电容

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电学物理量之一
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定义
电容器所带电量Q与电容器两极间的电压U的比值，叫电容器的电容。在电路学里，给定电势差，电容器储存电荷的能力，称为电容（capacitance），标记为C。采用国际单位制，电容的单位是法拉（farad），标记为F。
电容的符号是C。
C=εS/d=ε0εrS/4πkd（真空）=Q/U
单位及转换
在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F，由于法拉这个单位太大，所以常用的电容单位有毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）等，换算关系是：
1法拉（F）= 10^3毫法（mF）=10^6微法（μF）=10^9纳法（nF）=10^12皮法（pF）=10^15fF
电容与电池容量的关系：
1伏安时=1瓦时=3600焦耳
W=0.5CUU
计算公式
一个电容器，如果带1库的电量时两级间的电势差是1伏，这个电容器的电容就是1法拉，即：C=Q/U 。但电容的大小不是由Q（带电量）或U（电压）决定的，即电容的决定式为：C=εrS/4πkd 。其中，εr是相对介电常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k则是静电力常量。常见的平行板电容器，电容为C=εS/d（ε为极板间介质的介电常数，ε=εrε0，ε0=1/4πk,S为极板面积，d为极板间的距离）。
定义式：
电容器的电势能计算公式：E=C*（U^2）/2=QU/2=（Q^2）/2C
多电容器并联计算公式：C=C1+C2+C3+…+Cn
多电容器串联计算公式：1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn
三电容器串联：C=（C1*C2*C3）/（C1*C2+C2*C3+C1*C3） 
电容的作用
1）旁路
旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好的防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。地电位是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。
2）去耦
去耦，又称解耦。从电路来说， 总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大， 驱动电路要把电容充电、放电， 才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候， 电流比较大， 这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感）会产生反弹，这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作，这就是所谓的“耦合”。
去耦电容就是起到一个“电池”的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰，在电路中进一步减小电源与参考地之间的高频干扰阻抗。
将旁路电容和去耦电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去耦合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提供一条低阻抗泄放途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般取0.1μF、0.01μF 等；而去耦合电容的容量一般较大，可能是10μF 或者更大，依据电路中分布参数、以及驱动电流的变化大小来确定。旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源。这是他们的本质区别。
3）滤波
从理论上（即假设电容为纯电容）说，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。但实际上超过1μF 的电容大多为电解电容，有很大的电感成份，所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容，这时大电容滤低频，小电容滤高频。电容的作用就是通交流隔直流，通高频阻低频。电容越大高频越容易通过。具体用在滤波中，大电容（1000μF）滤低频，小电容（20pF）滤高频。曾有网友形象地将滤波电容比作“水塘”。由于电容的两端电压不会突变，由此可知，信号频率越高则衰减越大，可很形象的说电容像个水塘，不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。它把电压的变动转化为电流的变化，频率越高，峰值电流就越大，从而缓冲了电压。滤波就是充电，放电的过程。
4）储能
储能型电容器通过整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。电压额定值为40～450VDC、电容值在220～150 000μF 之间的铝电解电容器是较为常用的。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其组合的形式， 对于功率级超过10KW 的电源，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。
万用表检测电容
用数字万用表检测电容器，可按以下方法进行。
一、用电容档直接检测
某些数字万用表具有测量电容的功能，其量程分为2000p、20n、200n、2μ和20μ五档。测量时可将已放电的电容两引脚直接插入表板上的Cx插孔，选取适当的量程后就可读取显示数据。
2000p档，宜于测量小于2000pF的电容；20n档，宜于测量2000pF至20nF之间的电容；200n档，宜于测量20nF至200nF之间的电容；2μ档，宜于测量200nF至2μF之间的电容；20μ档，宜于测量2μF至20μF之间的电容。
经验证明，有些型号的数字万用表（例如DT890B+）在测量50pF以下的小容量电容器时误差较大，测量20pF以下电容几乎没有参考价值。此时可采用并联法测量小值电容。方法是：先找一只220pF左右的电容，用数字万用表测出其实际容量C1,然后把待测小电容与之并联测出其总容量C2，则两者之差（C1－C2）即是待测小电容的容量。用此法测量1～20pF的小容量电容很准确。
二、用电阻档检测
实践证明，利用数字万用表也可观察电容器的充电过程，这实际上是以离散的数字量反映充电电压的变化情况。设数字万用表的测量速率为n次/秒，则在观察电容器的充电过程中，每秒钟即可看到n个彼此独立且依次增大的读数。根据数字万用表的这一显示特点，可以检测电容器的好坏和估测电容量的大小。下面介绍的是使用数字万用表电阻档检测电容器的方法，对于未设置电容档的仪表很有实用价值。此方法适用于测量0.1μF～几千微法的大容量电容器。
三、用电压档检测
用数字万用表直流电压档检测电容器，实际上是一种间接测量法，此法可测量220pF～1μF的小容量电容器，并且能精确测出电容器漏电流的大小。
电容的种类
电容的种类可以从原理上分为：无极性可变电容、无极性固定电容、有极性电容等，从材料上可以分为：CBB电容（聚乙烯），涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等。
无极性可变电容
制作工艺：可旋转动片为陶瓷片表面镀金属薄膜，定片为镀有金属膜的陶瓷底；动片为同轴金属片，定片为有机薄膜片作介质
优点：容易生产，技术含量低。
缺点：体积大，容量小
用途：改变震荡及谐振频率电路。调频、调幅、发射/接收电路
无极性无感CBB电容
制作工艺：2层聚丙乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。
优点：无感，高频特性好，体积较小
缺点：不适合做大容量，价格比较高，耐热性能较差。
用途：耦合/震荡，音响，模拟/数字电路，高频电源滤波/退耦
无极性CBB电容
制作工艺：2层聚乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。
优点：有感，高频特性好，体积较小
缺点：不适合做大容量，价格比较高，耐热性能较差。
用途：耦合/震荡，模拟/数字电路，电源滤波/退耦
无极性瓷片电容
制作工艺：薄瓷片两面渡金属膜银而成。
优点：体积小，耐压高，价格低，频率高（有一种是高频电容）
缺点：易碎，容量低
用途：高频震荡、谐振、退耦、音响
无极性云母电容
制作工艺：云母片上镀两层金属薄膜
优点：容易生产，技术含量低。
缺点：体积大，容量小用途：震荡、谐振、退耦及要求不高的电路无极性独石电容体积比CBB更小，其他同CBB，有感
用途：模拟/数字电路信号旁路/滤波，音响
有极性电解电容
制作工艺：两片铝带和两层绝缘膜相互层叠，转捆后浸在电解液中。
优点：容量大。
缺点：高频特性不好。
用途：低频级间耦合、旁路、退耦、电源滤波、音响
钽电容
制作工艺：用金属钽作为正极，在电解质外喷上金属作为负极。
优点：稳定性好，容量大，高频特性好。
缺点：造价高。
用途：高精度电源滤波、信号级间耦合、高频电路、音响电路
聚酯（涤纶）电容
符号：CL
电容量：40p--4u
额定电压：63--630V
主要特点：小体积，大容量，耐热耐湿，稳定性差
应用：对稳定性和损耗要求不高的低频电路
聚苯乙烯电容
符号：CB
电容量：10p--1u
额定电压：100V--30KV
主要特点：稳定，低损耗，体积较大
应用：对稳定性和损耗要求较高的电路
聚丙烯电容
符号：CBB
电容量：1000p--10u
额定电压：63--2000V
主要特点：性能与聚苯相似但体积小，稳定性略差
应用：代替大部分聚苯或云母电容，用于要求较高的电路
云母电容
符号：CY
电容量：10p--0.1u
额定电压：100V--7kV
主要特点：高稳定性，高可靠性，温度系数小
应用：高频振荡，脉冲等要求较高的电路
高频瓷介电容
符号：CC
电容量：1--6800p
额定电压：63--500V
主要特点：高频损耗小，稳定性好
应用：高频电路
低频瓷介电容
符号：CT
电容量：10p--4.7u
额定电压：50V--100V
主要特点：体积小，价廉，损耗大，稳定性差
应用：要求不高的低频电路
玻璃釉电容
符号：CI
电容量：10p--0.1u
额定电压：63--400V
主要特点：稳定性较好，损耗小，耐高温（200度）
应用：脉冲、耦合、旁路等电路
铝电解电容
符号：CD
电容量：0.47--10000u
额定电压：6.3--450V
主要特点：体积小，容量大，损耗大，漏电大
应用：电源滤波，低频耦合，去耦，旁路等
钽电解电容（CA）、铌电解电容（CN）
电容量：0.1--1000u
额定电压：6.3--125V
主要特点：损耗、漏电小于铝电解电容
应用：在要求高的电路中代替铝电解电容
空气介质可变电容器
可变电容量：100--1500p
主要特点：损耗小，效率高；可根据要求制成直线式、直线波长式、直线频率式及对数式 等
应用：电子仪器，广播电视设备等
薄膜介质可变电容器
可变电容量：15--550p
主要特点：体积小，重量轻；损耗比空气介质的大
应用：通讯，广播接收机等
薄膜介质微调电容器
符号： 可变电容量：1--29p
主要特点：损耗较大，体积小
应用：收录机，电子仪器等电路作电路补偿
陶瓷介质微调电容器
符号： 可变电容量：0.3--22p
主要特点：损耗较小，体积较小
应用：精密调谐的高频振荡回路


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