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电容器特性


发布时间: 09-18 10:55 浏览次数:37

与不起眼的电容器相关的电容器特性和规格令人眼花缭乱,读取打印在电容器主体上的信息有时很难理解,尤其是在使用颜色或数字代码时。

每个系列或类型的电容器都使用自己独特的电容器特性和识别系统,其中一些系统易于理解,而其他系统则使用误导性的字母,颜色或符号。

确定标签所指电容器特性的最佳方法是首先确定电容器属于哪种类型的系列,是陶瓷、薄膜、塑料还是电解电容器,从中可以更容易地识别特定的电容器特性。

即使两个电容器可能具有完全相同的电容值,它们也可能具有不同的额定电压。如果用较小的额定电压电容器代替较高额定电压的电容器,则增加的电压可能会损坏较小的电容器。

我们还记得上一个教程中,对于极化电解电容器,正极引线必须连接到正极连接,负极引线必须连接到负极连接,否则可能会再次损坏。因此,最好用与指定电容器相同的类型替换旧的或损坏的电容器。下面给出了电容器标记的示例。

电容器特性

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与任何其他电子元件一样,电容器由一系列特性定义。这些电容器特性始终可以在电容器制造商提供给我们的数据表中找到,因此这里只是一些更重要的。

电容器特性 – 标称电容,(C)

电容器的电容C的标称值是所有电容器特性中最重要的。该值以皮法拉 (pF)、纳法拉 (nF) 或微法拉 (μF) 为单位,并以数字、字母或彩色带的形式标记在电容器主体上。

电容器的电容可以随电路频率(Hz)y随环境温度而变化。较小的陶瓷电容器的标称值可以低至一皮法拉(1pF),而较大的电解电容的标称电容值可以低至一法拉(1F)。

所有电容器的公差额定值范围为-20%至+80%,适用于影响其实际或实际值的铝电解电容器。电容的选择取决于电路配置,但电容器侧面读取的值不一定是其实际值。

电容器特性 – 工作电压,(WV)

工作电压是另一个重要的电容器特性,它定义了最大连续电压 DC 或 AC,可以在电容器的工作寿命期间无故障地施加到电容器上。通常,印在电容器主体侧面的工作电压是指其直流工作电压(WVDC)。

电容器的直流和交流电压值通常不同,因为交流电压值是指均方根值,而不是大于 1.414 倍的最大值或峰值。此外,指定的直流工作电压在一定温度范围内有效,通常为 -30°C 至 +70°C。

任何超过其工作电压的直流电压或过多的交流纹波电流都可能导致故障。因此,如果在凉爽的环境中并在其额定电压内工作,电容器将具有更长的工作寿命。常见的工作直流电压为10V,16V,25V,35V,50V,63V,100V,160V,250V,400V和1000V,并印刷在电容器的主体上。

电容器特性 – 容差,(±%)

与电阻器一样,电容器的容差额定值也以正负值表示,对于通常小于 100pF 的低值电容器,以皮法 (±pF) 为单位,对于通常高于 100pF 的高值电容器,以百分比 (±%) 表示。

容差值是允许实际电容与其标称值变化的程度,范围从-20%到+80%。因此,容差为 ±100% 的 20μF 电容器可以合法地在 80μF 至 120μF 范围内变化,但仍保持在容差范围内。

电容器的额定值取决于它们与额定标称电容的接近程度,并用彩色带或字母表示其实际容差。电容器最常见的容差变化是5%或10%,但一些塑料电容器的额定值低至±1%。

电容器特性 – 漏电流

电容器内部用于分离导电板的电介质不是完美的绝缘体,由于施加到恒定电源电压时,由于电荷在板上建立的强大电场的影响,导致非常小的电流流过或“泄漏”电介质。

这种在纳安(nA)范围内的小直流电流称为电容器漏电流。漏电流是电子物理通过介电介质、其边缘或引线的结果,如果电源电压被移除,随着时间的推移,电容器将完全放电。

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当泄漏非常低时,例如在薄膜或箔型电容器中,它通常被称为“绝缘电阻”(Rp),并可表示为如图所示与电容器并联的高值电阻。当电解液中的漏电流很高时,它被称为“漏电流”,因为电子直接流过电解质。

电容器漏电流是放大器耦合电路或电源电路中的一个重要参数,耦合和/或存储应用的最佳选择是特氟龙和其他塑料电容器类型(聚丙烯、聚苯乙烯等),因为介电常数越低,绝缘电阻越高。

另一方面,电解型电容器(钽和铝)可能具有非常高的电容,但由于其隔离电阻差,它们也具有非常高的漏电流(通常约为每μF约5-20μA),因此不适合存储或耦合应用。此外,铝电解液的漏电流流量随温度增加。

电容器特性 – 工作温度,(T)

由于介电特性的变化,电容器周围温度的变化会影响电容的值。如果空气或周围温度变热或变冷,电容器的电容值可能会变化很大,从而影响电路的正确操作。大多数电容器的正常工作范围为-30oC 至 +125oC 额定额定电压,工作温度不超过 +70oC 特别适用于塑料电容器类型。

通常用于电解电容器,尤其是铝电解电容器,在高温(超过+85oC 电解液内的液体可能会因蒸发而损失,电容器的主体(尤其是小尺寸电容器)可能会因内部压力而变形并彻底泄漏。另外,电解电容器不能在低温下使用,低于-10oC,随着电解质果冻冻结。

温度系数,(TC)

电容器的温度系数是其电容在指定温度范围内的最大变化。电容器的温度系数通常以百万分之一/摄氏度(PPM/oC),或在特定温度范围内的变化百分比。一些电容器是非线性的(2类电容器),随着温度的升高而增加其值,使它们的温度系数表示为正“P”。

一些电容器会随着温度的升高而降低其值,从而使其温度系数表示为负“N”。例如,“P100”是 +100 ppm/oC 或“N200”,即 -200 ppm/oC等。但是,有些电容器不会改变其值并在一定温度范围内保持恒定,此类电容器具有零温度系数或“NPO”。这些类型的电容器(如云母或聚酯)通常称为 1 类电容器。

大多数电容器,尤其是电解电容器在变热时会失去电容,但温度补偿电容器的温度范围至少为 P1000 至 N5000(+1000 ppm/oC 至 -5000 ppm/oC).也可以将具有正温度系数的电容器与具有负温度系数的电容器串联或并联,最终结果是两种相反的效应将在一定的温度范围内相互抵消。温度系数电容器的另一个有用应用是使用它们来抵消温度对电路中其他元件的影响,例如电感器或电阻器等。

极化

电容器极化通常是指电解型电容器,但主要是铝电解电容器,就其电气连接而言。大多数电解电容器是极化类型,即连接到电容器端子的电压必须具有正确的极性,即正到正,负到负。

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不正确的极化会导致电容器内部的氧化层击穿,从而导致非常大的电流流过器件,从而导致我们前面提到的破坏。

如图所示,大多数电解电容器的负极 -ve 端子在其主体一侧清楚地标有黑色条纹、带、箭头或 V 形,以防止与直流电源的任何错误连接。

一些较大的电解液的金属罐或主体连接到负极端子,但高压类型的金属罐绝缘,电极被带到单独的铲形或螺丝端子上以确保安全。

此外,在电源平滑电路中使用铝电解时,应注意防止峰值直流电压和交流纹波电压的总和成为“反向电压”。

等效串联电阻 (ESR)

电容器的等效串联电阻或ESR是在高频下使用时电容器的交流阻抗,包括介电材料的电阻,端子引线的直流电阻,电介质连接的直流电阻和电容器板电阻,所有这些都在特定频率和温度下测量。

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红沉降率模型

在某些方面,ESR与绝缘电阻相反,绝缘电阻表现为与电容器并联的纯电阻(无容性或感性电抗)。理想的电容器只有电容,但ESR表示为与电容器串联的纯电阻(小于0.1Ω)(因此称为等效串联电阻),并且与频率相关,使其成为“动态”量。

由于ESR定义了电容器的“等效”串联电阻的能量损耗,因此必须确定电容器的整体我2R热损耗,特别是在电源和开关电路中使用时。

具有相对高ESR的电容器由于其充电和放电RC时间常数较长,因此将电流从其板传递到外部电路的能力较低。电解电容器的ESR随着电解质的干涸而随着时间的推移而增加。可提供具有极低 ESR 额定值的电容器,最适合将电容器用作滤波器。

最后,具有小电容(小于0.01μF)的电容器通常不会对人体构成太大危险。然而,当它们的电容开始超过0.1μF时,接触电容引线可能是一种令人震惊的体验。

即使没有电路电流流动,电容器也能够以电压的形式存储电荷,从而为它们提供一种存储器,在电视机、照片闪光灯和电容器组中发现的大型电解型储液电容器可能存储致命电荷。

作为一般经验法则,一旦电源被移除,切勿触摸大值电容器的引线。如果您不确定它们的状况或这些大电容器的安全处理,请在处理它们之前寻求帮助或专家建议。

我们在这里只列出了可用于识别和定义其工作条件的众多电容器特性中的一小部分,在有关电容器的下一教程中,我们将研究电容器如何在其板上存储电荷并使用它来计算其电容值。

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