2.3　電容器

電容器是由兩個金屬電極，中間夾一層電介質(zhì)構成。在兩個電極之間加上電壓時，電極上就存儲電荷，所以說電容器是一種儲能元器件。具有通交流、阻直流，通高頻、阻低頻的特性。在電路中用于交流耦合、隔離直流、調(diào)諧、濾波和能量轉(zhuǎn)換等。

2.3.1　電容器的分類及外形

1.電容器的分類

電容器常用符號C表示，其種類很多。按介質(zhì)不同，可以分為空氣介質(zhì)電容器、紙質(zhì)電容器、有機薄膜電容器、瓷介質(zhì)電容器、玻璃釉電容器、云母電容器、電解電容器等；按結構不同，可分為固定電容器、預調(diào)電容器、可調(diào)電容器等。

（1）固定電容器。固定電容器的容量是不可調(diào)的，圖2-13所示為常用固定電容器的外形和圖形符號。

（2）預調(diào)電容器。預調(diào)電容器又稱微調(diào)電容器或半可調(diào)電容器。其特點是容量可在小范圍內(nèi)變化，可調(diào)容量通常在幾皮法之間，最高可達100pF。預調(diào)電容器通常用于整機調(diào)整后，電容量不需經(jīng)常改變的場合。其圖形符號及常用的幾種電容器外形如圖2-14所示。

（3）可調(diào)電容器。可調(diào)電容器的容量可在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，它由許多半圓形動片和定片組成的平行板式結構，動片和定片之間用介質(zhì)（空氣、云母或聚苯乙烯薄膜）隔開，動片組可繞軸相對于定片組旋轉(zhuǎn)0～180°，從而改變電容量的大小。可調(diào)電容器有“單聯(lián)”“雙聯(lián)”“三聯(lián)”之分。目前，最常見的小型密封薄膜介質(zhì)可調(diào)電容器，采用聚苯乙烯薄膜作為片間介質(zhì)。可調(diào)電容器的外形和圖形符號如圖2-15、圖2-16所示。

2.電容器的型號命名

根據(jù)國家標準，國產(chǎn)電容器的型號由4部分組成，如表2-10所示。

例如：CJX-250-0.33-±10％電容器。

3.電容器的主要性能指標

（1）標稱容量與允許誤差

電容器的容量表示電容器存儲電荷的能力。單位是法拉（F）、微法（μF）、納法（nF）和皮法（pF），它們之間的換算關系為：1F=106μF=109nF=1012pF。

標稱容量是標志在電容器上的名義電容量，常用電容器容量的標稱值系列如表2-11所示。任何電容器的標稱容量都滿足表2-11中數(shù)據(jù)乘以10n（n為整數(shù)）。

實際電容器的容量與標稱值之間的最大允許偏差范圍，稱為電容量的允許誤差。固定電容器的允許誤差分為8級，如表2-12所示。

一般電容器的容量及誤差都標注在電容器上。體積較小的電容器常用數(shù)字和文字標志。采用數(shù)字標注容量時用三位整數(shù)，第一位、第二位為有效數(shù)字，第三位表示有效數(shù)字后面加零的個數(shù)，單位為皮法（pF）。例如：223表示該電容器的容量為22000pF（或0.022μF）。需要注意的是當?shù)谌齻€數(shù)為9時是個特例，如339表示的容量不是33×109pF，而是33×10-1pF（即3.3pF）。采用符號標注電容量時，將容量的整數(shù)部分寫在容量單位標志符號的前面，小數(shù)部分放在容量單位符號的后面。例如，0.68pF標志為p68，3.3pF標志為3p3，1000pF標注為1n，6800pF標志為6n8，2.2μF標志為2μ2等。

誤差的標注方法一般有3種：

一是將容量的允許誤差直接標在電容器上。二是用羅馬數(shù)字“Ⅰ”“Ⅱ”“Ⅲ”分別表示±5％、±10％、±20％。三是用英文字母表示誤差等級，如表2-13所示。

電容器的容量誤差及誤差除按上述方法標注外，有的也采用色標法來標注，電容器的色標法原則上與電阻器色標法相同（參閱表2-1），單位為皮法（pF）。

（2）額定工作電壓（又稱耐壓值）

額定工作電壓是指電容器在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)，長時期、可靠地工作所能承受的最高電壓。常用固定式電容器的耐壓值有：1.6V、4V、6.3V、10V、16V、25V、（32V）、40V、（50V）、63V、100V、125V、160V、250V、（300V）、400V、（450V）、500V、630V、1000V等，其中加括號的只限于電解電容器。耐壓值一般都直標在電容器上，在選用電容器的額定電壓時，必須留有充分的余量。

（3）絕緣電阻（又稱漏阻）

理想電容器絕緣電阻應為無窮大，但實際電容器絕緣電阻往往達不到無窮大。一般電容器的絕緣電阻應在5000MΩ以上。絕緣電阻大，電容器的漏電小，性能好。優(yōu)質(zhì)電容器的絕緣電阻可達TΩ（1012Ω，太歐）級。

（4）介質(zhì)損耗

理想電容器應沒有能量損耗，但實際上電容器在工作時總有一部分電能轉(zhuǎn)換熱能而損耗能量，包括漏電流損耗和介質(zhì)損耗兩部分。小功率電容器主要是介質(zhì)損耗。介質(zhì)損耗是指介質(zhì)反復極化和介質(zhì)導電所引起的損耗。電容器損耗的大小通常用損耗系數(shù)即損耗角的正切值tanδ來表示，即用tanδ來表示損耗功率與存儲功率之比，它真實地表征了電容器的質(zhì)量優(yōu)劣。在容量、工作條件相同的情況下，損耗角越大，電容器傳遞能量的效率就越低，電容器在電路中工作時產(chǎn)生的熱量，導致電容器性能變壞或失效，甚至使電解電容器爆裂。損耗角越大的電容器，不宜在高頻電路中使用。

4.常用電容器的結構及特點

（1）紙介電容器（CZ型）

結構：它主要是用金屬箔（如鉛箔或錫箔）做電極，絕緣介質(zhì)是用極薄的電容紙（如浸蠟的紙）和電極引線組成。在兩塊金屬電極之間夾有一層絕緣的介質(zhì)層，卷成圓柱形或者扁柱形芯子，然后密封在金屬殼或者絕緣材料殼中，如圖2-17所示。

特點：體積小、容量較大（容量可達1～20μF）。但是，固有電感和損耗比較大，工作溫度一般在100℃以下，吸濕性大，需要密封，適用于低頻電路。目前，低值紙介電容器正被薄膜電容器所取代。

（2）金屬化紙介電容器（CJ型）

結構：金屬化紙介電容器結構與紙介電容器基本相同，它是利用蒸發(fā)的方法使金屬附著于紙上作為電極，卷制后封裝而成，如圖2-18所示。

特點：成本低、容量大、體積小。其最大的優(yōu)點是具有自愈作用，即當工作電壓過高，電容器被擊穿后，由于金屬膜很薄可蒸發(fā)，使電容器在脫離高壓后能自愈，但其電容值不穩(wěn)定，等效電感和損耗都較大，適用于穩(wěn)定性要求不高的電路中。現(xiàn)在，金屬化紙介電容器也已經(jīng)很少見到。

（3）有機薄膜電容器

結構：與紙介電容器基本相同，區(qū)別在于介質(zhì)材料不是電容紙，而是用聚苯乙烯（CB型）、聚四氟乙烯或滌綸（CL型）等有機薄膜。有機薄膜電容器（見圖2-19）在這里只是一個統(tǒng)稱，具體又有滌綸電容器、聚丙烯薄膜電容器等數(shù)種。

特點：這種電容器不論是體積、質(zhì)量還是在電參數(shù)上，都要比紙介電容器或金屬化紙介電容器優(yōu)越得多。其優(yōu)點是體積小，耐壓高，損耗小，絕緣電阻大，穩(wěn)定性好，但溫度系數(shù)大，適用于作為旁路電容器。

（4）云母電容器（CY型）

結構：以云母作為介質(zhì)用金屬箔或在云母片（或用噴涂銀層的云母片）層疊后在膠木粉中壓鑄而成，如圖2-20所示。

特點：由于云母材料優(yōu)良的電氣性能和機械性能，使云母電容器的自身電感和漏電損耗都很小。具有耐壓范圍寬、可靠性高、性能穩(wěn)定、容量精度高等優(yōu)點，被廣泛用在具有特殊要求（如高溫、高頻、脈沖、高穩(wěn)定性）的電路中。

（5）瓷介電容器（CC型）

結構：常見的瓷介電容器有瓷片、瓷管、瓷介獨石等類型，是在陶瓷薄片兩面噴涂銀層，然后燒成銀質(zhì)薄膜作極板制成，如圖2-21所示。

特點：由于所用陶瓷材料的介電性能不同，因而低壓、小功率瓷介電容器有高頻瓷介（CC型）電容器、低頻瓷介（CT型）電容器之分。高頻瓷介電容器的體積小、耐熱性好、絕緣電阻大、損耗小、穩(wěn)定性高，常用于要求低損耗和容量穩(wěn)定的高頻、脈沖、溫度補償電路，但其容量范圍較窄，一般為1pF～0.1μF；低頻瓷介電容器的絕緣電阻小、損耗大、穩(wěn)定性差，但質(zhì)量小、價格低廉、容量大，特別是獨石電容器的容量可達2μF，甚至更高，一般用于對損耗和容量穩(wěn)定性要求不高的低頻電路，在普通電子產(chǎn)品中廣泛用作旁路、耦合元器件。

（6）玻璃電容器（CI型）

結構：玻璃電容器是以玻璃為介質(zhì)，目前常見的有玻璃獨石電容器和玻璃釉獨石電容器兩種。玻璃獨石電容器與云母電容器的生產(chǎn)工藝相似，即把玻璃釉粉壓成薄膜與金屬電極交替疊合后剪成小塊，在高溫下燒結成整體，如圖2-22所示。

特點：玻璃電容器與云母電容器和瓷介電容器相比，其生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉，具有良好的防潮性和抗震性，能在200℃高溫下長時期穩(wěn)定工作，是一種高穩(wěn)定性、耐高溫的電容器。其穩(wěn)定性介于云母電容器與瓷介電容器之間，一般體積只有云母電容器的幾十分之一，所以在高密度的SMT（Surface Mount Technology，表面貼裝技術）電路中廣泛使用。

（7）電解電容器（CD、CA型）

結構：電解電容器有正（+）、負（-）極之分，以鋁（CD型）、鉭（CA型）、鈮、鈦等附著有氧化膜的金屬極片為陽極（+極），陰極（-極）則是液體、半液體或膠狀的電解液。一般在電容器的外殼上都有標記，若無標記時，則長引線為“+”端，短引線為負端“-”，如圖2-23所示。

特點：鋁電解電容器（CD型）應用最廣，它容量大、體積小、耐壓高（一般在500V以下）、價格低、常用于交流濾波；缺點是容量誤差大且隨頻率而變動、絕緣電阻低。在要求較高的電路中常用鉭、鈮或鈦電解電容器，它們的漏電流小、體積小、工作穩(wěn)定性高、耐高溫、壽命長，但成本高。鉭電解電容器分為有極性和無極性的兩種。

2.3.2　電容器的合理選用與簡單測試方法

1.電容器的合理選用方法

（1）根據(jù)電路要求選用合適的類型。一般在低頻耦合或旁路、電氣特性要求較低時，可選用紙介電容器、滌綸電容器；在高頻高壓電路中，應選用云母電容器和瓷介電容器；在電源濾波和退耦電路中，可選用電解電容器。

（2）容量及精度的選擇。在振蕩電路、延時回路、音調(diào)控制等電路中，電容器容量應盡可能與計算值一致。在各種濾波器及網(wǎng)絡中，電容器的容量要求精確，其誤差值應小于±0.3％～±0.5％。在退耦電路、低頻耦合等電路中對容量及精度要求都不太嚴格，選用時比要求值略大些即可，誤差等級可選±5％、±10％、±20％、±30％等。

（3）耐壓值的選擇。選用電容器的額定電壓應高于實際工作電壓，并要留有足夠的余地。一般選用耐壓值為實際工作電壓的1.5～2倍以上的電容器。不論選用何種電容器，都不得使其額定電壓低于電路實際工作電壓的峰值，否則電容器將會被擊穿。因此，必須仔細分析電容器所加電壓的性質(zhì)。一般來說，電路的工作電壓是按照電壓的有效值讀數(shù)的，往往會忽略電壓的峰值可能超過電容器額定電壓的情況。因此，在選擇電容器額定電壓時，必須留下有充分的余量。

但是，選用電容器的耐壓也不是越高越好，耐壓高的電容器體積大、價格高。不僅如此，由于電解電容器自身結構的特點，一般應使電路的實際電壓相當于所選電容器額定電壓的50％～70％，才能充分發(fā)揮電解電容器的作用。如果實際工作電壓低于其額定電壓的一半，讓高耐壓的電解電容器在低電壓的電路中長期工作，反而容易使它的電容量逐漸減小、損耗增大，導致工作狀態(tài)變差。

（4）優(yōu)先選用絕緣電阻高、損耗小的電容器，注意電容器的條件與使用環(huán)境條件。在工作溫度較高的環(huán)境中，電容器易于老化；在濕度較大的環(huán)境中應選擇密封型電容器，以提高設備的抗潮濕性能；在寒冷地區(qū)必須選用耐寒的電容器，有極性的電解電容器，不宜在交流電路中使用，以免被擊穿等。

2.電容器的代換

電容器損壞后，一般都要用相同規(guī)格的新電容器代換。若無合適的電容器，可采用代換法解決，代換的原則如下：

（1）在容量、耐壓相同，體積不限時，瓷介電容器與紙介電容器可以相互代換。

（2）在體積不受限制時，對工作頻率、絕緣電阻值要求較高，可用耐壓相同和容量相同的云母電容器代換金屬化紙介電容器。對工作頻率、絕緣電阻值要求不高時，同耐壓、同容量的金屬化紙介電容器代換云母電容器。不考慮頻率影響，同容量、同耐壓金屬化紙介電容器可代換玻璃釉電容器。

（3）無條件限制，同容量高耐壓的電容器可代換耐壓低的電容器，誤差小的電容器可代換誤差大的電容器。

（4）防潮性能要求不高時，同容量、同耐壓非密封電容器可代換密封電容器。

（5）如果沒有合適容量的電容器進行代換，可采用電容器的串聯(lián)、并聯(lián)來獲得較合適的電容量。電容器串聯(lián)后可提高耐壓能力，但電容量要減小；電容器并聯(lián)后，可提高電容量，但是耐壓能力減小。例如：串聯(lián)兩只以上不同容量、不同耐壓的大容量電容器可代換小容量電容器，串聯(lián)后電容器的耐壓要考慮到每個電容器上壓降都要在其耐壓允許的范圍內(nèi)。并聯(lián)兩只以上的不同耐壓、不同容量的小容量電容器，可代換大容量的電容器，并聯(lián)后的耐壓以最小耐壓電容器的耐壓值為準。

3.電容器的簡單檢測方法

常用的電容器檢測儀器有電容測試儀、交流電橋、Q表（諧振法）和萬用表。下面介紹利用萬用表的歐姆擋對電容器進行簡單測試的方法。

（1）電解電容器的測試

因為電解電容器的容量比一般固定電容器大得多，在測量時應針對電解電容器的不同容量選用合適的量程。一般情況下1～47μF的電解電容器，可用R×1k擋測量，大于47μF的電解電容器可用R×100擋或R×10擋測量。

①測量電解電容器漏電電流。如圖2-24（a）所示，將萬用表置于R×1k擋或R×100擋，用萬用表黑表筆接電解電容器的正極，紅表筆接電解電容器的負極。此時，表針迅速向右擺動，然后慢慢向左回轉(zhuǎn)，待表針停在某一位置。此時的阻值便是電解電容器的正向漏電阻。此值越大，說明漏電流越小，電解電容器的性能越好。然后，將紅黑表筆對調(diào)進行測量，萬用表指針將重復上述擺動現(xiàn)象，如圖2-24（b）所示。但此時所測阻值為電解電容器的反向漏電阻，此阻值略小于其正向漏電阻，即反向漏電流要比正向漏電流大。電解電容器的漏電阻一般應在幾百千歐，甚至更高，否則，電解電容器將不能正常工作。在測試中，若正向、反向均無充電的現(xiàn)象，即萬用表指針不動，則說明電解電容器容量消失或內(nèi)部斷路；如果所測阻值很小或為零，說明電解電容器漏電流大或已擊穿損壞，不能再使用。

②電解電容器正、負極性判斷。有極性的電解電容器外殼上標有“+”“-”極性。未剪腳的電解電容器，引腳較長的一端為正極，引腳較短的一端為負極。對于正、負標志不明的電解電容器，可利用上述測量漏電阻的方法加以判別。即先任意測一下漏電阻，記住其大小，然后交換表筆再測出一個漏電阻值。兩次測量中阻值大的那一次便是正向接法，黑表筆接的是正極，紅表筆接的是負極。

（2）非電解電容器的測試

將萬用表置于R×10k擋，用兩表筆分別接電容器兩引腳，測得電阻越大越好，一般在幾百千歐至幾千千歐，若測得電阻很小甚至為0，說明電容器已短路。大于5000pF以上的電容器表針會快速擺動一下，然后返回無窮大位置附近，表筆換接，擺動的幅度比第一次更大，而后又復原，說明該電容器是好的。電容器的容量越大，測量時萬用表指針擺動幅度越大。

（3）可調(diào)電容器的檢查

①檢查轉(zhuǎn)軸的機械性能。用手輕輕旋動轉(zhuǎn)軸，應感覺十分平滑，無時松有時緊、卡滯等現(xiàn)象。將轉(zhuǎn)軸向前、后、上、下、左、右等各方向推動時，轉(zhuǎn)軸不應有松動現(xiàn)象。

②檢查動片與定片間有無碰片或漏電現(xiàn)象。用萬用表電阻擋檢查動、定片之間是否碰片。用紅、黑表筆分別接動片和定片引出端，同時將電容器軸柄來回旋轉(zhuǎn)幾下，若萬用表指針不動，說明動、定片之間無短路（無碰片處）；若指針擺動，說明可調(diào)電容器動、定片之間有短路（有碰片）的地方。