电容器教程
介绍
电容器是由两个端子组成的无源电气元件。与电感和电阻一起，它们是电路中使用的最基本的元件。事实上，很少遇到没有电容的电路。
图。1：不同类型的电容器
来源:Eric Schrader.来自美国加州旧金山电容器（7189597135）那cc by-sa 2.0
如果你想知道，电容器非常特殊，因为它们可以储存能量，就像充满电的电池一样。帽、正如我们通常称之为那样，有充足的重要电路应用。其在电路中的一些最基本的应用是诸如能量的存储，抑制电压尖峰，以及复杂信号的滤波。
教程细分
在今天的教程中，我们将仔细看看所有与电容器相关的东西，包括:
- 如何制造电容器
- 电容器如何工作
- 电容单元
- 电容器类型
- 您如何识别电容器？
- 如何将电容器组合串联和并行
- 电容器的广泛应用
但是，您应该记住，本教程建立在几个电子概念上，以便在您的指控器中，更轻松，更快地了解我们今天的封面。所以，在继续前进并挖掘本教程的详细信息之前，您应该备用几分钟的时间阅读以下概念;
- 电是什么?
- 什么是电路?
- 电压，电流，电阻和欧姆法
- 区分系列和并联电路
- 什么是万用表以及如何使用它
- 公制前缀
符号和单位
电路符号
电容器可以以两种方式以电路示意图表示，并且它们始终具有两个连接到电路的两个端子。电容器的符号由两个平行线表示，可以是平坦的或弯曲的;它们彼此靠近，但它们并没有接触 - 事实上，这是一种实际制作电容器的指示。以下是快速查看电容器符号，以及它们如何结合在基本电路中。
图2：电容器符号
来源:上传的是jwratner1.在英语维基百科。，类型的电容器那CC0 1.0
注:
- 曲线上的电容符号(#b)表示极化电容;因此，它很可能是一个电解电容器。请继续阅读下面的部分。
- 每个电容器都必须命名;C1, C2, C3，等等，加上一个表示电容的电容(以法拉为单位)的值——更多内容将在本教程的下一部分中介绍!
电容单位
就像电阻和电感一样，电容的产生也不是相等的。其他每一个电容都有一个特定的电容值。这个值会让你知道电容器能储存的电荷量;电容值越高，它储存电荷的容量就越大。
这法拉德是标准电容单元，并缩写为F。然而，你应该知道一个法拉是一个非常大的电容量，甚至是千分之一的等效(0.001F)一个法拉或更确切地说，一毫法(1mF)电容是一个相当大的电容。因此，你通常会遇到以皮法拉(10-12）和microfarad（10-6） 范围。查看下表，以便快速概述电容单元
前缀的名字 |
缩写 |
重量 |
等价法拉德 |
微微法拉 |
pF |
10.-12 |
0.000000000001度 |
纳米拉德 |
NF. |
10.-9 |
0.000000001度 |
微法拉 |
μF. |
10.-6 |
0.000001度 |
Milifarad |
MF. |
10.-3 |
0.001度 |
千牛奶 |
克 |
10.3. |
华氏1000度 |
而且，当你击中千米菜范围时，你现在处于一级特殊的帽子，称为极端主义者或超级电容器。
电容器理论
电容器如何制作
电容器原理图符号看起来非常类似于它创建的方式。基本上，电容器由两个金属板构建，加上称为电介质的绝缘材料。将这些金属板紧密放在一起，并确保它们不接触，电介质被放入板之间。
图3：标准并联电容器夹层 - 由绝缘电介质分开两个导电板
来源:平行板电容器，公共领域图像来自Wikimedia Commons.
这种电介质可以由任何类型的绝缘材料制成，如塑料、陶瓷、橡胶、玻璃、纸或任何其他可以阻止电流流动的材料。另一方面，这些金属板是由银、钽、铝或任何其他优良的导电材料制成的，每一个金属板都与电路的终端线相连。
在Farads中测量的电容器的电容将依靠电容器的构建方式。电容器越大，电容越高。具有更多表面积具有其重叠板的表面区域的板将具有更多的电容，并且在翻盖侧，平板之间的距离增加到平移到降低电容。此外，电介质的材料也会影响电容器将具有的FARAD的数量。随着所有的想法，您可以使用该等式计算电容器的电容;
在哪里：
- ∈R.=电介质的相对介电常数（其值将取决于电介质的材料的常数）。
- A =重叠板的表面积
- d =板之间的距离
电容器的工作原理
电荷的流动是创造电流的原因，并且该电流是通过常规电气部件利用的，以产生运动，光或任何其他功能。当电流流入盖子时，板上的电荷“棒”，因为它们不会超过作为绝缘体的电介质。
然后由其中一个板吸收带负电的颗粒（电子），并且总体上吸收，它变得带负电。该板上的这种大量的负电荷随后将带正电的颗粒（质子）推向另一个板，同样地，它变得带正电荷。
图4：电容的工作原理。
来源:爸爸11月那电容器用介质示意图那3.0 CC冲锋队
由于异性电荷相互吸引，每个平板上的质子和电子相互吸引。然而，由于两块极板之间的绝缘介质，电荷将被卡在各自的极板上，至少在它们有机会去其他地方之前是这样。因为这些电荷保持静止，一个电场就产生了，这就是产生势能和电压的原因。因此，盖子可以储存电能，类似于储存化学能在电池。
充电和卸货
当发生正面和负电荷的合并时，电容器变得充电。它能够保留这笔费用（电场），因为这些，与电荷不同，从电介质的两侧吸引，但它们从未接触过。
然而，当电容达到一定程度时，电极板就会充满电荷，不再接受任何电荷;任何试图连接的电荷都会被排斥。这就是可以储存的最大电荷发挥作用的地方——这个值用法拉表示，表示电容。
为了放电电容，电路应该有一个不同的路径，允许电荷接触。当电荷离开电容器时，电容器就被放电了。
以下面所示的电路为例;电池产生电势在帽,导致平等但相反电荷的积聚在盘子上,说明电容器充满更多的电流击退阻止它流入帽。与领导安排与电容器串联,目前提供了新路径。因此，根据新的路径，储存在电容中的能量流动，使LED短时间发光。
图5：简单的GIF图，演示了为LED充电和放电
来源:searn.sparkfun.com：https://cdn.sparkfun.com/assets/d/2/d/5/1/519a737ece395fe042000002.gif
电荷、电压和电流的计算
电容器的电容，即Farads的值，是Chap的Chargethat数量的指标。以及在任何给定时间的电容器存储的电荷量依赖于板之间的电压（电位差）。电荷，电容和电压之间的这种连接可以通过简单，基本的方程来描绘;
在哪里：
Q =存储在电容器中的充电
C =电容
V =施加到电容器的电压
电容器的电容，在这种情况下，是一个已知的值，它总是一个常数。因此，为了增加或减少电容器的电荷，我们可以改变电压。增加电压会增加电荷，反之亦然。
此外，上面的方程是一个特殊的方式定义单位法拉的价值;单位法拉(F)是每单位伏特储存单位能量(单位库仑)的能力。
计算当前的
现在，让我们将这种充电/电容/电压方程拿到下一步，以便我们可以确定电流如何受电压和电容的影响，因为电流被定义为充电流程。实质上，帽的电压和电流之间的关系是这样的;流过盖子的电流量取决于电压增加或减小的速度和电容器的电容。因此，在帽子上的电压上的速度快速释放了帽中的大量正电流。在折叠侧，电容器上的较慢电压增加意味着电流较少将流过它。最后，在稳定和固定电压的情况下，电流不会流过电容器。
考虑到这一点，数学开始变得有点复杂，因为微积分现在涉及到把事情带入一个角度。所以，要计算通过一个帽子的电流，你将使用下面的方程;
在哪里：
随着时间的推移是上升速度或压力。
基本上，这个方程的意思是如果电压是稳定的，dv（电压的变化）将等于零，因此电流也将为零。这就是为什么保持稳定的直流电压的电容器不允许电流流过它。
电容器类型
有许多类型的电容器，每隔一天都会遇到，每个类型都有特定的功能和一些缺点，将使它们更适合不同的应用程序。通常根据诸如的因素决定电容器类型;
- 大小:这是指帽的电容和物理容积。它们可以超小甚至是电路的最大组成部分。随着我们已经谈过的，电容器越大，电容越高。
- 最大电压:每个电容器都有它能处理的最大电压的指示。如果超过这个最高电压，电容就会损坏。
- 漏电流：像大多数电气元件一样，帽子也带有一些瑕疵。它们中的每一个经常通过电介质在端子之间泄漏非常少量的电流（纳米液或少量）电流。并且这种漏电流将逐渐将所有存储的能量耗尽电容器。
- 宽容：盖帽的电容等级从未完美精确。每个电容器都有一个标称额定值的电容，但根据电容器的类型，该值可以从±1％和±20％之间变化。
- ESR（等价串联电阻）：还是有缺陷，电容端子的导电性不是100%。它们通常有最小的电阻(< 0.01?)，虽然很小，但当大量电流流过电容器时，就会产生问题，导致功率损失和产生热量。
1.陶瓷电容器
这是您在那里找到的最常见的电容器，并且顾名思义，电介质由电容器制成。这些帽通常在尺寸和电容中都很小。遇到陶瓷帽很少有10μF的陶瓷帽。您经常会在±0603（0.6mm x 0.3mm）封装中找到这种类型的表面安装帽。另一方面，通孔陶瓷电容器将类似于突出的两个端子的微小灯泡。
图6:不同类型的陶瓷电容器
来源:格伦那陶瓷电容器那3.0 CC冲锋队
与电解电容器相比同样流行的电解电容器相比，陶瓷帽往往是更好的选择，特别是因为它们较低的泄漏和ESR电流，即使它们的电容微型可能是限制性的。此外，陶瓷帽也是最实惠的选择。它们特别适用于高频耦合和去耦等应用。
钽和铝电解电容器
电解帽是显着的，特别是因为它们可以以相当小的物理体积保持大量电容。在您正在寻找1μF - 1MF电容器的情况下，有很大的机会，您将找到电解型。由于其相当高的最大电压评级，它们特别适用于需要高电压的应用。
在当今可用的电解电容器中，铝型是最常见的，它们通常类似于微小的锡罐，并且两个端子从底侧延伸。
图7:电解电容器(铝和钽)
来源:elcap.那电解电容器-P1090328那CC0 1.0
但是，您必须注意，电解电容器通常是极化的;每个都配有阳极（+ ve）和阴极（-ve引脚）。当向这种类型的电容器施加电压时，与阴极相比，应将阳极放置到手动电压。为了确定这一点，电解盖的阴极通常标记为负符号，“ - ”，并且阴极侧上的彩色条带呈着彩色条带，以将其与阳极侧区分地。此外，阳极的终端也可能比阴极长一点，以便更容易识别。因此，如果您在反向施加电压，电解电容器，它将在那里失败，突然声音和突发打开 - 明确的永久损坏指示器。发生这种情况后，帽会表现出短路电路。
不幸的是，电解电容器也容易泄漏，因此，它们并不是储存能量的优选选择;这是如此之夸构，特别是因为它们具有更高的容量和电压额定值。
3.超级电容器
寻找专门用于存储能量的帽子？您的最佳选择是超级电容器类型。这些专为您在Farads范围内的高电容值的容纳而设计。它们通常在碱基上直径约1cm。
但是，即使它们具有存储大量电荷的容量，超级电容器也不能处理更高的电压。例如，具有10F电容的超级电容器只能具有2.5伏的最大额定值。因此，任何更高的会导致永久性损害。通常，SuperCAPS串联布置，使得它们可以达到电压的高额额定值，即使这降低了电容的总值。
图8:一个Farad 5.5V电解超级电容器
来源:xpixupload.那OneFarad5.5Velolyticcapacitor.，公共领域，在Wikimedia Commons.
当涉及超级胶水的应用时，它们最适合储存和释放能量，就像是他们主要竞争对手的电池一样。然而，在超级电容器中不能包含与相似尺寸的电池一样多的能量，它们具有能够更快地释放能量方式的优点，并且它们往往比电池更长。
4.其他类型的电容器
在那里，你可以得到的80%的盖子是陶瓷和电解类型，而只有2%是超级电容。除了那些薄膜电容器是另一个非常受欢迎的类型，它主要是为了处理更高的电流而言，主要是因为它具有极低的ESR损失。
另一方面，还有许多其他不太流行的电容器。例如，一个可变电容器可以使可变电阻器的合适替代品，因为它可以在调谐电路中产生一系列电容值。由于它们基本上是由绝缘材料分开的原因，PCB或双绞线也能够产生电容（有时可能不希望的）。
在所有的电容器类型中莱顿罐子是退伍军人 - 一罐玻璃玻璃，配有罐子内外部件的导体。对于任何感觉就像回到美好时光的人一样，你可以尝试使用助焊剂电容器，这是一个不寻常的电感和电容的组合。
并联和串联电容器
就像电阻一样，盖子也可以并联或串联布置，以实现组合电容值。但是，您将有兴趣知道，在求解电容时，您将完成与您所做的电阻器的完整相反。
a)并联电容器
当您将电容器彼此并联放置时，通过基本上总结所有电容值来获得总电容;同样的方式在串联排列时添加电阻。
图9：电容器并行
来源:omegatron.那电容器并行那3.0 CC冲锋队
因此，例如，如果您有三个具有5μF，10μF和20μF的电容的三个盖子，它们的总电容将为5 + 10 + 20 =35μF。
b）串联电容器
与串联排列的电阻排列时，与总电阻是裂缝的总电阻是硬质螺母的方式类似，当它们处于串联布置时，电容器也疼痛顽固。总电容值N串联的电容是每个电容的反电容值的逆和。即。
图10：串联排列的电容器
来源:omegatron.那电容串联那3.0 CC冲锋队
1 / C总计= 1 / C1+ 1 / c2+ ...... 1 / cN-1+ 1 /CN
在串联排列的电路中只有两个电容器，您可以通过使用“产品超常”公式来更容易地获得总电容。
C总计= C.1C2/ C1+ C.2
此外，对于串联排列的相等值的两个电容器，电容的总值是其总和的一半。例如，串联放置的两个16F超级胶囊将产生8F的总电容值，另一方面将具有将其总电压额定值从3V到6V加倍的优点。
电容器的应用
此基本无源组件存在许多应用程序。如果您一直在想，他们是如何使用的，这是一个快速查看最常见的应用程序;
1）旁路/去耦电容器
在电路中发现的大多数电容器，特别是那些在ICS（集成电路）中的电容器都在那里进行去耦。从本质上讲，它们安装为从电源信号的高频噪声的抑制器工作。简化术语，这种类型的盖子，从电路的电压供应中取出的电压幅度很小，因此这些电压纹波最终可能会损坏敏感IC。
此外，它们可以作为集成电路的小型本地电源，几乎与ups用于计算机的工作方式相同。如果电路的电源电压下降(这经常发生在负载不断变化的电路中)，解耦帽将在短时间内提供所需电压的电源。难怪这些电容也被称为旁路电容;它们可以作为临时电源，因为它们绕过了电路的主电源。
旁路盖通常连接在电源和地之间。有时，使用具有不同价值的几个帽（或甚至不同类型）来绕过功率供应，因为与其他盖子值趋于更好地筛选出与他人相比的特定噪声频率更好。
图11：具有2个去耦电容的LM7805 5V线性稳压器
来源:Dalva24那LM7805与去耦电容那cc by-sa 4.0
尽管看起来它可能最终从电源到地面短路，所以你应该记住，只有高频的信号只能通过盖子到地面。并且根据需要，IC将接收DC的信号。此外，其他类型的电容器被称为旁路帽的另一个原因是由于高频信号（在KHz到MHz的范围内）通过盖子而不是通过IC而导致的事实。简而言之，高频信号绕过IC。
请记住，在连接旁路电容时，旁路电容必须尽可能靠近集成电路。否则，你放置的越远，它们的效果就越差。
并遵循良好的工程规范，确保每一个IC都应有一个0.1µF、1µF或10µF的电容。这是一个超级经济的方式，以保证IC不会暴露在任何巨大的尖峰或跌落电压波动。
2)电源滤波
虽然二极管整流器通常用于将壁电压从AC转换为DC，但它们的转换不能根据需要进行清洁，而不会将电容器添加到混合中。
图12：仅用二极管进行半波整流图
来源:Cuddlyable3那墙壁疣开了，标记为公共领域，更多细节Wikimedia Commons.
因此，在这种情况下，一个并联电容加到一个桥式整流器上。因此，信号从交流转换为几乎电平的直流信号如下所示;
图13：R.在电路中引入电容器后的ENCTICIENT图
来源:原:xapxivos。编辑：虎斑，储层抄写率，标记为公共领域，通过Wikimedia Commons.
在相同的备注上，已知帽子在电路中具有异常顽固的组件，因为它们总是试图抵消突然的电压变化 - 这当然是在这种情况下的好事。随着整流电压上升，过滤盖电荷，并且一旦通过盖子的整流电压快速落下，盖子开始逐渐向储存的能量逐渐排出以供应负载。在充分放电盖子之前，输入整流信号的上升再次发生一次，以开始对电容进行充电。只要正在使用电源，该过程在每个通过的第二个过程中重复一次又一次。
图14:交流到直流电源滤波原理图
来源:jaunjimenez.在英国维基百科那actodcpowersupply.那cc by 3.0
拆除任何交流到直流电源，当然，你会遇到一个或多个巨大的帽。看看这个简单的AC墙适配器拆卸，你看到任何熟悉的从今天的讨论?电容器清晰可见!
图15：拆除普通的AC适配器以推出简单的，未调节的线性直流电源电路：桥式整流器，变压器和平滑波形的电解帽中的四个二极管
来源:Cuddlyable3那墙壁疣开了， 从Wikimedia Commons.
3）储存和供应能量
正如您现在已经知道的那样，CAPS非常漂亮的存储和供应能源来源。并且随着我们已经谈到了它们的电路中的电池很多，唯一的缺点是他们的能量密度远低于我们从等大小的化学电池获得的。然而，这种差距一直在缩小，我们希望在未来几年追赶上限。
环境更高，帽子比电池更好，因为它们的寿命更长的方式与电池更好，而且更好地，它们的储存能量比电池更快地提供。因此，它们是在需要高但短大的大力突发的情况下使用的卓越选择。例如，相机的闪光灯可以从可能被电池充电的盖子中汲取电源！
4）过滤信号
电容可以屏蔽直流或低频信号，同时允许高频信号通过。把他们想成是一个高频率的VIP俱乐部的保镖!
这样的应用是超级有效的，用于处理例如在无线电接收器中的信号，以帮助调整不需要的频率。
另一个很好的例子是在无源交叉电路中，你可以在扬声器中找到盖子用来过滤信号。该电路的工作是将一个音频信号分离，通过串联排列的电容，低频信号将被屏蔽，从而高频信号的剩余部分可以传递到扬声器的高音。另一方面，为了传递较低频率的信号，低音炮电路通过一个电容器将高频信号分流到地面，这个电容器与电路平行排列。
解释
在任何其他内容之上，当您使用电容时，请确保您设计电路以使用具有较高公差额定值的盖子，而不是布置中的最高电压的最高潜在峰值。在这个时刻，您已经知道，如果您没有降级盖子，右侧将发生最大电压，请右转？
