电容器基础知识

电容器是简单的无源器件，当连接到电压源时可以在其板上存储电荷

电容器是具有存储能量的能力或“容量”的组件。电荷的形式在其板上产生电位差（静态电压），就像一个小型可充电电池。

有很多不同种类的电容可以从非常小的用于谐振电路的电容器磁珠用于大功率因数校正电容器，但它们都做同样的事情，它们存储电荷。

在其基本形式中，电容器由两个或多个平行的导电（金属）板组成它们不是相互连接或相互接触，而是通过空气或某种形式的良好绝缘材料如蜡纸，云母，陶瓷，塑料或某种形式的液体凝胶电绝缘，如电解电容器中所用。电容器板之间的绝缘层通常称为电介质。

典型电容器

由于这个绝缘层，直流电流不会流过电容器，因为它会阻止它，而是允许电压以电荷的形式存在于电路板上。

导电金属板电容器可以是方形，圆形或矩形，也可以是圆柱形或球形，具有平行板电容器的一般形状，尺寸和结构，具体取决于其应用和额定电压。

在直流电或直流电路中，电容器充电到其电源电压但阻挡通过它的电流，因为电容器的电介质是非导电的并且基本上是绝缘体。然而，当电容器连接到交流电或交流电路时，电流的流动似乎直接通过电容器，电阻很小或没有电阻。

有两种类型的电荷，正电荷以质子的形式和电子形式的负电荷。当在电容器上放置DC电压时，正（+ ve）电荷快速累积在一个板上，而相应的相反负（-ve）电荷累积在另一个板上。对于到达一个板的+ ve电荷的每个粒子，相同符号的电荷将离开-ve板。

然后板保持电荷中性，并且由此电荷之间建立的电位差这两块板块。一旦电容器达到其稳态条件，由于用于分离板的电介质的绝缘特性，电流不能流过电容器本身和电路周围。

电子流到电容器上板被称为电容器充电电流，其继续流动，直到两个极板（以及因此电容器）上的电压等于所施加的电压 Vc 。此时电容被称为“电子充满电”。

当电池板完全放电（初始条件）时，充电电流的强度或速率达到最大值，并在当电容板充电到电容器极板上的电位差等于电源电压时，值变为零。

电容器两端存在的电位差量取决于电容器在电路板上沉积的电量。由电源电压以及电容器具有多少电容来完成工作，这将在下面说明。

平行板电容器是最简单的电容器。它可以使用两个金属或金属箔板以彼此平行的距离构造，其电容值以法拉为单位，由导电板的表面积和它们之间的分离距离固定。改变这两个值中的任何一个都会改变其电容值，这就形成了可变电容器的工作基础。

另外，因为电容器以电荷的形式存储电子的能量。板越大板和/或它们的间隔越小，电容器对其板上的任何给定电压保持的电荷就越大。换句话说，更大的板，更小的距离，更大的电容。

通过向电容器施加电压并测量板上的电荷，电荷 Q 与电容的比率电压 V 将给出电容器的电容值，因此给出如下： C = Q / V 该等式也可以重新排列，以给出熟悉的公式。板上的电荷量为： Q = C x V

虽然我们已经说过电荷存储在电容器的极板上，但更准确地说是电荷内的能量存储在两个板之间的“静电场”中。当电流流入电容器时，它会充电，因此静电场变得更强，因为它在板之间存储了更多的能量。

同样，当电流流出电容器，放电时，随着能量从板中移出，两块板之间的电位差减小，静电场减小。

电容器以静电场的形式在其板上存储电荷的特性称为电容器的电容。不仅如此，电容也是电容器的特性，它可以抵抗电压的变化。

电容器的电容

电容是电容器的电气特性，是衡量电容器将电荷存储在其两个极板上的能力，其电容单位为法拉德（缩写为 F ）以英国物理学家迈克尔法拉第命名。

电容被定义为电容器的电容一法拉当One Coulomb的电荷通过1伏的电压存储在板上时。请注意，电容 C 始终为正值且没有负单位。然而，Farad是一个非常大的测量单位，可以单独使用，因此通常使用法拉的子倍数，例如微法，纳法法和皮法。

标准电容单位

微法拉（μF）1μF= 1 / 1,000,000 = 0.000001 = 10 -6 F

纳法拉（nF） 1nF = 1 / 1,000,000,000 = 0.000000001 = 10 -9 F

Picofarad（pF） 1pF = 1 / 1,000,000,000,000 = 0.000000000001 = 10 -12 F

然后使用上面的信息我们可以构建一个简单的表来帮助我们之间进行转换pico-Farad（pF），纳米法拉（nF），微法（μF）和法拉（F）如图所示。

Pico-Farad（pF）	Nano-Farad（nF）	Micro-Farad（μF）	法拉（F）
1,000	1.0	0.001
10,000	10.0	0.01
1,000,000	1000	1.0
	10,000	10.0
	100000	100
	1,000,000	1,000	0.001
		10,000	0.01
		100000	0.1
		1,000,000	1.0

平行板电容器的电容

平行板电容器的电容与面积成正比， A 以米为单位 2 两个板的距离或间距成反比， d （即这两个导电板之间以米为单位的电介质厚度。

平行板电容器电容的广义方程式为： C = ε（A / d）其中ε表示所用介电材料的绝对介电常数。真空的介电常数，ε o 也称为“自由空间的介电常数”，其常数 8.84x10 -12 每米的法拉数。

为了使数学更容易一点，这个自由空间的介电常数ε o ，可写为： 1 /（4πx9×10 9 ），也可以每米皮法拉（pF）的单位作为常数给出： 8.84 表示可用空间的值。请注意，产生的电容值将以皮法为单位而不是以法拉为单位。

通常，电容器的导电板由某种绝缘材料或凝胶分开，而不是完美的真空。在计算电容器的电容时，我们可以考虑空气的介电常数，特别是干燥空气的介电常数，因为它们非常接近真空的相同值。

电容示例No1

电容器由两个彼此间隔6mm的导电金属板30cm×50cm构成，并使用干燥空气作为其唯一的介电材料。计算电容器的电容。

然后由空气分隔的两个极板组成的电容器的值计算为221pF或0.221nF

电容器的电介质

除了导电板的整体尺寸以及它们彼此之间的距离或间距之外，另一个影响器件整体电容的因素是所用介电材料的类型。换句话说，电介质的“介电常数”（ε）。

电容器的导电板通常由金属箔或金属膜制成，允许电流流动。电子和电荷，但所用的介电材料总是绝缘体。在电容器中用作电介质的各种绝缘材料在阻挡或传递电荷方面的能力不同。

这种电介质材料可由多种绝缘材料或这些材料的组合制成常用的类型有：空气，纸张，聚酯，聚丙烯，聚酯薄膜，陶瓷，玻璃，油或各种其他材料。

介电材料或绝缘体增加电容的因素与空气相比，电容器被称为介电常数，k，具有高介电常数的介电材料是比具有更低介电常数的介电材料更好的绝缘体。介电常数是无量纲的，因为它是相对于自由空间的。

板之间介电材料的实际介电常数或“复介电常数”是自由空间介电常数的乘积（ ε o ）和用作电介质的材料的相对介电常数（ε r ），给出如下： / p>

复介电率

换句话说，如果我们采用自由空间的介电常数， ε o 作为我们的基准水平并使其等于1，当自由空间的真空被一些其他类型的绝缘材料取代时，其电介质的介电常数被引用自由空间的基极电介质给出倍增因子称为“相对介电常数”，ε r 。因此，复介电常数的值ε总是等于相对介电常数乘以一。

介电常数的典型单位，ε或电介质常见材料的常数是：纯真空= 1.0000，空气= 1.0006，纸张= 2.5至3.5，玻璃= 3至10，云母= 5至7，木材= 3至8，金属氧化物粉末= 6至20等。给出了电容器电容的最终公式：

用于增加电容器整体电容同时保持其尺寸小的一种方法是将更多的电路板“交错”在一起一个电容器体。电容器可以将多个单独的板连接在一起，从而增加板的表面积，而不仅仅是一组平行板。

对于标准的平行板电容器，如上所示，电容器有两块板，标记为 A 和 B 。因此，当电容器板的数量为2时，我们可以说 n = 2 ，其中“n”表示板的数量。

然后我们上面的单个平行板电容的公式应该是：

但是，电容可能有两个并联在每个板的另一侧形成电容器的外侧时，每个板的仅一侧与中间的电介质接触。如果我们取两块板并将它们连接在一起，我们实际上只有“一”整板与电介质接触。

对于单个平行板电容器， n-1 = 2-1 等于 1 为 C =（ε o *ε r x 1 x A）/ d 与说法完全相同： C =（ε o *ε r * A）/ d 这是标准方程

现在假设我们有一个由9个交错板组成的电容器，然后 n = 9 ，如图所示。

多板电容器

现在我们有五个板连接到一个引线（ A ）和四个板连接到其他线索（ B ）。然后连接到引线 B 的四个极板的两个侧面与电介质接触，而连接到 A 的每个外板的仅一个侧面与介质。然后如上所述，每组板的有用表面积仅为8，因此其电容为：

现代电容器可根据其绝缘电介质的特性和特性进行分类：

低损耗，高稳定性如云母，低K陶瓷，聚苯乙烯。

中等损耗，中等稳定性，如纸张，塑料薄膜，高K陶瓷。

极化电容器，例如电解电容器，钽电容器。

电容器的额定电压

所有电容器具有最大额定电压，在选择电容器时，必须考虑电容器上施加的电压量。可以施加到电容器而不损坏其介电材料的最大电压量通常在数据表中给出： WV ，（工作电压）或 WV DC ，（直流工作电压）。

如果施加在电容器两端的电压变得太大，则电介质会破坏（称为电击穿），并且电容器板之间会产生电弧，从而导致短路。电容器的工作电压取决于所用介电材料的类型及其厚度。

电容器的直流工作电压就是最大直流电压而不是最大交流电压作为电容器在额定直流电压为100伏特的情况下，直流电压不能安全地承受100伏的交流电压。由于RMS值为100伏的交流电压将具有超过141伏的峰值！ （√ 2 x100 ）。

然后，需要在100伏交流电下工作的电容器应具有至少200伏的工作电压。在实践中，应选择一个电容器，使其工作电压DC或AC应至少比施加到其上的最高有效电压高50％。

影响a的操作的另一个因素电容介电泄漏。由于流过介电材料的不需要的漏电流，在电容器中发生介电泄漏。

一般来说，假设电介质的电阻非常高并且阻挡了电流的良好绝缘体。通过电容器（如在完美的电容器中）从一个板到另一个板的直流电流。

然而，如果电介质材料因过电压或温度过高而损坏，通过电介质的漏电流将变得非常大高电平导致电路板上的电荷快速损失和电容器过热，最终导致电容器过早失效。然后永远不要在电压高于电容额定值的电路中使用电容，否则它可能会变热并爆炸。

电容器简介摘要

我们在本教程中已经看到电容器的工作是将电荷存储在其板上。电容器可以存储在其电路板上的电荷量称为电容值，取决于三个主要因素。

表面积 - 构成电容器的两个导电板的表面积， A ，面积越大，电容越大。

距离 - 两个板之间的距离 d ，距离越小电容越大。

介电材料 - 分隔两块板的材料类型称为“电介质”，电介质的介电常数越大电容。

我们还看到，电容器由金属板组成，这些金属板彼此不接触，但被称为电介质的材料隔开。电容器的电介质可以是空气，甚至是真空，但通常是不导电的绝缘材料，例如蜡纸，玻璃，云母，不同类型的塑料等。电介质具有以下优点：

介电常数是介电材料的特性，并且从一种材料到另一种材料不同，使电容增加一倍 k 。

电介质在两块板之间提供机械支撑，使板能够靠近而不会接触。

电介质的介电常数会增加电容。

与空气相比，电介质增加了最大工作电压。

电容器可用于许多不同的应用和电路，例如在通过音频时阻断直流电流信号，脉冲或交流电，或其他时变波形。这种阻断直流电流的能力使得电容器能够平滑电源的输出电压，消除信号中不需要的尖峰，否则这些尖峰会导致半导体或数字元件的损坏或误触发。

电容器也可用于调整音频电路的频率响应，或将必须保护的单独放大器级耦合在一起，以防止直流电流的传输。

在DC时，电容器具有无限阻抗（开路 - 电路） ），在非常高的频率下，电容器具有零阻抗（短路）。所有电容器都具有最大工作电压额定值，其 WV DC 因此选择额定值比电源电压至少高50％的电容器。

电容器种类繁多风格和类型，每个都有自己独特的优势，劣势和特点。要包含所有类型会使本教程部分非常大，所以在下一个关于电容器简介的教程中，我将它们限制为最常用的类型。