【电路笔记】-电容器的种类

电容器的种类

1、概述

可用电容器的类型范围从用于振荡器或无线电电路的非常小的精密微调电容器，到用于高压功率校正和平滑电路的大功率金属罐型电容器。

不同类型电容器之间的比较通常是根据极板之间使用的电介质进行的。 与电阻器一样，也有多种类型的电容器，它们允许我们改变其电容值以用于无线电或“频率调谐”类型的电路。

商业类型的电容器由金属箔与作为介电材料的石蜡浸渍纸或聚酯薄膜交织而成。 有些电容器看起来像管子，这是因为金属箔板卷成圆柱体，形成一个小封装，中间夹有绝缘介电材料。

小型电容器通常由陶瓷材料制成，然后浸入环氧树脂中进行密封。 无论哪种方式，电容器在电子电路中都发挥着重要作用，因此这里有一些更“常见”的电容器类型。

2、介质电容器

介电电容器通常是可变类型的，因为调谐发射器、接收器和晶体管收音机需要电容的连续变化。 可变介电电容器是多板空气间隔类型，具有一组固定板（定子叶片）和一组在固定板之间移动的可动板（转子叶片）。

移动板相对于固定板的位置决定了总电容值。 当两组板完全啮合在一起时，电容通常最大。 高压型调谐电容器的极板之间具有相对较大的间距或气隙，击穿电压达到数千伏。

除了连续可变型电容器外，还提供预置型可变电容器，称为微调器。 这些通常是小型设备，可以借助小螺丝刀调整或“预设”为特定电容值，并且可采用 500pF 或更小的非常小的电容，并且是非极化的。

2、薄膜电容器

薄膜电容器是所有类型电容器中最常用的，由相对较大的电容器系列组成，其差异在于介电特性。 其中包括聚酯（聚酯薄膜）、聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、金属化纸、聚四氟乙烯等。薄膜类型电容器的电容范围从小至 5pF 到大至 100uF，具体取决于电容器的实际类型及其额定电压。 薄膜电容器也有各种形状和外壳样式，其中包括：

• 包裹和填充（椭圆形和圆形）——将电容器包裹在紧密的塑料带中，并用环氧树脂填充末端以密封它们。
• 环氧树脂外壳（矩形和圆形）——电容器封装在模制塑料外壳中，然后填充环氧树脂。
• 金属密封（矩形和圆形）——电容器封装在金属管或金属罐中，并再次用环氧树脂密封。

上述所有外壳样式均提供轴向和径向引线。

使用聚苯乙烯、聚碳酸酯或聚四氟乙烯作为电介质的薄膜电容器有时被称为“塑料电容器”。 塑料薄膜电容器的结构与纸薄膜电容器类似，但使用塑料薄膜代替纸。

与浸渍纸型电容器相比，塑料薄膜型电容器的主要优点是在高温条件下运行良好，公差较小，使用寿命很长，可靠性高。 薄膜电容器的示例有矩形金属化薄膜和圆柱形薄膜和箔片类型，如下所示。

薄膜和箔式电容器由薄金属箔长条与夹在一起的介电材料制成，将其卷成紧密的卷，然后密封在纸或金属管中。

这些薄膜类型需要更厚的介电薄膜，以降低薄膜撕裂或刺穿的风险，因此更适合较低的电容值和较大的外壳尺寸。

金属箔电容器将金属化的导电膜直接喷涂到电介质的每一侧，这赋予电容器自愈特性，因此可以使用更薄的电介质膜。 对于给定电容，这允许更高的电容值和更小的外壳尺寸。 薄膜和箔电容器通常用于更高功率和更精确的应用。

3、陶瓷电容器

陶瓷电容器或圆盘电容器通常被称为陶瓷电容器，是通过在小瓷器或陶瓷圆盘的两侧涂上银而制成的，然后堆叠在一起制成电容器。 对于非常低的电容值，使用约 3-6mm 的单个陶瓷盘。 陶瓷电容器具有高介电常数（高 K），因此可以在较小的物理尺寸下获得相对较高的电容。

它们在电容随温度变化方面表现出较大的非线性变化，因此被用作去耦或旁路电容器，因为它们也是非极化器件。 陶瓷电容器的值范围从几皮法到一或两微法 (μF)，但其额定电压通常相当低。

陶瓷类型的电容器通常在其主体上印有 3 位代码，以识别其电容值（以皮法为单位）。 一般前两位表示电容值，第三位表示加零的个数。 例如，带有标记 103 的陶瓷盘电容器将表示 10 个和 3 个皮法的零，相当于 10,000 pF 或 10nF。

同样，数字 104 表示 10 个皮法和 4 个零，相当于 100,000 pF 或 100nF 等。 因此，在陶瓷电容器上方的图像中，数字 154 表示 15 个和 4 个皮法的零，相当于 150,000 pF 或 150nF 或 0.15μF。 有时用字母代码来表示其公差值，例如：J = 5%、K = 10% 或 M = 20% 等。

4、电解电容器

当需要非常大的电容值时，通常使用电解电容器。 这里，不是使用非常薄的金属薄膜层作为其中一个电极，而是使用果冻或糊剂形式的半液体电解质溶液作为第二电极（通常是阴极）。

电介质是一层非常薄的氧化物，在生产过程中通过电化学方式生长，薄膜厚度小于十微米。 该绝缘层非常薄，因此可以在较小的物理尺寸下制造具有较大电容值的电容器，因为极板之间的距离 d 非常小。

大多数电解类型的电容器都是极化的，即施加到电容器端子的直流电压必须具有正确的极性，即正极对正极端子，负极对负极端子，因为不正确的极化会击穿绝缘氧化层 并可能导致永久性损坏。

所有极化电解电容器的极性都清楚地标有负号，以指示负极端子，并且必须遵循该极性。

电解电容器由于其电容量大且尺寸小，通常用于直流电源电路中，有助于降低纹波电压或用于耦合和去耦应用。 电解电容器的一个主要缺点是其额定电压相对较低，并且由于电解电容器的极化，因此不能在交流电源上使用它们。 电解通常有两种基本形式； 铝电解电容器和钽电解电容器。

4.1 铝电解电容器

铝电解电容器基本上有两种类型：普通箔型和蚀刻箔型。 氧化铝薄膜的厚度和高击穿电压使这些电容器的电容值相对其尺寸而言非常高。

电容器的箔板通过直流电流进行阳极氧化处理。 该阳极氧化过程设置了板材的极性，并确定板材的哪一侧为正极，哪一侧为负极。

蚀刻箔类型与普通箔类型的不同之处在于阳极箔和阴极箔上的氧化铝经过化学蚀刻以增加其表面积和介电常数。 这提供了比同等值的普通箔型电容器尺寸更小的电容器，但与普通型相比具有不能承受高直流电流的缺点。 而且它们的容差范围相当大，高达 20%。 铝电解电容器的典型电容值范围为 1uF 至 47,000uF。

蚀刻箔电解电容器最适合用于耦合、隔直和旁路电路，而普通箔类型更适合用作电源中的平滑电容器。 但铝电解电容器是“极化”器件，因此反向施加在引线上的电压将导致电容器内的绝缘层与电容器一起被破坏。 然而，如果损坏很小，电容器内使用的电解质有助于修复损坏的极板。

由于电解液具有自我修复受损板的特性，因此它还具有对箔板进行重新阳极氧化的能力。 由于阳极氧化过程可以逆转，因此电解质能够去除箔片上的氧化物涂层，就像电容器以相反极性连接时会发生的情况一样。 由于电解质具有导电能力，如果氧化铝层被去除或破坏，电容器将允许电流从一个极板传递到另一极板，从而破坏电容器，“所以要注意”。

4.2 钽电解电容器

钽电解电容器和钽珠有湿式（箔式）和干式（固体）电解类型，其中干式或固体钽是最常见的。 固体钽电容器使用二氧化锰作为其第二端子，并且物理尺寸小于等效铝电容器。

氧化钽的介电性能也比氧化铝好得多，具有更低的漏电流和更好的电容稳定性，这使得它们适合用于阻塞、旁路、去耦、滤波和定时应用。

此外，钽电容器虽然是极化的，但比铝电容器更容易承受反向电压，但额定工作电压要低得多。 固体钽电容器通常用于交流电压比直流电压小的电路中。

然而，某些钽电容器类型包含两个一体的电容器，负对负连接以形成“非极化”电容器，用于低压交流电路中作为非极化设备。 通常，正极引线在电容器本体上通过极性标记来识别，钽珠电容器的本体呈椭圆形几何形状。 电容的典型值范围为 47nF 至 470uF。

电解电容器因其成本低且尺寸小而被广泛使用，但破坏电解电容器的简单方法有以下三种：

• 过电压——过高的电压将导致电流通过电介质泄漏，从而导致短路情况。
• 极性反接——反向电压会导致氧化层自毁和失效。
• 温度过高——过多的热量会使电解液干燥并缩短电解电容器的寿命。

在下一篇有关电容器的文章中，我们将研究一些主要特性，以表明电容器不仅仅是电压和电容。