常用電子元器件系列講座第二講電容器上

1、學(xué)電子跟我來FOLLOW ME 61常用電子元器件系列講座第二講 電容器（上）作 者成都理工大學(xué) 奚大順 余小平編者按：正如一座巍峨的大廈是建立于無數(shù)磚瓦之上，電子電路則是由各種各樣、形形色色的電子元器件構(gòu)成，全面了解、正確地應(yīng)用這些元器件，是保證電子電路性能的基礎(chǔ)。本系列講座將介紹電阻器、電容器、電感器、變壓器、晶體管、繼電器、光電耦合器、顯示器等常用電子元器件的性能及應(yīng)用知識。一、電容器在電子電路中的應(yīng)用1、濾波電容器用于濾波最為廣泛，而且通常和電阻器、電感器聯(lián)合使用。圖1就是在電子電路中電源濾波的三種電路。其中(a為單電容濾波，(b為RC型濾波器，(c為LC型濾波器。對交流而言，濾波電容

2、器能降低動態(tài)內(nèi)阻，輸出電壓隨瞬間負載變化很小。上述電路從濾波的角度來看都屬于低通濾波器類型。圖2則是一種簡單而典型的RC 有源低通濾波器， 其低通帶截止頻率（信號電壓衰減-3dB，超過fp 每倍頻衰減-6dB）為：圖3為壓控二階RC 有源高通濾波電路，其通帶截止頻率為：低于fp 每倍頻衰減-12dB ：圖4（a）為壓控電壓源二階有源帶通濾波器，圖4（b）為一種常用的帶阻濾波器帶通和帶阻的中心頻率為 。注意：圖3和圖4的反饋電阻的分壓比不宜大于3。2、旁路圖5為NPN 管共射極放大電路。其中Ce 將發(fā)射極電流的交流成分短路（旁路），避免產(chǎn)生交流負反饋而降低放大倍數(shù)。Ce 的容抗Xc 要比Re 小

3、5倍。3、耦合與隔直圖5中的C1和C2在電路里起到傳遞交流信號的作用；在電路穩(wěn)定后，又起到隔離相鄰電路間直流電壓的作用（由于電容器在電路通斷瞬間相當于短接）。這就是常說的“RC耦合”。耦合電容的容抗Xc 要比輸入內(nèi)阻小5倍。圖中的輸入內(nèi)阻是R1，R2和(a(b圖4(a(b(c圖1圖2學(xué)電子跟我來FOLLOW ME622010 VOL.07晶體管輸入內(nèi)阻R be 三者并聯(lián)的等效值。也可以用時間常數(shù)來表征：時間常數(shù)=R×C 其最大值max=1/fmin ，fmin 為信號的最低頻率。低于此頻率難以通過耦合電路。4、諧振圖6為變壓器反饋型LC 正弦振蕩電路。其中的LC 并聯(lián)諧振回路起到關(guān)鍵

4、的選頻作用。其振蕩頻率為：LC 諧振電路的頻率選擇性很強，是無線電技術(shù)中最基本、最重要的電路。5、定時圖7(a是由555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。在輸入正脈沖的觸發(fā)下，所產(chǎn)生的輸出矩形脈沖的寬度為t w 1.1RC。圖(b是多諧振蕩器電路，其振蕩周期為T=0.7(R1+2R2C。這兩種電路中的RC 本質(zhì)上是起定時作用。第一講圖3中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器RC 定時元件也是一種典型應(yīng)用。6、移相利用RC 串聯(lián)電路對交流信號進行移相來控制可控硅導(dǎo)通角，在第一講已介紹過。利用LC 電路也可以對交流信號進行移相。7、電荷泵電路圖8為CMOS 電壓變換芯片ICL7660產(chǎn)生負壓的電路?？科鋬?nèi)部電荷泵完成極性變換。當

5、然使用DC-DC 轉(zhuǎn)換模組效率會更高。8、倍壓整流圖9是建立在電容器電能存儲功能上的倍壓整流電路的一種。在電容器上可以分別獲得n×U峰的開路直流電壓，式中U 峰為輸入電壓的峰值。圖中的n=1，2，3。只要把電路延伸，就可以得到更大的n。另有一種將若干電容器并聯(lián)充電，再通過繼電器切換為串聯(lián)輸出的辦法來升高電壓。圖6(a(b圖7圖5圖8學(xué)電子跟我來FOLLOW ME 639、儲能圖10是一種照相機閃光燈電路。圖中S 為閃光按鈕，未按S 時大容量的電容器C2充電儲能。按下S，通過脈沖變壓器升壓觸發(fā)閃光燈L 閃光。氖泡N 在C 2充滿電后點亮，閃光燈L 閃光后熄滅。超級電容器更是把電容器的儲

6、能作用發(fā)揮到了極致。10、微分與積分圖11(a是一種無源RC 微分電路。它把輸入的矩形脈沖變換成正負相間的兩個尖脈沖，突出了變化量。圖11(b是由運放組成的RC 積分電路。由于運放反相輸入端為“虛地”，運放輸入“”端為地電位，輸入電流為輸入信號除以R 是常數(shù)，所以是恒流充電。由于運放反相輸入端為“虛地”，充電電流只能流向電容C，電荷在電容C 上存儲線性增加，輸出為反向的三角波。11、直流成分恢復(fù)器圖12為一種可以將不含直流成分的輸入矩形脈沖在輸出端重新恢復(fù)其直流成分的電路。RC時間常數(shù)遠大于信號頻率，在C 上充電接近峰值，C上的電壓和信號疊加成為單邊脈沖信號，二極管反接可以獲得負向單邊脈沖信號

7、。12、降壓圖13是一種為了避免使用變壓器，減少體積與成本，而利用電容進行降壓的電路。電路內(nèi)阻很大，幾乎為恒流，充電電流為220×6.28×C×0.9A。C用法拉計算，電流單位為A。如用F算，電流單位為A。使用者注意：為了用電安全起見，加電瞬間可能有很大的充電電流，脫離電源甚至拔下插銷，接觸電容器仍有電擊的危險。13、分相啟動圖14為應(yīng)用于電風(fēng)扇、洗衣機中的單相分相式單電容電動機的連接電路。圖中C 為啟動電容器。有了C 后，啟動繞組的電流相位領(lǐng)先于運行繞組，形成旋轉(zhuǎn)磁場實現(xiàn)啟動。(a(b圖11圖12圖9圖 10圖13 642010 VOL.0714、補償功率因數(shù)電

8、容器在電力技術(shù)上一個非常重要的應(yīng)用是進行功率因數(shù)補償。由于電力上的很多負載是電感性的，如大量使用的電動機。因為通過感性負載電器的交流電流要滯后于兩端所加交流電壓一個角度，使得電源提供的電能（視在功率S）只有一部分轉(zhuǎn)化為有用的能量（有功功率P），兩者的比值稱為功率因數(shù)Cos。Cos=P/S將電力電容器并于感性負載，由于通過電容器的交流電流超前電壓一個角度，使得總電流與電壓的夾角減小，功率因數(shù)Cos得以提高，從而可以提高電能的利用率，減少線損。二、電容器的主要技術(shù)參數(shù)1、標稱電容量標注于電容上的名義電容量。電容量的常用單位為 F=103nF=106pF標稱電容量通常直接標注在電容上。標注的容量大于

9、1的，單位一般是pF，如1000，22等，其單位均為pF。而小于1的數(shù)值的單位 是F，如0.01，0.47等, 其單位均為F。另一種標注方法是用容量的有效數(shù)值與10n 結(jié)合在一起來表示的，單位為pF。例如104，221分別代表10×104pF和22×101pF,即0.1F和220 pF。不同類型的電容器的標稱電容量，根據(jù)允許誤差也像電阻器一樣，采用了E6，E12，E24等標稱系列。其標稱值如表1所示。2、允許誤差標稱容量與實際容量相對誤差的百分比：允許誤差=由于電容器制作時精度比較難以控制，故允許誤差系列值較電阻器為高，通常在±5%±100%之間。也有在

10、標稱電容量后用大寫英文字母來代表允許誤差的。它們分別為A ：±0.05%；B ：±0.1%；C ：±0.25%；D ：±0.5%；F ：±1%；G ：±2%；J ：±5%；K ：±10%；M ：±20%；Z ：+80%-20%；如 333J代表0.033F±5%的電容器。3、額定工作電壓額定工作電壓又稱“耐壓”，是指在技術(shù)條件所規(guī)定的溫度下，長期工作，電容器所能承受的最大直流電壓。電容器的系列耐壓值如表2所示。%100-×標實標C C C 表1 電容器標稱值電容器類型允許偏差容量范圍容

11、量標稱值紙介、金屬化紙±5%100pf1F 1.0 1.5 2.2 2.6 4.7 6.8介、低頻無極性有機薄膜介質(zhì)電容器±10%±20%1100F100陶瓷、云母、玻璃釉高頻無極性有機薄膜介質(zhì)電容器±5%其容量為標稱值乘以10n(n為整數(shù) 5.1 5.6 6.2 6.8 7.5 8.2 9.1±10%5.6 6.8 8.2±20%1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8鋁、鉭、鈮電解電容器±10%±20%-20%+50%-10%+100%容量單位F 1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8 65什么是

12、整流？整流就是將雙向的交流電轉(zhuǎn)換成單向的直流電。二極管的作用很多，整流是最重要的作用之一。二極管最主要的特性是單向?qū)щ?，所以整流這項工作自然可以由二極管來承擔。幾乎所有的電子電路都需要由直流電源來提供能量才能正常工作，而目前工業(yè)民用電網(wǎng)提供的主要是220V 的正弦交流電壓，因此，大多數(shù)電子設(shè)備儀器、家用電器的內(nèi)部都需要專門設(shè)置一套能夠把交流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定直流電壓的電路，這就是“直流穩(wěn)壓電源”。直流穩(wěn)壓電源要完成的首要任務(wù)就是整流。常用的整流電路有兩種形式：半波整流和橋式整流。一、半波整流如果將一個二極管D 和一個負載電阻R 接成如圖1（a）的形式，在1、2端輸入的交流電壓，波形如圖1（b），那

13、么在輸出端3、4得到的電壓則如圖1（c）所示，只留下了交流電壓的上半周。這整流電路表2 電容耐壓值規(guī)范電壓范圍系列耐壓值（V）低 壓1. 6, 4, 6.3, 10, 16, 25, 32, 40, 50, 63中 壓100, 125, 160, 250, 300, 450, 500, 630高 壓1,000,1,600,2,500,3,000,4,000, 5,000,6,300,8,000,1,0000,16,000,25,000,50,000, 100,0004、損耗實際的電容器可以等效地看作是理想電容器的和介質(zhì)絕緣電阻r 的并聯(lián)，如圖15（a）所示。其等效電路的矢量圖如圖15（b）所示。其中角稱為“電容器的損耗角”。電容器的損耗指的是損耗角的正切值tg。一般電容器的損耗很少，電解電容器由于絕緣電阻較小而損耗較大。損耗反映了實際電容器除了能量交換的基本特性外，它消耗電能的多少。5、漏電流理想電容器的介質(zhì)絕緣電阻為無窮大，漏電流為零。一般電容器的漏電電流極小，鋁電解電容器漏電流較大，鉭電解電容器漏電流較小。而且，其漏電流還與