中華人民共和國森林法(試行)

[拼音]:dianrongqi

[英文]:capacitor

以儲存電荷為特徵、能隔斷直流而允許交流電流通過的電子元件。電容器是各類電子裝置大量使用的不可缺少的基本元件之一。各種電容器在電嚨a href='http://www.baiven.com/baike/220/260253.html' target='_blank' >分心芷鴆煌淖饔茫珩詈蝦透糝繃鰲⑴月貳⒄髀瞬ā⒏咂德瞬ā⒌饜場⒋⒛芎頭制檔取5縟萜饔Ω蕕緶分械繆埂⑵德省⑿藕挪ㄐ巍⒔恢繃鞽煞趾臀率忍跫醇右匝∮謾Ⅻ/p>

發展簡況

最原始的電容器是1745年荷蘭萊頓大學P.穆森布羅克發明的萊頓瓶,它是玻璃電容器的雛形。1874年德國M.鮑爾發明雲母電容器。1876年英國D.斐茨傑拉德發明紙介電容器。1900年義大利L.隆巴迪發明瓷介電容器。30年代人們發現在陶瓷中新增鈦酸鹽可使介電常數成倍增長,因而製造出較便宜的瓷介電容器。1921年出現液體鋁電解電容器,1938年前後改進為由多孔紙浸漬電糊的乾式鋁電解電容器。1949年出現液體燒結鉭電解電容器,1956年製成固體燒結鉭電解電容器。50年代初,電晶體發明後,元件向小型化方向發展。隨著混合積體電路的發展,又出現了無引線的超小型片狀電容器和其他外貼電容器。

基本原理

電容器是由兩個電極及其間的介電材料構成的。介電材料是一種電介質,當被置於兩塊帶有等量異性電荷的平行極板間的電場中時,由於極化而在介質表面產生極化電荷,遂使束縛在極板上的電荷相應增加,維持極板間的電位差不變。這就是電容器具有電容特徵的原因。電容器中儲存的電量Q等於電容量C與電極間的電位差U 的乘積。電容量與極板面積和介電材料的介電常數 ε成正比,與介電材料厚度(即極板間的距離)成反比。

介電材料

電容器所用介電材料主要為固體,可分為有機和無機兩大類。根據分子結構形式,無機介電材料有微晶離子結構、無定形結構和兩者兼有的結構(如陶瓷、玻璃、雲母等)。有機介電材料主要為共價鍵組成的高分子結構,按結構對稱與否又可分為非極性(如聚丙烯、聚苯乙烯等)和極性(聚對苯二甲酸乙二酯等)兩類。電解電容器所用介質是直接生長在陽極金屬上的氧化膜,也是離子型結構。

介電材料在外電場作尹a href='http://www.baiven.com/baike/224/271348.html' target='_blank' >孟祿岱⑸⑺鷙摹⒌緄己突鞔┑認窒螅譴磣諾緗櫓實幕咎匭裕廡┨匭雜秩【鯰謐櫸趾頭腫詠峁剮問健Ⅻ/p>

非極性有機材料和離子結構較完善而緊密的無機材料的極化,屬於快速極化型別;而極性有機材料和結構鬆弛的離子晶體則屬於緩慢極化型別。前者介電常數 ε較低,損耗角正切tgδ值很小,溫度、頻率特性較好,且體積電阻率也較高;後者則大致相反。工程用介電材料不是理想的電介質,具有不同程度的雜質、缺陷和不均勻性。這是產生不同的體積電阻率ρV和擊穿場強Eb的原因。附表列出電容器常用介電材料的極化形式及其介電特性。

引數

電容器的主要引數有標稱電容量及允許偏差、額定電壓、損耗角正切、絕緣電阻(或時間常數)、溫度特性和頻率特性等。

標稱電容量及允許偏差

標誌在每個電容器上的設計電容量稱標稱電容量,有規定的標準系列。標稱電容量與實際值之間會有差異,但應在允許偏差範圍內。這種預先規定的偏差範圍稱允許偏差,常用的有±5%、±10%、±20%三級,精密的可優於0.1%。電容器常以微法(μF)和皮法(pF)為電容量的單位。

額定電壓

在規定的環境條件下電容器允許連續施加的最高直流電壓,有規定的標準系列。電路中使用的電容器承受工作電壓不應超過額定電壓值,降壓使用則有利於電容器的使用壽命。

損耗角正切

表徵電容器在交變電場中所消耗的有功功率(消耗功率)與無功功率之比,以 tgδ表示。其中 δ是電容器的總電流與無功電流間的夾角,稱為損耗角。它與溫度、頻率密切相關。

絕緣電阻

電容器兩引出端間的直流電阻值。既表示電容器所用的介電材料的絕緣效能,又表示其外殼或外部保護層的絕緣質量。它隨溫度增高而按指數關係下降,單位為歐(Ω)或兆歐(MΩ)。容量較大(大於 0.1微法)的電容器用時間常數來表徵絕緣質量,其值等於絕緣電阻與電容量的乘積,單位為兆歐微法(MΩ·μF)或秒(s)。這樣可消除大容量電容器由於所用極板面積增大而必然導致絕緣電阻下降所帶來的假象,以表示其內函質量。電解電容器的絕緣質量用漏電流來表示,單位為微安(μA)或毫安(mA)。

溫度特性和頻率特性

當環境溫度升高時,電容器的絕緣電阻急劇下降。電容量與損耗角正切隨溫度的變化,因所用的介電材料而異。一般地說,非極性有機材料和結構緊密的優質無機材料,電容量受溫度的影響較小且變化有規律。對這類電容器常用電容溫度係數(在規定的正溫區內,每一攝氏度引起的電容量的相對變化率,以ppm/℃為單位)來表示。其他型別的電容器的電容量隨溫度變化較大,一般只規定允許使用的正、負極限溫度(稱類別溫度範圍)下的電容量與室溫下的電容量間的相對變化率。電容器的損耗角正切一般隨溫度升高先減小,隨後又增大;而當溫度降低時,損耗角正切則迅速增大。

電容器在低頻下使用時,可視為由一電容和一電阻相併聯的電路。當使用頻率增高時,其固有的電感和由電極與引線等形成的高頻電阻以及接觸電阻所產生的影響便非常突出,這時電容器可視為由電阻、電感、電容組成的等效串聯網路。電容量將隨頻率增高而下降,損耗角正切值超過一定頻率將迅速上升。這些均與介電材料和電容器的結構、尺寸有關。當使用頻率升高時,將出現充電放電速率延緩、高頻旁路能力減弱、高頻功率損耗增大等情況。有些電容器在低頻下使用時效能良好,但在高頻下效能就變壞,甚至根本不能用。極性電解電容器只能用於脈動直流電路。在使用電解電容器時,不能超過技術條件規定的直流電壓和允許的紋波電壓峰值,兩者之和不超過額定電壓,兩者之差不使電容器處於反向工作狀態。

分類

電容器按電容量在使用中能否改變,分為固定電容器和可變電容器(包括微調)兩類。

空氣可變電容器

以空氣為介質,由固定極板和可轉動極板構成,它的電容量在一定範圍內連續可調。根據電容量隨動片轉動角度變化的規律,分為直線電容式、直線波長式、直線頻率式和對數式四種。空氣可變電容器具有能精確調節電容量、介質損耗小 (Q值高)、絕緣電阻高等特點,適用於高頻調諧和振盪迴路。常見的是雙聯或三聯統調結構,各聯應能精確跟蹤基準聯。選用空氣可變電容器時應注意電容量的最大與最小值及其比值、動片旋轉力矩、調諧精度和刻度的重複性等要求。

塑料薄膜可變電容器

用很薄的塑料膜來代替空氣間隙,可使電容器體積變小。除用於調幅收音機外,還可製成調幅調頻兩用的型式。缺點是長期穩定性、使用壽命等方面均比空氣介質的差,電容量也較小。

微調電容器

分為空氣介質和無機材料介質兩類。前者主要用於輔助主調可變電容器而達到精密調節電容量的目的,電容量變化範圍很窄,但連續可變。後者以圓片形陶瓷微調電容器應用最廣。此外還有管形微調結構,是用可微調的金屬桿作內電極,以燒滲銀層作外電極,介質是玻璃或陶瓷管。它的微調精度很高,常用於精密電子儀器。

雲母電容器

以白雲母薄片敷以燒滲銀漿作電極經疊壓而成。耐熱性、高頻性和穩定性均優,適用於高頻電路。可製成精密和標準電容器。雲母電容器對原材料質量要求高,材料利用率低,價格較貴,在不少情況下常用電容器瓷、聚苯乙烯、聚丙烯等材料製成的電容器來代替。

Ⅰ類瓷介電容器

它的介質主要是鹼土金屬或稀土金屬的鈦酸鹽、錫酸鹽的固熔體。高頻效能好,廣泛用於高頻耦合、旁路、隔直流、振盪等電路中。另外,還可製成具有各種溫度係數的電容器,用於溫度補償電路。在大功率發射機和高頻加熱裝置中的高壓、大功率電容器均以陶瓷為介質。在陶瓷薄膜上,敷以金屬漿為電極,疊壓燒結而成獨石結構電容器,具有小型化的優點。

Ⅱ類瓷介電容器

它的介質是用鈦酸鋇或其他類似材料(鈦酸鈣、鈦酸鍶等)形成的固熔體。這些介質有極高的介電常數,所以可製成體積小、容量大的電容器。利用陶瓷成膜技術製成的獨石結構電容器體積更小。但這類電容器電效能較差、受溫度的影響較大、穩定性也不好,只適用於低壓、直流和低頻電路。

玻璃電容器

以玻璃薄膜為介質,用金屬箔或燒滲金屬層作電極,經疊壓煅燒成整體密封結構。用不同配方的玻璃介質可製成具有不同電效能的電容器。

紙介電容器

以浸漬相應浸漬劑的電容器紙為介電材料,用鋁箔作電極,經卷繞而成。價格低、電容量中等,工作電壓範圍廣,是最通用的一種電容器。適用於直流或脈動電路。另有用蒸發澱積鋅或鋁膜代替鋁箔作電極的,稱為金屬化紙介電容器。它不僅體積較小而且具有“自愈能力”,即電介質被瞬時擊穿後,電容器仍能恢復,繼續工作。

塑料薄膜電容器

採用聚酯(或稱滌綸)和聚碳酸酯等可製作極性塑料薄膜電容器。這些介質材料的特點是介電常數較大,耐熱(105~125℃)和工作場強較高。聚酯薄膜電容器適用於直流和脈動電路,聚碳酸酯薄膜電容器適用於交流電路。這兩種材料均適宜作金屬化電極,可代替電容器紙。但塑料薄膜缺少吸收浸漬劑的能力,所以只能用於低壓電路。將塑料薄膜與電容器紙疊合製成的紙膜複合介質電容器,同時具有兩者的優點,屬於高壓電容器,在小型化和耐熱性方面均較紙介電容器為優。另外,採用聚苯乙烯、聚丙烯等可製作非極性塑料薄膜電容器,介電效能、溫度特性和頻率特性都比較好,因而適用於高頻電路。聚苯乙烯電容器的電容量穩定性好,可用作高精度的電容器,但體積較大,工作溫度不宜超過70℃;聚丙烯電容器工作溫度可達 125℃,而聚四氟乙烯電容器可達200℃,但價格較貴。

電解電容器

電解電容器以各種閥金屬為正極,以其表面上形成的一層氧化膜為介質(介質與正極是不可分離的整體);負極是非固體電解質或固體電解質。它的特點是電容量很大,低壓電解電容器可達數萬微法以上。適用於整流、濾波、儲能等;一般只能用在直流和含有交流分量的脈動電路中,而且有正、負極性之分,使用時不能反接。鋁電解電容器以鋁箔為電極,襯墊物浸以糊狀電解質。鉭箔電解電容器具有類似結構,但鉭的化學性質穩定,故可靠性較高,並且工作溫度可達125℃。這兩種電容器若在負極金屬箔上也形成氧化膜,可製成雙極性電解電容器,引出端便不再分為正負極,可應用於極性經常變換的脈動電路和短暫使用的交流電路。另一種電解電容器採用閥金屬粉壓制、燒結成的多孔性電極,稱為燒結型電解電容器,體積更小。電解質有液體和固體的兩種。固體電解質不存在電解液於涸的問題,因此固體鉭電容器的穩定性好、壽命長,其中樹脂包封的固體鉭片電容器應用更為廣泛。

雙電層電容器

基於介面雙電層理論而設計的電容器,為70年代初出現的新品種。由集電極(如金屬外殼)、多孔電極(如活性炭)和工作電解質構成。在低於電解質分解電壓的外加電壓下,電解質的離子電荷與由外電源供給多孔電極的束縛電荷組成穩定的雙電層,具有儲存和傳遞電荷的作用,因此呈現電容特性。這種電容器的單位體積內的電容量特別大(如3法/釐米3),很容易獲得幾十法的電容量。主要用於微型計算機備用電源及低壓輔助電源。

展望

電容器的發展趨勢是:

(1)提高主要引數水平,適應更惡劣的環境條件,進一步提高可靠性。

(2)向更小型化發展,以節約原材料和能源。

(3)平面化、片狀化、微型化電容器的比例正進一步提高。獨石瓷介電容器、微型鉭片電容器、小型鋁電解電容器和單片瓷介電容器的產品將大大增加。電容器與電阻器或電感器組成平面組合件的趨勢受到人們重視。塑料薄膜電容器將會有新的發展,雲母和紙介電容器有被進一步取代的趨勢。

參考文章

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