何外部电荷的情况下发生，因此该状态为静电状态。下图显示了带静电的电容器。

电容器工作

根据交流电源正负周期的变化，电子的积累和消耗可以理解为“电流”。这称为位移电流。由于这是交流电，因此电流的方向不断变化。

电容器充电

给定外部电压时，电荷会转换为静电荷。这是在电容器充电时发生的。电源的正电位从电容器的正极板上吸引电子，使其变得更正极。当电源为负电位时，会将电子推向电容器的负极板，使其变得更负。下图对此进行了说明。

电容器充电

在充电过程中，电子移动通过直流电源，但不移动通过绝缘体的电介质。当电容器开始充电时，该位移很大，但随着充电而减小。当电容器两端的电压等于电源电压时，电容器停止充电。

六

让我们看看当电容器开始充电时电介质会发生什么。

介电行为

当电荷沉积在电容器的极板上时，形成静电场。该静电场的强度取决于板上电荷的大小和介电材料的介电常数。介电常数是电介质的量度，它是否允许静电线穿过其中。

电介质实际上是绝缘体。它在原子的最外层轨道中具有电子。让我们观察一下他们是如何受到影响的。当板上没有电荷时，电介质中的电子沿圆形轨道运动。如下图所示。

电介质

当发生电荷沉积时，电子趋向于向带正电的板移动，但如图所示，它们仍保持旋转。

介电行为

如果电荷进一步增加，轨道将扩大。但是，如果仍然增加，则电介质会击穿，从而使电容器短路。现在，电容器已充满电，可以放电了。如果我们为他们提供一个从负板到正板的路径就足够了。电子在没有任何外部电源的情况下流动，因为一侧的电子太多，而另一侧的电子几乎很少。这种不平衡是通过电容器的放电来调节的。

而且，当找到放电路径时，介电材料中的原子趋于到达其正常的圆形轨道，因此迫使电子被放电。这种放电使电容器可以在短时间内提供高电流，就像照相机闪光灯一样。

颜色编码

要知道电容器的值，通常将其标记如下：

n35 = 0.35nF或3n5 = 3.5nF或35n = 35nF，依此类推。

有时标记将类似于100K，这意味着k = 1000pF。然后该值将为100×1000pF = 100nF。

尽管这些数字标记如今已被使用，但很早以前就开发了一种国际颜色编码方案，以了解电容器的价值。颜色编码指示如下。

Band colour Digit A and B Multiplier Tolerance (t) > 10pf Tolerance (t) < 10pf Temperature coefficient
Black 0 × 1 ±20% ±2.0pF
Brown 1 × 10 ±1% ±0.1pF -33 × 10-6
Red 2 × 100 ±2% ±0.25pF -75 × 10-6
Orange 3 × 1,000 ±3% -150 × 10-6
Yellow 4 × 10,000 ±4% -220 × 10-6
Green 5 × 100,000 ±5% ±0.5pF -330 × 10-6
Blue 6 × 1,000000 -470 × 10-6
Violet 7 -750 × 10-6
Gray 8 × 0.01 +80%, -20%
White 9 × 0.1 ±10% ±1.0pF
Gold × 0.1 ±5%
Silver × 0.01 ±10%

这些指示用于识别电容器的值。

电容值

在这五个频段的电容器中，前两个频段代表数字，第三个频段代表乘数，第四个频段代表容差，第五个频段代表电压。让我们看一个例子来理解颜色编码过程。

示例1-确定颜色值为黄色，紫色，橙色，白色和红色的电容器的值。

解决方案-黄色的值为4，紫色为7，橙色为3，表示乘数。白色为公差值±10。红色代表电压。但是要知道额定电压，我们还有另一个表格，必须知道该电容器所属的特定频段。

因此，电容器的值为47nF，10％250v(V波段电压)

下表显示了如何根据电容器所属的频段确定电压。

Band colour Voltage Rating (V)
TYPE J TYPE K TYPE L TYPE M TYPE N
Black 4 100 10 10
Brown 6 200 100 1.6
Red 10 300 250 4 35
Orange 15 400 40
Yellow 20 500 400 6.3 6
Green 25 600 16 15
Blue 35 700 630 20
Violet 50 800
Gray 900 25 25
White 3 1000 2.5 3
Gold 2000
Silver

借助该表，根据给定的颜色知道了每个电容器带的额定电压。额定电压的类型还指示电容器的类型。例如，J型是浸渍钽电容器，K型是云母电容器，L型是聚苯乙烯电容器，M型是电解带4电容器，而N型是电解带3电容器。如今，彩色编码已被简单地打印电容器的值所代替，如前所述。

电容电抗

这是一个重要的名词。电容电抗是电容器对交流电流或简称为交流电流的反作用。电容器可以抵抗电流的变化，因此会表现出一定的阻力，可以称为电抗，因为输入电流的频率也应与它提供的电阻一起考虑。

符号：X C

在纯电容电路中，电流I C使施加的电压领先90°

电容器温度系数

在特定温度范围内，电容器的电容最大变化可通过电容器的温度系数得知。它指出，当温度超过某个点时，可能发生的电容器电容变化被理解为电容器的温度系数。

通常在参考温度为25°C的情况下制造所有电容器。因此，对于高于和低于此值的温度值，应考虑电容器的温度系数。