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电容器的定义:
电容器是什么?顾名思义,就是容纳电荷的器件。当导体的周围有其他物体存在时,这个导体的电容就会受到影响。因此,有必要设计一种导体组合,其电容量值较大,而几何尺寸尽可能地小,而且还要不受其他物体的影响。这样的导体组合就是电容器。在物理学中电容器的概念可表述为:“在周围没有其他带电导体影响时,由两个导体组成的导体体系”。电容器的电容(或称电容量)定义为:当电容器的两极板分别带有等值异号电荷q时,电量q与两极板间相应的电位差UA - UB的比值。

 

电容器的参数:
电压

(1)额定电压(rated voltage)是电容器两端可以持续施加的电压,一般电容器为直流电压,通常在电容器上标注VDC。而专用于交流电的则为交流有效值电压,通常在电容器上标注VAC。电容器的交流额定电压低于直流额定电压,如交流220V的额定电压对应的是直流630V额定电压。

(2)浪涌电压(surge voltage)是电解电容器特有的电压参数,是电解电容器可以短时承受的过电压,这个浪涌电压约为额定电压的1. 15倍。

(3)瞬时过电压(transient voltagc)是铝电解电容器特有的电压参数,是电解电容器可以瞬时承受的过电压,这个浪涌电压约为额定电压的1.3倍,是铝电解电容器的击穿电压值

(4)介电强度(dielectric  strength)是电容器的额定电压低于电容器中介质的击穿电压。由于制作工艺的不同,击穿电压与电容器的额定电压的差值也不尽相同。如铝电解电容器的氧化铝介质可以控制得非常精确,故一般的击穿电压约为额定电压的1. 3倍;其他介质则通常为1. 75~2倍以上,抑制电源电磁干扰电容器需要更高的比值,以确保电气安全。

(5)验电压(test voltage)是薄膜电容器在最不利的条件下能够长时间承受的过电压能力,通常为1.25~1. 75倍额定电压,并且在最高温度下测试。

电容量

电容器的电容量( capacitance)由测量交流容量时所呈现的阻抗决定。通常交流电容量随频率、电压以及测量方法的变化而变化,只不过不同规格的电容器变化程度不一样而已,除非要求电容量特别精确、温度特性特别稳定。尽管电容器的电容量在不同的条件(如频率、温度、电压)F会有些变化,但是,除了高介电系数的陶瓷电容器外,一般电容器的电容量随应用条件的变化低于电容量的容差精度。

电容量的容差

电容器在制造过程中不可能确保每个电容器的电容量都与设计值(或标称值)完全一致,总是存在一定的偏差,即电容器电容量的容差(tol-erance),有时俗称电容量的误差。电容器电容量的容差多以百分数表示。多数电容器电容量的容差为J级:士5%、K级:士10%、M级:士20%、s级:±50%/-20%、Z级:土80%/- 20%。除少数对电容器的容般为K级:士10%,也有用M级:±20%甚至z级:±80%/一20%。

损耗因数

由于漏电流、介质吸收、等效串联电阻等原因产生的损耗,它与工作频率有关系。其中介质吸收,只要足够低,其造成的介电系数的变化通常可以忽略。由于介质在电场下的极化过程使分子间碰撞而消耗能量而产生损耗,因而也造成了介电系数的下降。在频率比较低的情况下,介质吸收所产生的损耗很低,通常可以忽略,损耗因数主要是由电容器的ESR造成的。例如,在电解电容器中,等效串联电阻是造成损耗的主要原因,而漏电流、介质吸收造成的损耗则可以忽略不计。因此,电解电容器的损耗因数(dissipation factor)则以串联等效电阻ESR同容抗I/ωC之比,有时也称损耗角正切( tanδ)表示。因此,电解电容器的损耗角正切(tanδ)是随频率近似线性上升的。

然而,当频率很高时,介质损耗已经不可忽略,这时损耗因数中介质损耗的因素开始占主导地位,损耗因数将随频率急剧上升。如果频率继续升高损耗因数的贡献就成为介质加热了,最典型的就是微波炉,其工作频率高达2450MHz。

损耗因数标志着电容器本身在工作时的自身损耗的大小,这个损耗的大小可以定义为:在电容器被施加交流电时,每个周期电容器产生的损耗与每个周期电容器存储的功率之比。即

 

这就是电容器损耗因数的最基本定义。

这个表述方式与电工技术中的功率因数相同,因此有些文献就将损耗因数翻译成功率因数,但是二者的意义是不同的,这里还是以损耗因数表述为好。

等效串联电阻

电容器电极到引出端的电阻,一般箔式电容器的等效串联电P(ESR)比金属化电容器的ESR小,双金属化和加重金属化的ESR比一般金属化的ESR小,多引出线的ESR比单引出线的ESR小,平面电极板的ESR比粗糙电饭板的ESR小,等等。

温度系数

温度系数(temperature characteristics)是电容量随温度变化的程度,有的介质的介电系数随温度的升高而变大,人多数介质都属于这一类,通常其变化范围小于容差范围;而有的介质的介电系数随温度的上升而减小,如聚丙烯;有的介质的介电系数则可能在不同的温度范围而有不同的变化,像Ⅱ类陶瓷介质电容器。

工作温度范围

任何介质都存在工作温度范围(operation temperature),过高的温度会使介质的物理特性发生变化(如熔化、介电强度下降)和化学变化(如碳化)而不再满足电容器介质性能的要求;电解电容器则要避免电解液的蒸发而造成电容器的永久损坏。

漏电流

电容器的漏电流(leakage current)主要是介质的绝缘电阻不是无限大和介质存在的缺陷(杂质)而产生的。不同的介质,漏电流不一样,如铝电解电容器的漏电流主要是由于氯、铁、铜离子的存在而产生的对氧化铝介质的破坏以及微型原电池效应造成的。

寿命

多数电容器在理论L没有寿命(life test)的问题,只有液态介质c电极)或介质在施加电压后出现介电系数下降才出现寿命问题。最明显的是铝电解电容器,由于铝电解电容器的负电极是电解液,当电解液干涸后铝电解电容器的负电极面积大大缩小,使电容量大大下降,当电容量下降到寿命终r值,铝电解电容器即宣告寿命终了。通常,铝电解电容器均标明最高工作温度和在这个温度下的使用寿命,如105℃/2000h。

 

 

电容器的分类:
按介质分类,电容器可分为真空电容器、空气介质电容器、云母电容器、纸介电容器、有机膜电容器(有机膜主要指聚酯电容器C过去称为涤纶电容器)、聚丙烯电容器、聚碳酸酯电容器、聚四氟乙烯电容器、聚苯乙烯电容器,等等)、复合膜电容器、陶瓷介质电容器、由氧化铝和五氧化二钽为介质的电解质电容器(即铝电解电容器、钽电解电容器)、铁电体电容器和双电层电容器(超级电容器)等。

按电极分类,电容器主要可分为金属箔电容器、金属化电容器、由电解质构成负极的电解质电容器。

按封装形式与引线方式分类,电容器主要可分为贴片电容器、轴向引线电容器、同向引线电容器、双列直插电容器、插脚式电容器、螺栓电容器、穿心电容器等。

按用途分类,电容器主要可分为用于功率因数补偿的电力电容器、高功率瞬时放电的脉冲电容器、工作电压数万甚至数l-万伏的高压电容器、中频感应加热或高频感应热的感应加热电容器、应川于高频场合的高频电容器、用于高频功率电路的高频功率电容器、工频整流滤波或直流支撑以及“高频”整流滤波的滤波电容器、为降低电源阻抗的旁路电容器、仅耦合交流信号而隔离直流工作点的耦合电容器、用于交流电动机的启动电容器和裂相电容器、用于谐振回路的谐振电容器、存储与释放电能的储能电容器、电力电子电路中的整流滤波和旁路以及缓冲等功能的电力电子电容器、用于滤除电源电磁干扰的抑制电源电磁干扰电容器、屏蔽用的穿心电容器、减缓电压上升速率的缓冲电容器等。

 
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