如何选择电容器：μF级和pF级电容器的特点及应用

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：当制作电子电路时，常用电容量为μF级和pF级的电容器。在“特点”一栏中，所谓高频用是指采用这种电容器可以很方便地滤除高频噪声。此外，电容量较大的电容器也常用来储存能量。图2-8示出了电容器上所示标记的意义以及电容器电容量的表示方法。也就是说，通过电解电容器的标记可以一目了然地看到电容器的耐压和电容量。需要指出，电容器的连接关系与电阻器的连接关系正好相反，请务必注意。

1.电容器的种类与作用

从原理上来说，两块金属板之间夹人绝缘体就构成了电容器，两块金属板称为电极。电容的单位为法[拉]（F），简称法；10-12法[拉]记为pF（读作皮法）；10-6法[拉]记为μF（读作微法）。当制作电子电路时，常用电容量为μF级和pF级的电容器。电容器可分为有极性的和无极性的。电解电容器采用糊状电解液作为绝缘体，是有极性的，硬件安装时要注意其极性的正负。表2-1列出了电容器的种类。在“特点”一栏中，所谓高频用是指采用这种电容器可以很方便地滤除高频噪声。例如，当电动机旋转时，就会产生这种高频噪声。当电视机在弯板机和干燥机附近使用时，显示器上就会出现白色的雪花，这就是高频噪声。要想除去这种噪声，可以在电动机电源的负极侧和正极侧分别用高频电容器（例如钛电容器）对机壳接地。所谓低频用是指采用这种电容器可以很方便地滤除低频信号的脉动（波纹）。在电解电容器中，电容量较大的可用来除去混在电气控制信号中的低频脉动。图2-1示出了电容器的符号。下面，介绍电容器所具有的功能（作用）。

表2-1　电容器的种类与特点

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续　表

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图2-1　电容器的符号

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图2-2　经半波整流的输入电流的平滑（滤波）功能

（1）能量储存。电容器具有使半波整流的脉动输入电流平滑（滤波）的功能，如图2-2所示。据此，可以把交流电变换成直流电。例如，为了使计算机或电子装置在AC 100V的普通电源下稳定工作，可利用半波整流器和电解电容器做成的直流稳定电源供电。这种结构也常用于三端稳压器。此外，电容量较大的电容器也常用来储存能量。

（2）改变相位。利用电容器可以改变电路中电流的相位。例如，图2-3中，为了改善电动机的启动性能或运行性能，可以利用电容器，使两相绕组中的交流电流在时间上产生一个接近90°的相位差。这种类型的电动机称为单相感应电动机或者单相电容电动机。当把辅助绕组回路中的电容器换接到主绕组回路时，可以改变电动机的旋转方向。

（3）通过交流电流。电容器可以使交流信号通过，而对直流电流起阻断作用，如图2-4所示。

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图2-3　电动机绕组相位的变化

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图2-4　交流信号的通过与直流电流的阻断

（4）高频电流的旁路。高频电流旁路功能属于前述的高频用电容器功能。图2-5示出了把直流电路中的高频交流成分通过电容器直接接地的旁路滤波电路。这种电容器称为旁路电容器，常在AM收音机中用于滤除载波。为了信号传输上的方便，在直流电路中，常常在直流电流上叠加上一个高频交流电流（载波），因此，旁路电容器是很重要的。

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图2-5　高频电流的旁路

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图2-6　过电压抑制

（5）过电压抑制。图2-6中，当开关闭合或者分断时，在继电器的线圈上都将产生感应电动势（冲击电压）。这种感应电压将使继电器触点因产生电弧而烧坏。利用电容器可以吸收感应电动势，起到消除电弧的作用，称为过电压抑制或浪涌抑制。电容器可以使感应电动势按图2-6中箭头方向流动，使之不直接作用到开关上，也就消除了感应电动势对开关触点的不利影响。

（6）防止噪声。旁路电容器也可用于防止噪声，同时也可用于防止浪涌和过电压。也就是说，设置旁路电容器可以消除来自外部的通过各种路径侵入的噪声，如图2-7所示。

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图2-7　基于电容器的噪声对策

图2-7（a）示出了防止数字1C和LSI本身产生噪声的方法，可在每一个IC的电源端并入一个0.01μF的瓷介电容器。图2-7（b）示出了防止印制电路板从电源输入端侵入噪声的方法，可以在电源输入端并接一个1μF的电解电容器和一个0.1μF的陶瓷电容器。

图2-8示出了电容器上所示标记的意义以及电容器电容量的表示方法。电解电容器的情况如图2-8（a）所示，电解电容器上按顺序给出了电容器的种类、形状、特性、额定电压、电容量、允许误差等。也就是说，通过电解电容器的标记可以一目了然地看到电容器的耐压和电容量。其中，CE表示电容器的种类为铝箔型干式电解电容器；04表示电容器的形状；W表示特性；25V表示电容器的耐压，是电容器正常工作允许的最大电压；100μF表示其电容量。该电解电容器的允许误差没有特别指定。陶瓷电容器的情况如图2-8（b）、图2-8（c）所示。云母电容器和纸介电容器的彩色标记给出了电容量的大小，电容量的表示方法与电阻器相同，请参照2.2节电阻器的电阻值表示法。关于电容器的极性，除了电解电容器有极性以外，钽电容器也是有极性的，使用时需要注意。最后是电容器的连接方法，如图2-9所示。需要指出，电容器的连接关系与电阻器的连接关系正好相反，请务必注意。

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图2-8　电容器的表示方法

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图2-9　电容器的连接方法

电容器并联时的关系与电阻器串联时的情况相对应，而电容器串联时的关系则与电阻器并联时的情况相对应。

如何选择电容器：μF级和pF级电容器的特点及应用

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