电容器的作用和工作原理
在电子线路中,电容用来通过交流而阻隔直流,也用来存储和释放电荷以充当滤波器,平滑输出脉动信号。小容量的电容,通常在高频电路中使用,如收音机、发射机和振荡器中。除颤器内带有电池,先通过电子线路把电池供电的电压升高到约U=5000V,对电容器充电,充电后电容器储存的能量约为W=12CU2=875J。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有一个特点,一般1μF以上的电容均为电解电容,而1μF以下的电容多为瓷片电容,当然也有其他的,比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。电解电容有个铝壳,里面充满了电解质,并引出两个电极,作为正( )、负(-)极,与其它电容器不同,它们在电路中的极性不能接错,而其他电容则没有极性。
把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上,过一会儿即使把电源断开,两个引脚间仍然会有残留电压(学了以后的教程,可以用万用表观察),我们说电容器储存了电荷。测试操作时,先用两表笔任意触碰电容的两引脚,然后调换表笔再触碰一次,如果电容是好的,万用表指针会向右摆动一下,随即向左迅速返回无穷大位置。电容器极板间建立起电压,积蓄起电能,这个过程称为电容器的充电。充好电的电容器两端有一定的电压。电容器储存的电荷向电路释放的过程,称为电容器的放电。
作用
在直流电路中,电容器是相当于断路的。电容器是一种能够储藏电荷的元件,也是常用的电子元件之一。
这得从电容器的结构上说起。电容爆浆的原因有很多,比如电流大于允许的稳波电流、使用电压超出工作电压、逆向电压、频繁的充放电等。简单的电容器是由两端的极板和中间的绝缘电介质(包括空气)构成的。通电后,极板带电,形成电压(电势差),但是由于中间的绝缘物质,所以整个电容器是不导电的。不过,这样的情况是在没有超过电容器的临界电压(击穿电压)的前提条件下的。我们知道,任何物质都是相对绝缘的,当物质两端的电压加大到一定程度后,物质是都可以导电的,我们称这个电压叫击穿电压。电容也不例外,电容被击穿后,就不是绝缘体了。不过在中学阶段,这样的电压在电路中是见不到的,所以都是在击穿电压以下工作的,可以被当做绝缘体看。
但是,在交流电路中,因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的。而电容器充放电的过程是有时间的,这个时候,在极板间形成变化的电场,而这个电场也是随时间变化的函数。实际上,电流是通过电场的形式在电容器间通过的。
在中学阶段,有句话,就叫通交流,阻直流,说的就是电容的这个性质。
3.陶瓷电容器
用陶瓷做介质。在陶瓷基体两面喷涂银层,然后烧成银质薄膜作极板制成。其特点是:体积小、耐热性好、损耗小、绝缘电阻高,但容量小,适用于高频电路。铁电陶瓷电容容量较大,但损耗和温度系数较大,适用于低频电路。
4.云母电容器
用金属箔或在云母片上喷涂银层做电极板,极板和云母一层一层叠合后,再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。其特点是:介质损耗小、绝缘电阻大。温度系数小,适用于高频电路。
5.薄膜电容器
结构相同于纸介电容器。涤纶薄膜电容,介质常数较高,体积小、容量大、稳定性较好,适宜做旁路电容。介质损耗小、绝缘电阻高,但温度系数大,可用于高频电路。
在高频PCB板级EMC设计时,电容通常被选择作为***元件,因为在产品构成之后它们是容易安装型的——将它们在一个接收1器中或一个PCB上的两个终端简单地焊接起来,通过这种方式提供一个低阻路径去转移噪声电流。若电容器所在电路中的工作电压高于电容器的额定电压,往往电容器极易发生击穿现象,使整个电路无法正常工作。例如在产品外围电缆的信号线和回路线之间可以放置一个电容,这样做是为了转移高频噪声电流并且防止它出现在外围电缆上,否则它的辐射效率将相当大。一个经验法则是:对于转移噪声电流。
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