電子元件基礎知識之—鋁電解電容器的基本概念與應用

2020-12-15 電子產品世界

1引言

11電容器的機理與電氣功能

　　顧名思意，可以作這樣的形象理解：所謂電容器（capacitor）就是能夠儲存電荷的「容器」。只不過這種「容器」是一種特殊的物質——電荷（charge），而且其所存儲的正負電荷等量地分布於兩塊不直接導通的導體板上。至此，我們就可以描述電容器的基本結構：兩塊導體板（通常為金屬板）中間隔以電介質（dielectric）。即構成電容器的基本模型。

　　了解了電容器的基本構造後，可能會產生這樣的問題：電容從何而來？電容的物理意義為何？電容器的主要參數有哪些？電容器在電子線路中起哪些作用？下面我們將對上述問題一一作出解答。

　　眾所周知，空間中的一個帶電體具有兩個電參數：電荷電量Q和電位勢U。而這兩者的比值（Q/U）表現出一種有趣的規律：這個比值僅與帶電體本身的尺寸、形狀及其所處的空間環境有關，而與帶電體所帶電荷的多少無關。也就是說，帶電體所帶電荷與其電位勢的比值表徵了帶電體及其周圍環境所構成的系統的一種固有屬性，我們把此比值稱為電容量，以C(=Q/U)來表示。電容量也可以理解為帶電體（電位勢一定的情況下）容納電荷的能力。

　　我們通過兩個例子來了解電容量C的計算方法：

　　（1）真空中孤立帶電球（R=r0）的電容量如何計算？設孤立電荷的電量Q=q，其相對於無窮遠處的電位勢U=q/(4πε0r0)，則其電容量C= Q/U=4πε0r0。從計算結果可以看出，電容量只與帶電體的本體尺寸，形狀和所處的空間環境有關，而與所帶電量無關。

　　（2）平行板電容器的電容量計算方法。所謂平行板電容器是指兩塊相對平行的金屬板中間隔以相對介電常數為εr、厚度為d的電介質所構成的電子元件。設平行板電容器儲存的電荷Q=q，則正負極板的電荷分別為＋q、－q，兩極板間的電位差為u。平行板電容器可以看作是兩個孤立帶電體電容器串聯構成。設正極板相對於無窮遠處的電位U＋=u＋，則負極板的電位U－=u＋－u。正負極板具有的電容量分別為＋q/u＋，－q/(u＋－u)。兩者串聯的合成容量1/C= 1/(＋q/u＋)＋1/－q/(u＋－u)=u/q，

即C=q/u。由物理學的推導可以得出，u=4πdq/(εrε0S),所以C=εrε0S/4πdq。同樣，電容量僅與其結構尺寸有關，而不依賴其帶電量的多少。

　　電容量（Capacitance）、工作電壓（operatingVoltage）、損耗因子（LossFactor）、絕緣電阻（InsulatingResistance）等是標定電容器特性的基本電氣參數。電容器的電容量、損耗因子通常以120Hz下數字電橋測定的數值為準；絕緣電阻則是電容器隔離直流作用的數值化表徵，希望電容器的絕緣電阻越高越好。表徵電容器特性的參數還有：擊穿電壓（BreakdownVoltage）、容許流通的最大紋波電流（Max.RippleCurrent）、使用溫度範圍（OperationTemperatureRange）、容量溫度係數（TemperatureCoefficient）、頻率特性（FrequencyCharacteristics）等。

　　電容器在電子線路中的作用一般概括為：通交流、阻直流。電容器通常起濾波、旁路、耦合、去耦、轉相等電氣作用，是電子線路必不可少的組成部分。在LSIC、VLSIC已經大行其道的今天，電容器作為一種分立式無源元件仍然大量使用於各種功能的電路中，其在電路中所起的重要作用可見一斑。作貯能元件也是電容器的一個重要應用領域，同電池等儲能元件相比，電容器可以瞬時充放電，並且充放電電流基本上不受限制，可以為熔焊機、閃光燈等設備提供大功率的瞬時脈衝電流。電容器還常常被用以改善電路的品質因子，如節能燈用電容器。 

12電容器的相關計算

121電容器的容量

　　電容器的靜電容量的計算公式可表達為：用字母可表示為：

　　其中K=8.85

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