電容知識|電容公式、電容單位、電容作用及檢測-KIA MOS管
信息來(lái)源:本站 日期:2021-05-08
電容器所帶電量Q與電容器兩極間的電壓U的比值,叫電容器的電容。在電路學(xué)里,給定電勢差,電容器儲存電荷的能力,稱(chēng)為電容(capacitance),標記為C。采用國際單位制,電容的單位是法拉(farad),標記為F。
電容的符號是C。
C=εS/d=εS/4πkd(真空)=Q/U
在了解電容公式前,我們要先來(lái)看看電容單位及轉換。在國際單位制里,電容的單位是法拉,簡(jiǎn)稱(chēng)法,符號是F,由于法拉這個(gè)單位太大,所以常用的電容單位有毫法(mF)、微法(μF)、納法(nF)和皮法(pF)等,換算關(guān)系是:
1法拉(F)=1000毫法(mF)=1000000微法(μF)
1微法(μF)= 1000納法(nF)= 1000000皮法(pF)。
電容與電池容量的關(guān)系:
1伏安時(shí)=1瓦時(shí)=3600焦耳
W=0.5CUU
一個(gè)電容器,如果帶1庫的電量時(shí)兩級間的電勢差是1伏,這個(gè)電容器的電容就是1法拉,即:C=Q/U 。但電容的大小不是由Q(帶電量)或U(電壓)決定的,即電容的決定式為:C=εS/4πkd 。
其中,ε是一個(gè)常數,S為電容極板的正對面積,d為電容極板的距離,k則是靜電力常量。常見(jiàn)的平行板電容器,電容為C=εS/d(ε為極板間介質(zhì)的介電常數,S為極板面積,d為極板間的距離)。
電容公式-定義式:
電容器的電勢能計算公式:E=CU^2/2=QU/2=Q^2/2C
多電容器并聯(lián)計算公式:C=C1+C2+C3+…+Cn
多電容器串聯(lián)計算公式:1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn
三電容器串聯(lián):C=(C1*C2*C3)/(C1*C2+C2*C3+C1*C3)
作為無(wú)源元件之一的電容,其作用不外乎以下幾種:
(一)應用于電源電路,實(shí)現旁路、去藕、濾波和儲能的作用。下面分類(lèi)詳述之:
(1)旁路
旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件,它能使穩壓器的輸出均勻化,降低負載需求。就像小型可充電電池一樣,旁路電容能夠被充電,并向器件進(jìn)行放電。
為盡量減少阻抗,旁路電容要盡量靠近負載器件的供電電源管腳和地管腳。這能夠很好地防止輸入值過(guò)大而導致的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過(guò)大電流毛刺時(shí)的電壓降。
(2)去藕
去藕,又稱(chēng)解藕。從電路來(lái)說(shuō),總是可以區分為驅動(dòng)的源和被驅動(dòng)的負載。
如果負載電容比較大,驅動(dòng)電路要把電容充電、放電,才能完成信號的跳變,在上升沿比較陡峭的時(shí)候,電流比較大,這樣驅動(dòng)的電流就會(huì )吸收很大的電源電流,由于電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的電感,會(huì )產(chǎn)生反彈),這種電流相對于正常情況來(lái)說(shuō)實(shí)際上就是一種噪聲,會(huì )影響前級的正常工作,這就是所謂的“耦合”。
去藕電容就是起到一個(gè)“電池”的作用,滿(mǎn)足驅動(dòng)電路電流的變化,避免相互間的耦合干擾。將旁路電容和去藕電容結合起來(lái)將更容易理解。
旁路電容實(shí)際也是去藕合的,只是旁路電容一般是指高頻旁路,也就是給高頻的開(kāi)關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。
高頻旁路電容一般比較小,根據諧振頻率一般取 0.1μF、0.01μF 等;而去耦合電容的容量一般較大,可能是 10μF 或者更大,依據電路中分布參數、以及驅動(dòng)電流的變化大小來(lái)確定。
旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象,而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象,防止干擾信號返回電源。這應該是他們的本質(zhì)區別。
(3)濾波
從理論上(即假設電容為純電容)說(shuō),電容越大,阻抗越小,通過(guò)的頻率也越高。但實(shí)際上超過(guò) 1μF 的電容大多為電解電容,有很大的電感成份,所以頻 率高后反而阻抗會(huì )增大。
有時(shí)會(huì )看到有一個(gè)電容量較大電解電容并聯(lián)了一個(gè)小電容,這時(shí)大電容通低頻,小電容通高頻。電容的作用就是通高阻低,通高頻阻低頻。電容越大低頻越容易通過(guò),電容越大高頻越容易通過(guò)。
具體用在濾波中,大電容(1000μF)濾低頻,小電容(20pF)濾高頻。
曾有網(wǎng)友形象地將濾波電容比作“水塘”。由于電容的兩端電壓不會(huì )突變,由此可知,信號頻率越高則衰減越大,可很形象的說(shuō)電容像個(gè)水塘,不會(huì )因幾滴水的加入或蒸發(fā)而引起水量的變化。
它把電壓的變動(dòng)轉化為電流的變化,頻率越高,峰值電流就越大,從而緩沖了電壓。濾波就是充電,放電的過(guò)程。
(4)儲能
儲能型電容器通過(guò)整流器收集電荷,并將存儲的能量通過(guò)變換器引線(xiàn)傳送至電源的輸出端。電壓額定值為 40~450VDC、電容值在 220~150 000μF 之間的鋁電解電容器是較為常用的。
根不同的電源要求,器件有時(shí)會(huì )采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式,對于功率級超過(guò) 10KW 的電源,通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。
(二)應用于信號電路,主要完成耦合、振蕩/同步及時(shí)間常數的作用
1)耦合
舉個(gè)例子來(lái)講,晶體管放大器發(fā)射極有一個(gè)自給偏壓電阻,它同時(shí)又使信號 產(chǎn)生壓降反饋到輸入端形成了輸入輸出信號耦合,這個(gè)電阻就是產(chǎn)生了耦合的元件,
如果在這個(gè)電阻兩端并聯(lián)一個(gè)電容,由于適當容量的電容器對交流信號 較小的阻抗,這樣就減小了電阻產(chǎn)生的耦合效應,故稱(chēng)此電容為去耦電容。
2)振蕩/同步
包括 RC、LC 振蕩器及晶體的負載電容都屬于這一范疇。
3)時(shí)間常數
這就是常見(jiàn)的 R、C 串聯(lián)構成的積分電路。當輸入信號電壓加在輸入端時(shí),電容(C)上的電壓逐漸上升。而其充電電流則隨著(zhù)電壓的上升而減小。
電流通過(guò)電阻(R)、電容(C)的特性通過(guò)下面的公式描述:
i=(V/R)e-(t/CR)
一、用電容檔直接檢測
某些數字萬(wàn)用表具有測量電容的功能,其量程分為2000p、20n、200n、2μ和20μ五檔。測量時(shí)可將已放電的電容兩引腳直接插入表板上的Cx插孔,選取適當的量程后就可讀取顯示數據。
2000p檔,宜于測量小于2000pF的電容;20n檔,宜于測量2000pF至20nF之間的電容;200n檔,宜于測量20nF至200nF之間的電容;2μ檔,宜于測量200nF至2μF之間的電容;20μ檔,宜于測量2μF至20μF之間的電容。
經(jīng)驗證明,有些型號的數字萬(wàn)用表(例如DT890B+)在測量50pF以下的小容量電容器時(shí)誤差較大,測量20pF以下電容幾乎沒(méi)有參考價(jià)值。此時(shí)可采用串聯(lián)法測量小值電容。
方法是:先找一只220pF左右的電容,用數字萬(wàn)用表測出其實(shí)際容量C1,然后把待測小電容與之并聯(lián)測出其總容量C2,則兩者之差(C1-C2)即是待測小電容的容量。用此法測量1~20pF的小容量電容很準確。
二、用電阻檔檢測
實(shí)踐證明,利用數字萬(wàn)用表也可觀(guān)察電容器的充電過(guò)程,這實(shí)際上是以離散的數字量反映充電電壓的變化情況。
設數字萬(wàn)用表的測量速率為n次/秒,則在觀(guān)察電容器的充電過(guò)程中,每秒鐘即可看到n個(gè)彼此獨立且依次增大的讀數。根據數字萬(wàn)用表的這一顯示特點(diǎn),可以檢測電容器的好壞和估測電容量的大小。
下面介紹的是使用數字萬(wàn)用表電阻檔檢測電容器的方法,對于未設置電容檔的儀表很有實(shí)用價(jià)值。此方法適用于測量0.1μF~幾千微法的大容量電容器。
三、用電壓檔檢測
用數字萬(wàn)用表直流電壓檔檢測電容器,實(shí)際上是一種間接測量法,此法可測量220pF~1μF的小容量電容器,并且能精確測出電容器漏電流的大小。
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