電子元件基礎知識4

電容器基礎知識電子制作中需要用到各種各樣的電容器，它們在電路中分別起著不同的作用。與電阻器相似，通常簡稱其為電容，用字母C表示。顧名思義，電容器就是“儲存電荷的容器”。盡管電容器品種繁多，但它們的基本結構和原理是相同的。兩片相距很近的金屬中間被某物質（固體、氣體或液體）所隔開，就構成了電容器。兩片金屬稱為的極板，中間的物質叫做介質。電容器也分為容量固定的與容量可變的。但常見的是固定容量的電容，最多見的是電解電容和瓷片電容。不同的電容器儲存電荷的能力也不相同。規(guī)定把電容器外加1伏特直流電壓時所儲存的電荷量稱為該電容器的電容量。電容的基本單位為法拉（F）。但實際上，法拉是一個很不常用的單位，因為電容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（pF）、納法（nF）、皮法（pF）（皮法又稱微微法）等，它們的關系是：1法拉（F）=1000000微法（|JF）1微法（pF）=1000納法（nF）=1000000皮法（pF）在電子線路中，電容用來通過交流而阻隔直流，也用來存儲和釋放電荷以充當濾波器，平滑輸出脈動信號。小容量的電容，通常在高頻電路中使用，如收音機、發(fā)射機和振蕩器中。大容量的電容往往是作濾波和存儲電荷用。而且還有一個特點，一般1pF以上的電容均為電解電容，而1pF以下的電容多為瓷片電容，當然也有其他的，比如獨石電容、滌綸電容、小容量的云母電容等。電解電容有個鋁殼，里面充滿了電解質，并引出兩個電極，作為正（+）、負（-）極與其它電容器不同，它們在電路中的極性不能接錯，而其他電容則沒有極性。把電容器的兩個電極分別接在電源的正、負極上，過一會兒即使把電源斷開，兩個引腳間仍然會有殘留電壓（學了以后的教程，可以用萬用表觀察），我們說電容器儲存了電荷。電容器極板間建立起電壓，積蓄起電能，這個過程稱為電容器的充電。充好電的電容器兩端有一定的電壓。電容器儲存的電荷向電路釋放的過程，稱為電容器的放電。舉一個現(xiàn)實生活中的例子，我們看到市售的整流電源在拔下插頭后，上面的發(fā)光二極管還會繼續(xù)亮一會兒，然后逐漸熄滅，就是因為里面的電容事先存儲了電能，然后釋放。當然這個電容原本是用作濾波的。至于電容濾波，不知你有沒有用整流電源聽隨身聽的經歷，一般低質的電源由于廠家出于節(jié)約成本考慮使用了較小容量的濾波電容，造成耳機中有嗡嗡聲。這時可以在電源兩端并接上一個較大容量的電解電容（1000“F,注意正極接正極），一般可以改善效果。發(fā)燒友制作HiFi音響，都要用至少1萬微法以上的電容器來濾波，濾波電容越大，輸出的電壓波形越接近直流，而且大電容的儲能作用，使得突發(fā)的大信號到來時，電路有足夠的能量轉換為強勁有力的音頻輸出。這時，大電容的作用有點像水庫，使得原來洶涌的水流平滑地輸出，并可以保證下游大量用水時的供應。電子電路中，只有在電容器充電過程中，才有電流流過，充電過程結束后，電容器是不能通過直流電的，在電路中起著“隔直流”的作用。電路中，電容器常被用作耦合、旁路、濾波等，都是利用它“通交流，隔直流”的特性。那么交流電為什么能夠通過電容器呢？我們先來看看交流電的特點。交流電不僅方向往復交變，它的大小也在按規(guī)律變化。電容器接在交流電源上，電容器連續(xù)地充電、放電，電路中就會流過與交流電變化規(guī)律一致的充電電流和放電電流。電容器的選用涉及到很多問題。首先是耐壓的問題。加在一個電容器的兩端的電壓超過了它的額定電壓，電容器就會被擊穿損壞。一般電解電容的耐壓分檔為6.3V，10V，16V25V，50V等。在電子產品中，電容器是必不可少的電子器件，它在電子設備中充當整流器的平滑濾波、電源|穩(wěn)壓器的退耦、交流信號的旁路、交直流電路的交流耦合等。由于電容器的類型和結構種類比較多，因此，我們不僅需要了解各類電容器的性能指標和一般特性，而且還必須了解在給定用途下各種元件的優(yōu)缺點，以及機械或環(huán)境的限制條件等。這里將對電容器的主要參數及其應用做簡單說明。1■標稱電容量（CR）。電容器產品標出的電容量值。云母和陶瓷介質電容器的電容量較低（大約在5000pF以下）；紙、塑料和一些陶瓷介質形式的電容器居中（大約在0.005uF~1.0uF）；通常電解電容器的容量較大。這是一個粗略的分類法。2.類別溫度范圍。電容器設計所確定的能連續(xù)工作的環(huán)境溫度范圍。該范圍取決于它相應類別的溫度極限值，如上限類別溫度、下限類別溫度、額定溫度（可以連續(xù)施加額定電壓的最高環(huán)境溫度）等。3?額定電壓（UR）。在下限類別溫度和額定溫度之間的任一溫度下，可以連續(xù)施加在電容器上的最大直流電壓或最大交流電壓的有效值或脈沖電壓的峰值。電容器應用在高電壓場和時，必須注意電暈的影響。電暈是由于在介質/電極層之間存在空隙而產生的，它除了可以產生損壞設備的寄生信號外，還會導致電容器介質擊穿。在交流或脈動條件下，電暈特別容易發(fā)生。對于所有的電容器，在使用中應保證直流電壓與交流峰值電壓之和不得超過電容器的額定電壓。4?損耗角正切（tg§）。在規(guī)定頻率的正弦電壓下，電容器的損耗功率除以電容器的無功功率為損耗角正切。在實際應用中，電容器并不是一個純電容，其內部還有等效電阻，它的簡化等效電路如附圖所示。對于電子設備來說，要求RS愈小愈好，也就是說要求損耗功率小，其與電容的功率的夾角要小。5?電容器的溫度特性。通常是以20°C基準溫度的電容量與有關溫度的電容量的百分比表示。6.使用壽命。電容器的使用壽命隨溫度的增加而減小。主要原因是溫度加速化學反應而使介質隨時間退化。7?絕緣電阻。由于溫升引起電子活動增加，因此溫度

升咼將使絕緣電阻降低。端子拉力測試標準（國標）端子與電線連接應牢固，在規(guī)定的拉力下不應損傷和脫開，其拉力值應不小于表2的規(guī)定。表2拉力值

采用刺破連接方法時應符合下列要求：1.電線端面應平整，并與電線的軸線相垂直。端面處導體與絕緣層應在同一平面上。在連接處電線應不彎曲，并在圖3所示a區(qū)內可見電線端部。2?端子與電線連接應牢固，在規(guī)定的拉力下不應損傷和脫開。0.35mm2電線拉力值應不小于50N。電線電纜的基本測試方法基本結構（一）導線1、 導體電阻：除TPT、TS和TST等錫芯電線外，UL不要求測量電線電纜產品的導體電阻。2、 線徑：通常電線電纜的線徑都是偶數AWG，如18AWG、16AWG等，奇數AWG電線屬于特殊例外。3、 決定導體截面積的方法有二種：A、 測量每一根絞合芯線截面積之和，測量時至少要取7根苡線直徑的平均值作為平均芯線直徑。D以Mils計算：導體截面積CMA=nd2（CMA:CircularMilArea）以毫米計算：導體=0.7854*nd2其中n為導體結構中芯線的根數。芯線直徑的測量：根據UL1581第200節(jié)，每根芯線直徑須使用精度達到0.01mm（0.001英寸），兩個端面都是平面的千分尺進行測量。B、 稱重法，見UL1581第210節(jié)。測量過程中發(fā)現(xiàn)測量值小于要求值（UL1581，Table20.1可用兩種方法中的另一種加以證實。（注：DC電阻測量法不能用來作為測量CMA的最終判斷標準）。導體絕緣厚度1、 測量工具：千分尺常用的千分尺，測量端面均為平面，最小讀數：0.01mm端面為1.98*9.5mm，荷重10g的荷重千分尺（導體絕緣厚度）平均絕緣厚度的測量：距端線10英寸開始，每10英寸為一個測量點，測量5個點處導線的外徑，導體的直徑。絕緣厚度=（導線外徑埒體直徑）/2將5個點處的絕緣厚度平均即得到平均絕緣厚度。最小絕緣厚度的測量：測量工具：pin-gauge千分尺，注意此方法適用于18AWG或更大線徑的導線結構。截取一段抽出芯線導體的絕緣體，將其放置在千分尺的pin上。測量時先將荷重輕輕抬起，并緩慢轉動絕緣體，讀取最小值即視作導線絕緣體最小厚度。對于小于18AWG的導線，可采用讀數顯微鏡方法。2、 測量工具，讀數顯微鏡取樣時，小心抽取全部導體芯線，沿導線絕緣體方向垂直切片，在顯微鏡下測量最薄處的厚度，作為導體絕緣層的最小厚度。通常將讀數顯微鏡（精度為0.001mm）的測量結果作為最終的參考標準。實際測量時發(fā)現(xiàn)一卷電線測量的最小厚度小于規(guī)定值多過2Mils，判定該卷電線不合格。若測量值小于規(guī)定值不超過2Mils應在該卷電線上相距1英尺處抽取兩個樣測量，如果其中1個結果小于最小值，該卷電線判為不合格，若兩個測量值均達標，判為合格。外被平均外被厚度沿線身測量相距離英寸的5個點處外被的外徑以及成纜直徑，外被厚度=（外被外徑-成纜直徑）/2平均外被厚度為5個點測量值的平均。外被最小厚度：同導線最小絕緣厚度。外被內表面須先小心拋磨打平，再使用荷重85g,測量截面直徑6.4mm的荷重千分尺測量。讀數顯微鏡測量：方法同導體絕緣厚度測量方法。常見電線的平均厚度和最小厚度的對照表。見UL62,Table:16.2,16.4,16.6,16.8.絞距芯線絞距取芯線10個絞合的間距的平均值作為芯線平均絞距，測量時去除大約十個絞合長度的絕緣外皮，取任何一支芯線為對象進行測量。注意在去皮時不要損傷芯線，造成芯線斷線。導線絞距同樣取導線的10個絞距長度進行平均，作為平均導線絞距，取樣時要注意由于導線絞合時的內應力一扭力很大，去除外被時可能造成原絞合結構的松散。為此，取樣時先預留一段護套線不去除外被，再沿線纜方向用利刀片拉掉部分外被，最好是以能看到待測導線，而導線與外被結合得仍很緊密為宜。將樣品平放拉直，量取某一導線十個絞合點之間的距離作為絞距，因為成纜時由于應力的關系，成形外被后原絞合距離會增加。各種芯線最大絞距參見UL62。各種線徑的導線最大絞距參見UL62（二） 燃燒測試電線燃燒等級及測試方法對照表續(xù)上（三） 耐電壓測試電纜中各導線間應施加UL62Table51.1相對應的電壓，加壓時應在10S至60S鐘內緩慢將電壓由零加到額定值，保持1分鐘。判別標準為在升、降壓以及保持期間，Hi-pot機電路報警。另一方面，絕緣電阻測試在某種程序上也能產生類似效果，所以先進行耐電壓測試是一種積極的簡便測試漏電的方法。（四） 火花測試對于單芯電源線，如CXTW線，耐電壓測試即為火花測試，而對于多芯電源線，日常生產測試中也可以用火花測試代替耐電壓測試。火花測試要點：火花試驗機（1）鍍鉻銅珠練長度、位置：參見Table900.1,從橫向和縱向對珠練的間隔，排列方式等進行了規(guī)定，日常生產中須定期檢查珠練是否掉落，如發(fā)現(xiàn)有部分不全，應及時加以更換?；鸹CV型測試槽長度L、測試頻率、生產電線最大出線速率的關系，見Table900.2.可見工作頻率提咼，出線速率可以大幅提咼，生產效率也可大大提升。線路接地：保持導體以及放、收線輪與火花機接地良好。放線端為裸銅線：放線端接地，收線端不用接地，電線的導通性不須測試。放線端為絕緣導線：導線與收線、放線輪導通連接，收線、放線端均須接地。對于10AWG或更細導線,不用測試導通性能。測試電壓：見Table900.2絕緣電阻測試1、普通電線電纜絕緣高阻計直流電壓調節(jié)為100-500V,長度為50FT-5000FT的電線在水槽中浸泡2小時，高阻計的一個電極連接到水槽的銅板電極上，另一電極連接到待測的電線導線上。測量時間為60秒，合格標準為15.6°C時1000英尺電線的絕緣電阻大于2.5M.將10C-29.4C水溫的測量值折算為15.6C、長度為1000英尺的值：R*L*M*TCF1000R：高阻計讀數L：實測電線長度M：高阻計倍率TCF：溫度修正系數TCF對照表可參見UL1581Table52.12、常用戶外型“w”電線電纜，如SPT-2W，SJTW，CXTW等。短時間絕緣電阻的測試方法與普通型電線電纜相同，但合格判定標準完全不同，“W”型電線阻值要高得多。如CXTW22AWG，合格標準為15.6C225M/1000英尺。判定標準SPT-2W，SPT-1W，XTW以及CXW，參見UL62Table35.1SJTW等護套線，參見UL62Table32.1表中所列的絕緣電阻為15.6C下短時間浸水阻值，另外還需進行50C升溫長時間浸水測試其絕緣電阻。TCF的確定首先要確定阻抗因子C,再從UL62Table33.1中找出相應的M因子，套用前面公式，即可求出阻抗。注：對于護套電纜，如SVT，SJTW，表中所列的絕緣電阻為護套內各導線間絕緣電阻，所以在測量時,需將護套外被切除后再浸水測試。阻抗因子C的決定：參見UL62第34節(jié)。原理：在兩個樣品升溫和降溫的過程中，測量5個固定溫度點的阻值，在半對數坐標上作圖，推算出15.6C時的阻值，再讀出16.1C的阻值，兩者相除即可求出C值。（六）老化前和老化后拉伸測試1、 如何決定測試機的拉伸速度？拉伸速率：在UL1581第50節(jié)各表中未特別指明拉伸速率時，通常情況下速率為500+25mm/min.2、 如何決定材質的拉伸指數？UL62現(xiàn)在已將常規(guī)可彎曲軟線的物性歸結在Table5.2（絕緣體）和Table7.2（外被）中。過去所有電線塑料材質的物性全部列入UL1581Table50系列。例如SPT-2,105°C電線，其物性要求為：SPT-2為IntegralPVC電纜，故應用UL62Table15.1或UL1581Table50182。105C對應的CLASS是2.11,拉伸指數為老化前拉伸率100%，抗張強度1500ibf/m2。136C,7天的老化后拉伸率為之前的65%，抗張強度為老化前的85%。而對于半硬PVC而言（SR-PVC）,根據UL1581Table47.1,拉伸指數在Table50183中列明，即老化前，拉伸率100%,抗張強度3000ibf/m2，老化后百分比分別為70%,70%。3、 測試樣品的制備步驟：截取一段待測試（1） 測量其導體直徑，絕緣（或外被）層厚度；（2） 小心去除絕緣層包裹的導線和其它填充物，檢查絕緣表皮完好無損。對于外被樣品，用拋光磨平機小心磨平外被的內表面，直至內表面凹凸部位平滑即可。對于周長分別為4mm或6mm的外被，可用ASTMdieD或ASTMdieC的啞鈴片器制備啞鈴狀樣品。（3） 樣品上相距1英寸兩端作標記，以便測試過程中測量其拉伸情況。測試機的上下拉爪的夾持位置距離標記線均勻，不超過1/2英寸。4、 計算（1） 對于規(guī)則的管狀試樣，截面積A為：A=00.7854（D2-d2）D:導線外徑，d：導體直徑（2） 對于不規(guī)則內壁試樣，面積A：W163.87GW：10英寸樣品的重量，以克計；G：材質比重；A：截面積，以平方英寸計。注：啞鈴片狀外被樣品。截面積A=外被平均厚度*寬度（3） 比重G的測量10英寸長的材質，按下圖方式制備樣品，測量前樣品須在純凈酒精中浸沒。主要是為避免樣品內壁上空氣的保留。測量W1：空氣中樣品的重量；