《孫剛奇妙的小電容》PPT課件.ppt

1、奇妙的小電容,電容的定義,電容是表征電容器容納電荷的本領(lǐng)的物理量。我們把電容器的兩極板間的電勢差增加1伏所需的電量，叫做電容器的電容。電容的符號是C。 在國際單位制里，電容的單位是法拉，簡稱法，符號是F,常用的電容單位有毫法(mF)、微法(F)、納法(nF)和皮法(pF)(皮法又稱微微法)等，換算關(guān)系是：,法拉(F)= 1000毫法(mF)1000000微法(F)1微法(F)= 1000納法(nF)= 1000000皮法(pF)。相關(guān)公式：一個電容器，如果帶1庫的電量時兩級間的電勢差是1伏，這個電容器的電容就是1法，即：C=Q/U 但電容的大小不是由Q或U決定的，即：C=S/4kd 。其中，是

2、一個常數(shù)，S為電容極板的面積，d為電容極板的距離， k則是靜電力常量。電容器的電勢能計算公式：E=CU2/2,孤立導(dǎo)體的電容,所謂“孤立”導(dǎo)體,就是說在這孤立導(dǎo)體附近沒有其他導(dǎo)體和帶電體。 設(shè)想我們使一個孤立導(dǎo)體帶電q，它將具有一定的電勢U。理論和實驗表明，隨著q的增加，U將按比例地增加（這一點可以用唯一性定理來證明）。這樣一個比例關(guān)系可寫為： q/U=C,式中C的與導(dǎo)體的尺寸和形狀有關(guān)。它是一個與無關(guān)的常量，稱之為該孤立導(dǎo)體的電容。它的物理意義是使導(dǎo)體每升高單位電勢所需的電量。電容的單位應(yīng)是C/V。,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,電容器,電容器的定義： 電容器，簡稱電容，顧

3、名思義，是裝電的容器，是一種容納電荷的器件。英文名稱：capacitor。一些常用的電容器如圖所示。用字母C表示。電容是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一，廣泛應(yīng)用于隔直，耦合，旁路，濾波，調(diào)諧回路， 能量轉(zhuǎn)換，控制電路等方面。,電容器的重要參數(shù),1、標(biāo)稱電容量和允許偏差標(biāo)稱電容量是標(biāo)志在電容器上的電容量。電容器的基本單位是法拉(F)，但是，這個單位太大，在實地標(biāo)注中很少采用。 其它單位關(guān)系如下： 1F=1000mF 1mF=1000F 1F=1000nF 1n=1000pF,電容器實際電容量與標(biāo)稱電容量的偏差稱誤差，在允許的偏差范圍稱精度。精度等級與允許誤差對應(yīng)關(guān)系：00（01）-1%、0（0

4、2）-2%、-5%、-10%、-20%、 -（+20%-10%）、-（+50%-20%）、-（+50%-30%）一般電容器常用、級，電解電容器用、級，根據(jù)用途選取。,2、額定電壓在最低環(huán)境溫度和額定環(huán)境溫度下可連續(xù)加在電容器的最高直流電壓有效值，一般直接標(biāo)注在電容器外殼上，如果工作電壓超過電容器的耐壓，電容器擊穿，造成不可修復(fù)的永久損壞。,3、絕緣電阻直流電壓加在電容上，并產(chǎn)生漏電電流，兩者之比稱為絕緣電阻. 當(dāng)電容較小時，主要取決于電容的表面狀態(tài)，容量0.1uf時，主要取決于介質(zhì)的性能，絕緣電阻越小越好。電容的時間常數(shù)：為恰當(dāng)?shù)脑u價大容量電容的絕緣情況而引入了時間常數(shù)，他等于電容的絕緣電阻與

5、容量的乘積。,4、損耗電容在電場作用下，在單位時間內(nèi)因發(fā)熱所消耗的能量叫做損耗。各類電容都規(guī)定了其在某頻率范圍內(nèi)的損耗允許值，電容的損耗主要由介質(zhì)損耗，電導(dǎo)損耗和電容所有金屬部分的電阻所引起的。 在直流電場的作用下，電容器的損耗以漏導(dǎo)損耗的形式存在，一般較小，在交變電場的作用下，電容的損耗不僅與漏導(dǎo)有關(guān)，而且與周期性的極化建立過程有關(guān)。,5、頻率特性隨著頻率的上升，一般電容器的電容量呈現(xiàn)下降的規(guī)律。,電容器的分類,1、按照結(jié)構(gòu)分三大類：固定電容器、可變電容器和微調(diào)電容器。 2、按電解質(zhì)分類：有機(jī)介質(zhì)電容器、無機(jī)介質(zhì)電容器、電解電容器和空氣介質(zhì)電容器等。,3、按用途分有：高頻旁路、低頻旁路、濾波

6、、調(diào)諧、高頻耦合、低頻耦合、小型電容器。4、按制造材料的不同可以分為：瓷介電容、滌綸電容、電解電容、鉭電容，還有先進(jìn)的聚丙希電容等等5、高頻旁路：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、滌綸電容器、玻璃釉電容器。,6、低頻旁路：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器。7、濾波：鋁電解電容器、紙介電容器、復(fù)合紙介電容器、液體鉭電容器。8、調(diào)諧：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、聚苯乙烯電容器。 9、低耦合：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器、固體鉭電容器。,10、小型電容：金屬化紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、聚苯乙烯電容器、固體鉭電容器、玻璃釉電容器、金屬化滌綸

7、電容器、聚丙烯電容器、云母電容器。,常用電容器,鋁電解電容器用浸有糊狀電解質(zhì)的吸水紙夾在兩條鋁箔中間卷繞而成，薄的化氧化膜作介質(zhì)的電容器.因為氧化膜有單向?qū)щ娦再|(zhì),所以電解電容器具有極性.容量大，能耐受大的脈動電流容量誤差大，泄漏電流大；普通的不適于在高頻和低溫下應(yīng)用,不宜使用在25kHz以上頻率低頻旁路、信號耦合、電源濾波,鉭電解電容器用燒結(jié)的鉭塊作正極,電解質(zhì)使用固體二氧化錳溫度特性、頻率特性和可靠性均優(yōu)于普通電解電容器，特別是漏電流極小，貯存性良好，壽命長，容量誤差小，而且體積小，單位體積下能得到最大的電容電壓乘積對脈動電流的耐受能力差，若損壞易呈短路狀態(tài)超小型高可靠機(jī)件中,薄膜電容器結(jié)

8、構(gòu)與紙質(zhì)電容器相似，但用聚脂、聚苯乙烯等低損耗塑材作介質(zhì)頻率特性好，介電損耗小不能做成大的容量，耐熱能力差濾波器、積分、振蕩、定時電路,瓷介電容器穿心式或支柱式結(jié)構(gòu)瓷介電容器，它的一個電極就是安裝螺絲。引線電感極小，頻率特性好，介電損耗小，有溫度補(bǔ)償作用不能做成大的容量，受振動會引起容量變化特別適于高頻旁路,獨(dú)石電容器(多層陶瓷電容器)在若干片陶瓷薄膜坯上被覆以電極槳材料，疊合后一次繞結(jié)成一塊不可分割的整體，外面再用樹脂包封而成小體積、大容量、高可靠和耐高溫的新型電容器，高介電常數(shù)的低頻獨(dú)石電容器也具有穩(wěn)定的性能，體積極小，Q值高容量誤差較大噪聲旁路、濾波器、積分、振蕩電路,紙質(zhì)電容器一般是用

9、兩條鋁箔作為電極，中間以厚度為0.0080.012mm的電容器紙隔開重疊卷繞而成。制造工藝簡單，價格便宜，能得到較大的電容量一般在低頻電路內(nèi)，通常不能在高于34MHz的頻率上運(yùn)用。油浸電容器的耐壓比普通紙質(zhì)電容器高，穩(wěn)定性也好，適用于高壓電路,陶瓷電容器用高介電常數(shù)的電容器陶瓷鈦酸鋇一氧化鈦擠壓成圓管、圓片或圓盤作為介質(zhì)，并用燒滲法將銀鍍在陶瓷上作為電極制成。它又分高頻瓷介和低頻瓷介兩種。具有小的正電容溫度系數(shù)的電容器，用于高穩(wěn)定振蕩回路中，作為回路電容器及墊整電容器。低頻瓷介電容器限于在工作頻率較低的回路中作旁路或隔直流用，或?qū)Ψ€(wěn)定性和損耗要求不高的場合包括高頻在內(nèi)。這種電容器不宜使用在脈沖

10、電路中，因為它們易于被脈沖電壓擊穿。高頻瓷介電容器適用于高頻電路,云母電容器就結(jié)構(gòu)而言，可分為箔片式及被銀式。被銀式電極為直接在云母片上用真空蒸發(fā)法或燒滲法鍍上銀層而成，由于消除了空氣間隙，溫度系數(shù)大為下降，電容穩(wěn)定性也比箔片式高。頻率特性好，Q值高，溫度系數(shù)小不能做成大的容量廣泛應(yīng)用在高頻電器中，并可用作標(biāo)準(zhǔn)電容器,玻璃釉電容器由一種濃度適于噴涂的特殊混合物噴涂成薄膜而成，介質(zhì)再以銀層電極經(jīng)燒結(jié)而成獨(dú)石結(jié)構(gòu)性能可與云母電容器媲美，能耐受各種氣候環(huán)境，一般可在200或更高溫度下工作，額定工作電壓可達(dá)500V，損耗tg0.00050.008 電容器:電子設(shè)備中充當(dāng)整流器的平滑濾波、電源和退耦、交

11、流信號的旁路、交直流電路的交流耦合等的電子元件稱為電容器。電容器包括固定電容器和可變電容器兩大類，其中固定電容器又可根據(jù)所使用的介質(zhì)材料分為云母電容器、陶瓷電容器、紙/塑料薄膜電容器、電解電容器和玻璃釉電容器等；可變電容器也可以是玻璃、空氣或陶瓷介質(zhì)結(jié)構(gòu)。,物理思想在電容上的應(yīng)用,例：如本圖所示，一電容器兩極板都是邊長為a的正方形金屬平板，兩板不嚴(yán)格平行，其間有一夾角A 證明：當(dāng)Ad/a時，略去邊緣效應(yīng)，它的電容為: C=wa*a(1-aA/2d)/d,其中w代表介電常數(shù),d,A,a,a,微元思想,思路：將兩平面看作是無數(shù)小條形電容器的和。 證明： C=從0到a的積分c(x)dx C(x)=wadx/(d+xA) C=從0到的a積分wadx/(d+xA) 求積分并用泰勒公式展開得 C=wa*a(1-aA/2d)/d,逆向思維或等效思想,證明： 設(shè)從兩板平行到轉(zhuǎn)動A后的現(xiàn)在電勢差增加U1了，若再將另一端轉(zhuǎn)動A角，使兩版再次平行，很顯然兩板之間的電勢差又增加U1了，即到最后的平行狀態(tài)電勢差共增加了2U1.處理后：,a,a,因為：Ed+2U1=E(aA+d) 其中E兩板之間的電場強(qiáng)