电容器*概述

　　电容器包括二个电极，二个电极储存的电荷大小相等，符号相反。电极本身是导体，二个电极之间由称为绝缘体(或称为介电质) Dielectric ，绝缘金属隔开。这种金属片通常用的是铝片或是铝箔，若用氧化铝来做介质的就是电解电容器。普通用在电容器的介质是空气、云母、纸、油。电荷会储存在电极表面，靠近介电质的部份。由于二个电极储存的电荷大小相等，符号相反，因此电容器中始终保持为电中性。介电质分子因电场影响而旋转，旋转后产生反向的电场，因此抵消了部份原有的电场，这个效应称为电极化。

　　电容器(capacitor)简称电容，也是组成电子电路的主要元件。它可以储存电能，具有充电、放电及通交流、隔直流的特性。从某种意义上说，电容器有点像电池。尽管两者的工作方式截然不同，但它们都能存储电能。电池有两个电极,在电池内部，化学反应使一个电极产生电子，另一个电极吸收电子。而电容器则要简单得多，它不能产生电子——它只是存储电子。它是各类电子设备大量使用的不可缺少的基本元件之一。各种电容器在电路中能起不同的作用，如耦合和隔直流、旁路、整流滤波、高频滤波、调谐、储能和分频等。电容器应根据电路中电压、频率、信号波形、交直流成分和温湿度条件来加以选用。

　　电容器*原理

　　电容器是由两个电极及其间的介电材料构成的。介电材料是一种电介质，当被置于两块带有等量异性电荷的平行极板间的电场中时，由于极化而在介质表面产生极化电荷，遂使束缚在极板上的电荷相应增加，维持极板间的电位差不变。这就是电容器具有电容特征的原因。电容器中储存的电量 Q 等于电容量 C 与电极间的电位差 U 的乘积。电容量与极板面积和介电材料的介电常数 ε 成正比，与介电材料厚度(即极板间的距离)成反比。 电容量的单位是法。容量为1法的电容器可以在1伏特的电压下存储1库仑的电量。1库仑为6.25e18(6.25*10^18，即 625 亿亿)个电子。1安培表示每秒钟流过1库仑电子的电子流动速率，因此，容量为1法的电容器可以在1伏特的电压下存储数量为1安培-秒的电子。1法的电容器通常相当大。根据电容器的电压承受能力的不同，它可能会有金枪鱼罐头瓶或1公升的苏打水瓶那么大。因此，您见到的电容器通常以微法(百万分之一法)为单位来度量。

　　电容器*低压电容器

　　包括:自愈式低压并联电容器(马口铁类钢板型椭圆型)

　　·采用油浸/干式介质;

　　·国内**成功地将SF6气体应用到低压电容器的生产中;

　　·通过“国家电力电容器质量监督检测中心”的全性能型式试验;

　　·**性能高：内置过压力保护装置;内置放电电阻;

　　·温升低：在45 ℃，1.58倍额定容量的条件下，电容器的温升≤9℃;

　　·损耗小，容量损失低;

　　·电容器局部放电起始/熄灭电压高;

　　电容器*干式、湿式电解容器分别

　　干式其实也算湿的，称为干式的理由，只是因为它里面的液体是容纳在湿棉纱或纸或浓厚的 动子 里。所以乾式电解容器中就没有像湿式有自由液体。

　　湿式电解容器中有铝箔浸在硼砂水溶液内，因为硼砂溶液是一种电解液，它作成容器中的传导面。由电解作用在铝箔表面形成一层氧化铝。氧化铝就成了铝箔和电解液之间的介电质。湿式电解容器常常都是密封在一只罐子里。

　　电容器*电容量

　　电容器的电容( C )是测量当电容器两端的电位差或电压( V )为单位值时，储存在电容器电极的电荷量( Q )：

　　若根据国际单位制，若一电容器两极施加一伏特的电压，其储存电荷量为一库仑，则此电容器的电容量为一法拉(F)。在实务上，法拉是相当大的单位，电容器的电容量一般常以毫法拉 (mF, 1mF = 10 -3 F)、微法拉 (μF, 1μF = 10 -6 F)、奈法拉 (nF, 1nF = 10 -9 F) 或皮法拉 (pF, 1pF = 10 -12 F)表示。

　　电容量 和电极的面积成正比，和二电极之间的距离成反比。电容量也和二电极间介电质的相对电容率成正比。

　　当电性相反的电荷分别在电容器的两端累积，电容器两端的电位差和电荷产生的电场开始增加。累积电荷越多，为抵抗电场所需要作的功就越大。储存在电容器的能量(国际单位制中，单位为焦耳)等于建立电容两端的电压和电场所需要的能量。

　　电容器*介电材料

　　电容器所用介电材料主要为固体，可分为有机和无机两大类。根据分子结构形式，无机介电材料有微晶离子结构、无定形结构和两者兼有的结构(如陶瓷、玻璃、云母等)。有机介电材料主要为共价键组成的高分子结构，按结构对称与否又可分为非极性(如聚丙烯、聚苯乙烯等)和极性(聚对苯二甲酸乙二酯等)两类。电解电容器所用介质是直接生长在阳极金属上的氧化膜，也是离子型结构。介电材料在外电场作用下会发生极化、损耗、电导和击穿等现象，它们代表着电介质的基本特性，而这些特性又取决于组分和分子结构形式。非极性有机材料和离子结构较完善而紧密的无机材料的极化，属于快速极化类型;而极性有机材料和结构松弛的离子晶体则属于缓慢极化类型。前者介电常数 ε 较低，损耗角正切tg δ 值很小，温度、频率特性较好,且体积电阻率也较高;后者则大致相反。工程用介电材料不是理想的电介质，具有不同程度的杂质、缺陷和不均匀性。这是产生不同的体积电阻率 ρ V 和击穿场强 E b 的原因。附表列出电容器常用介电材料的极化形式及其介电特性。

　　电容器*作用

　　一、电容器用于存储电量以便高速释放。闪光灯用到的就是这一功能。大型激光器也使用此技术来获得非常明亮的瞬时闪光效果。

　　二、电容器还可以消除脉动。如果传导直流电压的线路含有脉动或尖峰，大容量电容器可以通过吸收波峰和填充波谷来使电压变得平稳。

　　三、电容器可以阻隔直流。如果将一个较小的电容器连接到电池上，则在电容器充电完成后(电容器容量较小时，瞬间即可完成充电过程)，电池的两极之间将不再有电流通过。然而，任何交流电流(AC)信号都可以畅通无阻地流过电容器。其原因是随着交流电流的波动，电容器不断地充放电，就好像交流电流在流动一样。

　　电容器*应用

　　电容器在电子电机系统中有许多种用途。

　　能量储存

　　当电容器和其充电线路分离后，电容器会储存能量，因此可作为电池，提供短时间的电力。电容器常用在配合电池使用的电子设备中，在更换电池时提供电力，避免储存的资料因没有电力而消失。

　　电容器也常用在电源供应器中，可缓和全桥或或半桥整流器的输出。电容器也可用在 电容泵浦 (charge pump)电路中，储存能量，以产生比输入电压更高的电压。

　　在许多的电子设备及较大的电力系统〔如工厂〕中，为了提供信号电路或控制电路一个“干净的”的电源，常将电容器和电源电路并联。如音响系统会用数个电容去除由电源线上传来60Hz的讯号。电容可储存直流的电源，同时使电源电路产生的交流电流一个旁路的路径。在 车用音响 系统中，就常使用电容器来补偿蓄电池瞬时输出功率的不足。

　　功率因数更正(改善)

　　电容器可使用在需要功率因数更正的场合中，在这种情形时，常常是三个电容器配合三相的负载使用。此时电容器的单位不用法拉计算，而是使用 无效功率 (Reactive Power)，单位为乏(VAr)。加入电容器的目的是因抵消马达或日光灯等电感性负载的影响，使负载尽量接近电阻性负载。

　　VAr = V 2 × 2 π f C

　　上述公式中 V：电压(V)， f ：频率(Hz)， C：电容量(F)

　　如改使用千乏(KVAr)与微法拉(μF)为单位，则公式变成：

　　KVAr = V 2 × 2 π f C × 10 -6 ÷ 1000 = V 2 × 2 π f C × 10 -9

　　过滤、滤波

　　信号耦合

　　由于电容器阻隔直流信号通过的特性，电容器常用来过滤信号直流的部分，只留下交流的信号，称为交流耦合(有时也会用变压器来达到类似目的)。用在交流耦合用途的电容器会有较大的电容量，其电容值不需很**，但在信号交流成份流过时，电容需有低的感抗值。为这种用途被设计成适合穿过一个金属控制板的电容，被称为穿心电容,在电路图上穿心电容与其他电容器的符号有细微的差别。

　　噪声过滤器、马达启动器、及减震缓冲器

　　当电感有电流流过，而瞬间开关开路时，因开关无法流过电流，电感电流瞬间降到零，会在开关或继电器两端产生高电压。若电感较大时，其能量会产生火花，使得接点氧化或熔化接合，或造成固态开关的损坏。若在开关旁并联 缓冲电容 (Snubber capacitor)，可以在开关开路时，提供电感电流路径通过，可以延长开关的寿命。例如在汽车点火系统的断路器就会并联一缓冲电容。

　　在功率较小的系统中，产生的火花不会造成开关损坏，但产生的高电压会产生 射频干扰 (Radio Frequency Interference, RFI)，若加装缓冲电容即可减少因开关开路带来的干扰。缓冲电容一般会串联低阻值的电阻，可以消耗能量及降低射频干扰。

　　感应马达需要一个随着时间变化其角度的旋转磁场，才能正常工作。三相感应马达可以直接由三相电源产生旋转磁场，若是单相感应马达，则需在启动时加装一电容器，利用电容器和马达电感的相位差产生旋转磁场，使马达启动，此电容称为 启动电容 。

　　信号处理

　　储存于电容器中的能量可用来表达信息，如电脑中的二进制形式，或开关电容电路与“水桶队列延迟线”(bucket-brigade delay lines)中的模拟形式。电容器可被应用在模拟电路中做为积分器(integrators)或更复杂滤波器的组件，也用在负反馈环路稳定性中。信号处理电路也用电容器对电路信号求积分(integral)

　　调谐电路

　　电容器及电感器在调谐电路中用来选择固定频率范围内的信号。例如，收音机的接收器就利用可变电容器来调整接收的频率。

　　收音机接收器接收的频率是电感(L)和电容(C)的函数，其式如下：

　　此频率是RLC串联电路的共振频率。

　　传感器应用

　　电容器的应用多半不会改变其物理结构，而是利用电容器的特性来改变电压或电流。不过在固定电压下，若改变 介电质 的物理特性或电子特性，电容器也可用在传感应用上。若使空气可以渗透到电容器的介电质中，可用电容器测量空气的湿度。用可挠性的平板制作的电容器则可测量应力或压力。在电容式麦克风中，电容一端可随空气压力而位移，另一端固定，则可用电容作为声音的传感器。

　　有些加速计使用芯片上蚀刻的微机电电容来测量加速度的方向及大小。如此用在倾斜仪或汽车**气囊的传感器中，测量加速度的变化。

　　脉冲功率及武器应用

　　电感值低、耐高电压的大电容组 (capacitor banks) 常用来提供 脉冲功率 应用需要的大电流。这类的应用包括了 电磁成形 (electromagnetic forming)、 Marx 脉冲发生器 、脉冲雷射(尤其是 TEA雷射 )、 脉冲成形网络 、雷达、核聚变研究及粒子加速器。

　　大型电容组被用做桥梁爆破**、核武器里面的起爆装置和其他特殊武器里面。利用电容组作为电磁式装甲 (electromagnetic armour )、动能混合型**(railguns)和轨道一线圈混合发射器的电源的试验性工作正在进行。

　　电容器* 电容的**性

　　在电容充电后关闭电源，电容内的电荷仍可能储存很长的一段时间。此电荷足以产生电击，或是破坏相连结的仪器。一个抛弃式相机闪光模组由1.5V AA 干电池充电，看似**，但其中的电容可能会充电到300V，300V 的电压产生的电击会使人非常疼痛，甚至可能致命。

　　许多电容的 等效串联电阻 (ESR) 低，因此在短路时会产生大电流。在维修具有大电容的设备之前，需确认电容已经放电完毕。为了**上的考量，所有大电容在组装前需要放电。若是放在基板上的电容器，可以在电容器旁并联一 泄放电阻 (bleeder resistor)。在正常使用的，泄放电阻的漏电流小，不会影响其他电路。而在断电时，泄放电阻可提供电容放电的路径。高压的大电容在储存时需将其端子短路，以确保其储存电荷均已放电，因为若在安装电容时,若电容突然放电，产生的电压可能会造成危险。

　　大型老式的油浸电容器中含有多氯联苯(poly-chlorinated biphenyl)，因此丢弃时需妥善处理，若未妥善处理，多氯联苯会进入地下水中，进而污染饮用水。多氯联苯是致癌物质，微量就会对人体造成影响。若电容器的体积大，其危险性更大，需要格外小心。新的电子零件中已不含多氯联苯。

　　高电压电容潜在的危险

　　在高电压和强电流下工作的电容有着超出一般的危险。

　　高电���电容在超出其标称电压下工作时有可能发生灾难性的损坏。绝缘材料的故障可能会导致在充满油(通常这些油起隔绝空气的作用)的小单元产生电弧致使绝缘液体蒸发，引起电容凸出、破裂甚至爆炸，而爆炸会将易燃的油弄的到处都是、起火、损坏附近的设备。硬包装的圆柱状玻璃或塑料电容比起通常长方体包装的电容更容易炸裂，而后者不容易在高压下裂开。

　　被用在射频电路中和长期在强电流环境工作的电容会过热，特别是电容中心的卷筒。即使外部环境温度较低，但这些热量不能及时散发出去，集聚在内部可能会迅速导致内部高热从而导致电容损坏。

　　在高能环境下工作的电容组，如果其中一个出现故障，使电流突然切断，其他电容中储存的能量会涌向出故障的电容，这就即有可能出现猛烈的爆炸。

　　高电压 真空电容 即使在正确的使用时也会发出一定的X射线。适当的密封、熔融(fusing)和预防性的维护会帮助减少这些潜在的危险。

　　电容器* 检测方法

　　可变电容器的检测

　　A、用手轻轻旋动转轴，应感觉十分平滑，不应感觉有时松时紧甚至有卡滞现象。将载轴向前、后、上、下、左、右等各个方向推动时，转轴不应有松动的现象。

　　B、用一只手旋动转轴，另一只手轻摸动片组的外缘，不应感觉有任何松脱现象。转轴与动片之间接触**的可变电容器，是不能再继续使用的。

　　C、将万用表置于R×10k挡，一只手将两个表笔分别接可变电容器的动片和定片的引出端，另一只手将转轴缓缓旋动几个来回，万用表指针都应在无穷大位置不动。在旋动转轴的过程中，如果指针有时指向零，说明动片和定片之间存在短路点;如果碰到某一角度，万用表读数不为无穷大而是出现一定阻值，说明可变电容器动片与定片之间存在漏电现象。

　　固定电容器的检测

　　A、检测10pF以下的小电容，因10pF以下的固定电容器容量太小，用万用表进行测量，只能定性的检查其是否有漏电，内部短路或击穿现象。测量时，可选用万用表R×10k挡，用两表笔分别任意接电容的两个引脚，阻值应为无穷大。若测出阻值(指针向右摆动)为零，则说明电容漏电损坏或内部击穿。

　　B、检测10PF～0.01μF固定电容器是否有充电现象，进而判断其好坏。万用表选用R×1k挡。两只三极管的β值均为100以上，且穿透电流要小。可选用3DG6等型号硅三极管组成复合管。万用表的红和黑表笔分别与复合管的发射极e和集电极c相接。由于复合三极管的放大作用，把被测电容的充放电过程予以放大，使万用表指针摆幅度加大，从而便于观察 。应注意的是：在测试操作时，特别是在测较小容量的电容时，要反复调换被测电容引脚接触A、B两点，才能明显地看到万用表指针的摆动。

　　C、对于0.01μF以上的固定电容，可用万用表的R×10k挡直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电，并可根据指针向右摆动的幅度大小估计出电容器的容量。

　　电容器*故障处理

　　(1)当电容器爆炸着火时，就立即断开电源，并用砂子和干式灭火器灭火。

　　(2)当电容器的保险熔断时，应向调度汇报，待取得同意后再拉开电容器的断路器。切断电源对其进行放电，先进行外部检查　，如套管的外部有无闪络痕迹，外壳是否变形，，漏油及接地装置有无短路现象等，并摇测极间及极对地的绝缘电阻值，如未发现故障现象，可换好保险后投入。如送电后保险仍熔断，则应退出故障电容器，而恢复对其余部分送电。如果在保险熔断的同时，断路器也跳闸，此时不可强送。须待上述检查完毕换好保险后再投入。

　　(3)电容器的断路跳闸，而分路保险未断，应先对电容器放电三分钟后，再检查断路器电流互感器电力电缆及电容器外部等。若未发现异常，则可能是由于外部故障母线电压波动所致。经检查后，可以试投;否则，应进一步对保护**的通电试验。通过以上的检查、试验，若仍找不出原因，则需按制度办事工电容器逐渐进行试验。未查明原因之前，不得试投。

　　3、处理故障电容器时的**事项。处理故障电容器应在断开电容器的断路器，拉开断路器两侧的隔离开关，并对电容器组放电后进行。电容器组经放电电阻、放电变压器或放电电压互感器放电之后，由于部分残余电荷一时放不尽应将接地的接地端固定好，再用接地棒多次对电容器放电直至无火花及放电声为止，然后将接地卡子固定好。由于故障电容器可能发生引线接触**，内部断线或保险熔断等现象，因此仍可能有部分电荷未放出来，所以检修人员在接触故障电容器以前，还应戴上绝缘手套，用短路线将故障电容器的两极短接，还应单独进行放电。

　　电容器*历史研究

　　傻瓜相机的闪光灯电容器 *原始的电容器是1745年荷兰莱顿大学P.穆森布罗克发明的莱顿瓶，它是玻璃电容器的雏形。1874年德国M.鲍尔发明云母电容器。1876年英国D.斐茨杰拉德发明纸介电容器。1900年意大利L.隆巴迪发明瓷介电容器。30年代人们发现在陶瓷中添加钛酸盐可使介电常数成倍增长,因而制造出较便宜的瓷介电容器。1921年出现液体铝电解电容器，1938年前后改进为由多孔纸浸渍电糊的干式铝电解电容器。1949年出现液体烧结钽电解电容器，1956年制成固体烧结钽电解电容器。50年代初，晶体管发明后，元件向小型化方向发展。随着混合集成电路的发展，又出现了无引线的超小型片状电容器和其他外贴电容器。

　　电容器*未来发展趋势

　　电容器的发展趋势是：①提高主要参数水平，适应更恶劣的环境条件，进一步提高可靠性。②向更小型化发展，以节约原材料和能源。③平面化、片状化、微型化电容器的比例正进一步提高。独石瓷介电容器、微型钽片电容器、小型铝电解电容器和单片瓷介电容器的产品将大大增加。电容器与电阻器或电感器组成平面组合件的趋势受到人们重视。塑料薄膜电容器将会有新的发展，云母和纸介电容器有被进一步取代的趋势。