电容器的功能与分类

电容器的功能

两块金属板相对平行放置，不互相接触，就可构成一个最简单的电容器。

电容器具有隔直流、通交流的特点。图7-1为电容器的充、放电原理。

图7-1电容器的充、放电原理图7-1电容器的充、放电原理

1将电容器的两个引脚分别与电源的正、负极连接，电源就会对电容器充电，当电容器所充电压与电源电压相等时，充电停止，电路中就不再有电流流动，相当于开路。

2将电路中的开关断开，电容器会通过电阻放电，其电流方向与充电时的电流方向相反。随着电流的流动，电容器上的电压逐渐降低，直到完全消失。

图7-2为电容器的频率特性示意图。

图7-2电容器的频率特性示意图

电容器的两个重要功能特点：

(1)阻止直流电流通过，允许交流电流通过;

(2)电容器的阻抗与传输信号的频率有关，信号频率越高，电容器的阻抗越小。

一、电容器的滤波功能

滤除杂波或干扰波是电容器最基本、最突出的功能。图7-3为电容器的滤波功能示意图。

图7-3电容器的滤波功能示意图

1交流输入电压ui经变压器T后，由二极管VD整流输出脉动直流电压uo。

2因电源电路中没有电容器，所以输出电压不稳定，波动很大。

3加入电容器C，输出电压比较稳定、平滑。

4在输出电路中加入电容器C，由于电容器的充、放电作用，可使不稳定、波动比较大的输出电压变得比较稳定、平滑。

二、电容器的耦合功能

电容器对交流信号的阻抗较小，可视为通路，对直流信号的阻抗很大，可视为断路。图7-4为电容器在电路中的耦合功能。

图7-4电容器在电路中的耦合功能

由于电容器具有隔直流的作用，因此经放大的输出信号可以经输出耦合电容器C2送到负载RL上，而直流信号不会加到负载RL上。也就是说，从负载RL上只能得到交流信号。

1输入信号经输入耦合电容C1加到三极管V的基极。

2三极管V将信号放大后，由集电极输出的信号经输出耦合电容C2加到负载电阻RL上。

电容器的分类

电容器是一种可储存电能的元器件，通常简称为电容。它与电阻器一样，广泛应用于各种电子产品中。

电子产品电路板上电容器的实物外形如图7-5所示。

图7-5

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电容器种类很多，根据电容量能否可调可分为固定电容器和可变电容器;根据电容器引脚的极性可分为无极性电容器和有极性电容器。

电容器的种类很多，根据功能和应用领域，主要可分为普通电容器、电解电容器和可变电容器三大类。

一、普通电容器

普通电容器也称无极性电容器，其引脚没有正、负极性之分。常见的普通电容器主要有色环电容器、纸介电容器、瓷介电容器、云母电容器、涤纶电容器、玻璃釉电容器、聚苯乙烯电容器等。

在大多情况下，普通电容器由于材料和制作工艺的特点，在生产时电容量已经被固定，因此属于电容量固定的电容器。

1色环电容器

色环电容器是在电容器的外壳上用多条不同颜色的色环表示电容量，与色环电阻器类似，如图7-6所示。

图7-6色环电容器

划重点

色环电容器的外形多为圆柱形，外壳上有多条不同颜色的色环。

2纸介电容器

纸介电容器是一种用纸作为介质的电容器，即用两层带状的铝或锡箔中间垫上浸过石蜡的纸卷成筒状，装入绝缘纸壳或金属壳中，两引脚用绝缘材料隔离，如图7-7所示。

图7-7纸介电容器

纸介电容器的价格低、体积大、损耗大、稳定性较差，且存在较大的固有电容，不宜在频率较高的电路中使用，常用在电动机启动电路中。

纸介电容器的外壳上标识有电容量、耐压值等参数信息。

金属化纸介电容器是在涂有醋酸纤维漆的纸上蒸镀一层厚度为0.1μm的金属膜作为电极，并将其卷绕成型，装上引线，放入外壳内封装，如图7-8所示。

图7-8图7-8

划重点

金属化纸介电容器比普通纸介电容器体积小，容量较大，受高压击穿后具有自恢复能力，广泛应用在自动化仪表、自动控制装置及各种家用电器中，不适合用在高频电路中。

3瓷介电容器

瓷介电容器用陶瓷材料作为介质，外层涂有保护漆，并在陶瓷片上敷银制成电极，如图7-9所示。

图7-9瓷介电容器图7-9瓷介电容器

分立式瓷介电容器外形多为圆片，外表没有光亮度。

贴片式瓷介电容器外形多为黄色矩形。

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瓷介电容器的损耗较小，稳定性好，且耐高温、高压，是应用最多的一种电容器。

4云母电容器

云母电容器是用云母作为介质的电容器，通常用金属箔作为电极，外形为矩形，如图7-10所示。

图7-10云母电容器

划重点

云母电容器的电容量较小，只有几皮法至几千皮法，具有可靠性高、频率特性好等特点，适合用在高频电路中。

5涤纶电容器

涤纶电容器是一种采用涤纶薄膜作为介质的电容器，又称聚酯电容器，如图7-11所示。

图7-11涤纶电容器

常见涤纶电容器的外壳为绿色并有光泽。

涤纶电容器的成本较低，耐热、耐压、耐潮湿性能都很好，稳定性较差，适合用在稳定性要求不高的电路中，如彩色电视机或收音机的耦合、隔直流等电路中。

6玻璃釉电容器

玻璃釉电容器是一种使用由玻璃釉粉压制的薄片作为介质的电容器，如图7-12所示。

图7-12图7-12

玻璃釉电容器外形多为长方体，外表有明显的玻璃亮度和光泽。

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玻璃釉电容器的电容量一般为10～pF，耐压值有40V和V两种，具有介电系数大、耐高温、抗潮湿性强、损耗低等特点。

7聚苯乙烯电容器

聚苯乙烯电容器是以非极性聚苯乙烯薄膜作为介质制成的电容器，其内部通常采用两层或三层薄膜与金属电极交叠绕制。图7-13为聚苯乙烯电容器的实物外形。

图7-13聚苯乙烯电容器的实物外形

划重点

聚苯乙烯电容器的成本低、损耗小、绝缘电阻高、电容量稳定，多应用在对电容量要求精确的电路中。

聚苯乙烯电容器的外形多为长方体或正方体，外表光泽，有明显的标识，表层镀有漆膜。

表7-1为普通电容器的电容量范围。

表7-1

二、电解电容器

电解电容器是一种有极性电容器，其引脚有明确的正、负极之分，在使用时，引脚极性不可接反。

常见的电解电容器按电极材料不同，可分为铝电解电容器和钽电解电容器。

1铝电解电容器

铝电解电容器是一种液体电解质电容器，根据介电材料的状态不同，可分为普通铝电解电容器(液态铝质电解电容器)和固态铝电解电容器(固态电容器)，是目前应用最广泛的电容器，如图7-14所示。

图7-14铝电解电容器

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铝电解电容器的电容量较大，绝缘电阻低，漏电电流大，频率特性差，电容量和损耗会随周围环境和时间的变化而变化，特别是当温度过低或过高时，长时间不用会失效，多用在低频、低压电路中。

划重点

普通铝电解电容器的引脚有极性之分，标识信息标注在表面。

固态铝电解电容器的参数信息标注在顶部，涂有黑色印记的一侧引脚为负极引脚。

铝电解电容器的规格多种多样，外形也因制作工艺的不同而不同，常见的有焊针形铝电解电容器、螺栓形铝电解电容器、轴向铝电解电容器，如图7-15所示。

图7-15不同类型的铝电解电容器

2钽电解电容器

钽电解电容器是采用金属钽作为正极材料而制成的电容器，如图7-16所示。

图7-16图7-16图7-16

划重点

钽电解电容器主要有固体钽电解电容器和液体钽电解电容器。

固体钽电解电容器根据安装的形式不同，可分为分立式固体钽电解电容器和贴片式固体钽电解电容器。

钽电解电容器的温度特性、频率特性和可靠性都比铝电解电容器好，尤其漏电电流极小、电荷储存能力好、寿命长、误差小，但价格较高，通常用在高精密的电子电路中。

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关于电容器的漏电电流：当给电容器加直流电压时，由于电容器的介质不是绝对的绝缘体，因此电容器就会有漏电电流产生。若漏电电流过大，则电容器就会因发热而被烧坏。通常，电解电容器的漏电电流较大，因此常用漏电电流表示电解电容器的绝缘性能。

关于电容器的漏电电阻：由于电容器两极之间的介质不是绝对的绝缘体，因此电阻不是无限大的，而是一个有限的数值，一般很精确，如kΩ、kΩ。电容器两极之间的电阻被称为绝缘电阻，也称漏电电阻。其大小是额定工作电压下的直流电压与通过电容器漏电电流的比值。漏电电阻越小，漏电越严重。电容器漏电会引起能量损耗，不仅影响使用寿命，还会影响电路性能。因此，电容器的漏电电阻越大越好。

三、可变电容器

可变电容器是电容量可在一定范围内调节的电容器。可变电容器按结构的不同可分为微调可变电容器、单联可变电容器、双联可变电容器和四联可变电容器等。

1微调可变电容器

微调可变电容器又叫半可调电容器，电容量的可调范围小，如图7-17所示。

图7-17微调可变电容器

划重点

微调可变电容器主要有瓷介微调可变电容器、拉线微调可变电容器、云母微调可变电容器、薄膜微调可变电容器等。

微调可变电容器的电容量一般为5～45pF，可调范围小，主要用在收音机的调谐电路中。

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可变电容器一般由相互绝缘的两组极片组成。其中，固定不动的一组极片被称为定片;可动的一组极片被称为动片。可变电容器通过改变极片间的相对有效面积或距离可使电容量相应变化，主要用在无线电接收电路中选择信号(调谐)。

2单联可变电容器

单联可变电容器是由相互绝缘的两组金属铝片组成的，如图7-18所示。这种电容器的内部只有一个可调电容器。

图7-18单联可变电容器

划重点

调节单联可变电容器的转轴可带动其内部动片转动，由此可以改变定片与动片的相对位置，使电容量相应地变化。

单联可变电容器的引脚一般有2～3个，即两个内部引脚和一个接地引脚。

3双联可变电容器

双联可变电容器可以简单理解为由两个单联可变电容器组合而成，如图7-19所示。

图7-19双联可变电容器

双联可变电容器的内部结构与单联可变电容器相似，由一根转轴带动两个单联可变电容器的动片同步转动。调节转轴时，两个单联可变电容器的电容量同步变化。

两个单联可变电容器各自附带一个用来微调的补偿电容，因此，一般可从其背部看到两个调节孔。

通常，单联可变电容器、双联可变电容器和四联可变电容器可以通过引脚和背部补偿电容的数量来识别。以双联可变电容器为例，图7-20为双联可变电容器的内部结构示意图。

图7-20

划重点

双联可变电容器的引脚数一般为5个，即4个内部引脚加一个接地引脚。

双联可变电容器内部有两个补偿电容，从背部可以看到两个补偿电容的调节孔。

4四联可变电容器

四联可变电容器包含4个可同步调节的单联可变电容器，如图7-21所示。

图7-21四联可变电容器

如果是双联可变电容器，则从背部可以看到两个补偿电容;如果是四联可变电容器，则从背部可以看到4个补偿电容。

另外，值得注意的是，由于生产工艺的不同，可变电容器的引脚数量并不完全统一。通常，单联可变电容器的引脚数量一般为2～3个(两个内部引脚加一个接地引脚);双联可变电容器的引脚数量不超过7个;四联可变电容器的引脚数量为7～9个。

四联可变电容器的引脚数一般为7～9个。

四个单联可变电容器各自附带一个用来微调的补偿电容，一般可从背部看到。

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可变电容器按介质的不同还可以分为薄膜介质可变电容器和空气介质可变电容器。

如图7-22所示，薄膜介质可变电容器采用云母片或塑料(聚苯乙烯等)薄膜作为介质，其外壳为透明塑料，具有体积小、重量轻、电容量较小、易磨损的特点。空气介质可变电容器的动片与定片之间用空气作为介质，多应用在收音机、高频信号发生器、通信设备及相关电子设备中。常见的空气介质可变电容器主要有空气单联可变电容器(空气单联)和空气双联可变电容器(空气双联)。

图7-22图7-22图7-22

薄膜介质可变电容器是在动片与定片(动片、定片均为不规则的半圆形金属片)之间用云母片或塑料(聚苯乙烯等)薄膜作为介质。

空气介质可变电容器的电极由两组金属片组成。其中，固定不变的一组为定片，可转动的一组为动片，动片与定片之间用空气作为介质。

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