电子元件基础知识4

电容器基础知识电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。与电阻器相似，通常简称其为电容，用字母C表示。顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器”。尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。不同的电容器储存电荷的能力也不相同。规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。电容的基本单位为法拉（F）。但实际上，法拉是一个很不常用的单位，因为电容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（pF）、纳法（nF）、皮法（pF）（皮法又称微微法）等，它们的关系是：1法拉（F）=1000000微法（|JF）1微法（pF）=1000纳法（nF）=1000000皮法（pF）在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。小容量的电容，通常在高频电路中使用，如收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有一个特点，一般1pF以上的电容均为电解电容，而1pF以下的电容多为瓷片电容，当然也有其他的，比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。电解电容有个铝壳，里面充满了电解质，并引出两个电极，作为正（+）、负（-）极与其它电容器不同，它们在电路中的极性不能接错，而其他电容则没有极性。把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上，过一会儿即使把电源断开，两个引脚间仍然会有残留电压（学了以后的教程，可以用万用表观察），我们说电容器储存了电荷。电容器极板间建立起电压，积蓄起电能，这个过程称为电容器的充电。充好电的电容器两端有一定的电压。电容器储存的电荷向电路释放的过程，称为电容器的放电。举一个现实生活中的例子，我们看到市售的整流电源在拔下插头后，上面的发光二极管还会继续亮一会儿，然后逐渐熄灭，就是因为里面的电容事先存储了电能，然后释放。当然这个电容原本是用作滤波的。至于电容滤波，不知你有没有用整流电源听随身听的经历，一般低质的电源由于厂家出于节约成本考虑使用了较小容量的滤波电容，造成耳机中有嗡嗡声。这时可以在电源两端并接上一个较大容量的电解电容（1000“F,注意正极接正极），一般可以改善效果。发烧友制作HiFi音响，都要用至少1万微法以上的电容器来滤波，滤波电容越大，输出的电压波形越接近直流，而且大电容的储能作用，使得突发的大信号到来时，电路有足够的能量转换为强劲有力的音频输出。这时，大电容的作用有点像水库，使得原来汹涌的水流平滑地输出，并可以保证下游大量用水时的供应。电子电路中，只有在电容器充电过程中，才有电流流过，充电过程结束后，电容器是不能通过直流电的，在电路中起着“隔直流”的作用。电路中，电容器常被用作耦合、旁路、滤波等，都是利用它“通交流，隔直流”的特性。那么交流电为什么能够通过电容器呢？我们先来看看交流电的特点。交流电不仅方向往复交变，它的大小也在按规律变化。电容器接在交流电源上，电容器连续地充电、放电，电路中就会流过与交流电变化规律一致的充电电流和放电电流。电容器的选用涉及到很多问题。首先是耐压的问题。加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压，电容器就会被击穿损坏。一般电解电容的耐压分档为6.3V，10V，16V25V，50V等。在电子产品中，电容器是必不可少的电子器件，它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源|稳压器的退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等。由于电容器的类型和结构种类比较多，因此，我们不仅需要了解各类电容器的性能指标和一般特性，而且还必须了解在给定用途下各种元件的优缺点，以及机械或环境的限制条件等。这里将对电容器的主要参数及其应用做简单说明。1■标称电容量（CR）。电容器产品标出的电容量值。云母和陶瓷介质电容器的电容量较低（大约在5000pF以下）；纸、塑料和一些陶瓷介质形式的电容器居中（大约在0.005uF~1.0uF）；通常电解电容器的容量较大。这是一个粗略的分类法。2.类别温度范围。电容器设计所确定的能连续工作的环境温度范围。该范围取决于它相应类别的温度极限值，如上限类别温度、下限类别温度、额定温度（可以连续施加额定电压的最高环境温度）等。3•额定电压（UR）。在下限类别温度和额定温度之间的任一温度下，可以连续施加在电容器上的最大直流电压或最大交流电压的有效值或脉冲电压的峰值。电容器应用在高电压场和时，必须注意电晕的影响。电晕是由于在介质/电极层之间存在空隙而产生的，它除了可以产生损坏设备的寄生信号外，还会导致电容器介质击穿。在交流或脉动条件下，电晕特别容易发生。对于所有的电容器，在使用中应保证直流电压与交流峰值电压之和不得超过电容器的额定电压。4•损耗角正切（tg§）。在规定频率的正弦电压下，电容器的损耗功率除以电容器的无功功率为损耗角正切。在实际应用中，电容器并不是一个纯电容，其内部还有等效电阻，它的简化等效电路如附图所示。对于电子设备来说，要求RS愈小愈好，也就是说要求损耗功率小，其与电容的功率的夹角要小。5•电容器的温度特性。通常是以20°C基准温度的电容量与有关温度的电容量的百分比表示。6.使用寿命。电容器的使用寿命随温度的增加而减小。主要原因是温度加速化学反应而使介质随时间退化。7•绝缘电阻。由于温升引起电子活动增加，因此温度

升咼将使绝缘电阻降低。端子拉力测试标准（国标）端子与电线连接应牢固，在规定的拉力下不应损伤和脱开，其拉力值应不小于表2的规定。表2拉力值

采用刺破连接方法时应符合下列要求：1.电线端面应平整，并与电线的轴线相垂直。端面处导体与绝缘层应在同一平面上。在连接处电线应不弯曲，并在图3所示a区内可见电线端部。2•端子与电线连接应牢固，在规定的拉力下不应损伤和脱开。0.35mm2电线拉力值应不小于50N。电线电缆的基本测试方法基本结构（一）导线1、 导体电阻：除TPT、TS和TST等锡芯电线外，UL不要求测量电线电缆产品的导体电阻。2、 线径：通常电线电缆的线径都是偶数AWG，如18AWG、16AWG等，奇数AWG电线属于特殊例外。3、 决定导体截面积的方法有二种：A、 测量每一根绞合芯线截面积之和，测量时至少要取7根苡线直径的平均值作为平均芯线直径。D以Mils计算：导体截面积CMA=nd2（CMA:CircularMilArea）以毫米计算：导体=0.7854*nd2其中n为导体结构中芯线的根数。芯线直径的测量：根据UL1581第200节，每根芯线直径须使用精度达到0.01mm（0.001英寸），两个端面都是平面的千分尺进行测量。B、 称重法，见UL1581第210节。测量过程中发现测量值小于要求值（UL1581，Table20.1可用两种方法中的另一种加以证实。（注：DC电阻测量法不能用来作为测量CMA的最终判断标准）。导体绝缘厚度1、 测量工具：千分尺常用的千分尺，测量端面均为平面，最小读数：0.01mm端面为1.98*9.5mm，荷重10g的荷重千分尺（导体绝缘厚度）平均绝缘厚度的测量：距端线10英寸开始，每10英寸为一个测量点，测量5个点处导线的外径，导体的直径。绝缘厚度=（导线外径埒体直径）/2将5个点处的绝缘厚度平均即得到平均绝缘厚度。最小绝缘厚度的测量：测量工具：pin-gauge千分尺，注意此方法适用于18AWG或更大线径的导线结构。截取一段抽出芯线导体的绝缘体，将其放置在千分尺的pin上。测量时先将荷重轻轻抬起，并缓慢转动绝缘体，读取最小值即视作导线绝缘体最小厚度。对于小于18AWG的导线，可采用读数显微镜方法。2、 测量工具，读数显微镜取样时，小心抽取全部导体芯线，沿导线绝缘体方向垂直切片，在显微镜下测量最薄处的厚度，作为导体绝缘层的最小厚度。通常将读数显微镜（精度为0.001mm）的测量结果作为最终的参考标准。实际测量时发现一卷电线测量的最小厚度小于规定值多过2Mils，判定该卷电线不合格。若测量值小于规定值不超过2Mils应在该卷电线上相距1英尺处抽取两个样测量，如果其中1个结果小于最小值，该卷电线判为不合格，若两个测量值均达标，判为合格。外被平均外被厚度沿线身测量相距离英寸的5个点处外被的外径以及成缆直径，外被厚度=（外被外径-成缆直径）/2平均外被厚度为5个点测量值的平均。外被最小厚度：同导线最小绝缘厚度。外被内表面须先小心抛磨打平，再使用荷重85g,测量截面直径6.4mm的荷重千分尺测量。读数显微镜测量：方法同导体绝缘厚度测量方法。常见电线的平均厚度和最小厚度的对照表。见UL62,Table:16.2,16.4,16.6,16.8.绞距芯线绞距取芯线10个绞合的间距的平均值作为芯线平均绞距，测量时去除大约十个绞合长度的绝缘外皮，取任何一支芯线为对象进行测量。注意在去皮时不要损伤芯线，造成芯线断线。导线绞距同样取导线的10个绞距长度进行平均，作为平均导线绞距，取样时要注意由于导线绞合时的内应力一扭力很大，去除外被时可能造成原绞合结构的松散。为此，取样时先预留一段护套线不去除外被，再沿线缆方向用利刀片拉掉部分外被，最好是以能看到待测导线，而导线与外被结合得仍很紧密为宜。将样品平放拉直，量取某一导线十个绞合点之间的距离作为绞距，因为成缆时由于应力的关系，成形外被后原绞合距离会增加。各种芯线最大绞距参见UL62。各种线径的导线最大绞距参见UL62（二） 燃烧测试电线燃烧等级及测试方法对照表续上（三） 耐电压测试电缆中各导线间应施加UL62Table51.1相对应的电压，加压时应在10S至60S钟内缓慢将电压由零加到额定值，保持1分钟。判别标准为在升、降压以及保持期间，Hi-pot机电路报警。另一方面，绝缘电阻测试在某种程序上也能产生类似效果，所以先进行耐电压测试是一种积极的简便测试漏电的方法。（四） 火花测试对于单芯电源线，如CXTW线，耐电压测试即为火花测试，而对于多芯电源线，日常生产测试中也可以用火花测试代替耐电压测试。火花测试要点：火花试验机（1）镀铬铜珠练长度、位置：参见Table900.1,从横向和纵向对珠练的间隔，排列方式等进行了规定，日常生产中须定期检查珠练是否掉落，如发现有部分不全，应及时加以更换。火花机V型测试槽长度L、测试频率、生产电线最大出线速率的关系，见Table900.2.可见工作频率提咼，出线速率可以大幅提咼，生产效率也可大大提升。线路接地：保持导体以及放、收线轮与火花机接地良好。放线端为裸铜线：放线端接地，收线端不用接地，电线的导通性不须测试。放线端为绝缘导线：导线与收线、放线轮导通连接，收线、放线端均须接地。对于10AWG或更细导线,不用测试导通性能。测试电压：见Table900.2绝缘电阻测试1、普通电线电缆绝缘高阻计直流电压调节为100-500V,长度为50FT-5000FT的电线在水槽中浸泡2小时，高阻计的一个电极连接到水槽的铜板电极上，另一电极连接到待测的电线导线上。测量时间为60秒，合格标准为15.6°C时1000英尺电线的绝缘电阻大于2.5M.将10C-29.4C水温的测量值折算为15.6C、长度为1000英尺的值：R*L*M*TCF1000R：高阻计读数L：实测电线长度M：高阻计倍率TCF：温度修正系数TCF对照表可参见UL1581Table52.12、常用户外型“w”电线电缆，如SPT-2W，SJTW，CXTW等。短时间绝缘电阻的测试方法与普通型电线电缆相同，但合格判定标准完全不同，“W”型电线阻值要高得多。如CXTW22AWG，合格标准为15.6C225M/1000英尺。判定标准SPT-2W，SPT-1W，XTW以及CXW，参见UL62Table35.1SJTW等护套线，参见UL62Table32.1表中所列的绝缘电阻为15.6C下短时间浸水阻值，另外还需进行50C升温长时间浸水测试其绝缘电阻。TCF的确定首先要确定阻抗因子C,再从UL62Table33.1中找出相应的M因子，套用前面公式，即可求出阻抗。注：对于护套电缆，如SVT，SJTW，表中所列的绝缘电阻为护套内各导线间绝缘电阻，所以在测量时,需将护套外被切除后再浸水测试。阻抗因子C的决定：参见UL62第34节。原理：在两个样品升温和降温的过程中，测量5个固定温度点的阻值，在半对数坐标上作图，推算出15.6C时的阻值，再读出16.1C的阻值，两者相除即可求出C值。（六）老化前和老化后拉伸测试1、 如何决定测试机的拉伸速度？拉伸速率：在UL1581第50节各表中未特别指明拉伸速率时，通常情况下速率为500+25mm/min.2、 如何决定材质的拉伸指数？UL62现在已将常规可弯曲软线的物性归结在Table5.2（绝缘体）和Table7.2（外被）中。过去所有电线塑料材质的物性全部列入UL1581Table50系列。例如SPT-2,105°C电线，其物性要求为：SPT-2为IntegralPVC电缆，故应用UL62Table15.1或UL1581Table50182。105C对应的CLASS是2.11,拉伸指数为老化前拉伸率100%，抗张强度1500ibf/m2。136C,7天的老化后拉伸率为之前的65%，抗张强度为老化前的85%。而对于半硬PVC而言（SR-PVC）,根据UL1581Table47.1,拉伸指数在Table50183中列明，即老化前，拉伸率100%,抗张强度3000ibf/m2，老化后百分比分别为70%,70%。3、 测试样品的制备步骤：截取一段待测试（1） 测量其导体直径，绝缘（或外被）层厚度；（2） 小心去除绝缘层包裹的导线和其它填充物，检查绝缘表皮完好无损。对于外被样品，用抛光磨平机小心磨平外被的内表面，直至内表面凹凸部位平滑即可。对于周长分别为4mm或6mm的外被，可用ASTMdieD或ASTMdieC的哑铃片器制备哑铃状样品。（3） 样品上相距1英寸两端作标记，以便测试过程中测量其拉伸情况。测试机的上下拉爪的夹持位置距离标记线均匀，不超过1/2英寸。4、 计算（1） 对于规则的管状试样，截面积A为：A=00.7854（D2-d2）D:导线外径，d：导体直径（2） 对于不规则内壁试样，面积A：W163.87GW：10英寸样品的重量，以克计；G：材质比重；A：截面积，以平方英寸计。注：哑铃片状外被样品。截面积A=外被平均厚度*宽度（3） 比重G的测量10英寸长的材质，按下图方式制备样品，测量前样品须在纯净酒精中浸没。主要是为避免样品内壁上空气的保留。测量W1：空气中样品的重量；