178体育直播技术文章—电容器基础知识详解


  电容器是与电阻、线圈并存的三大被动元器件之一。不仅在电气或电子电路中会使用电容器,而且如果没有电容器电路就不会正常工作。这在智能手机和IoT设备、服务器和网络、以及无线通信系统之类的尖端设备上也是一样的。此外,电容器的性能会对各种电子设备的性能产生影响,因而已成为非常重要的零部件。

  简而言之,电容器是能够储蓄电能,并可在必要的时候放电的零部件。可蓄积起来的电能(电荷)与电池相比较少,因而在放出电荷(放电)时只能在短时间内供给电流,但是可反复进行充电(电荷的蓄积)和放电。这里列出电容器的示意(模式)图。将绝缘体(电介质)平行地夹在金属板(电极)之间而构成的就是电容器。如果向该金属板(电极)间施加直流电压,就可将电荷蓄积起来。这就是电容器的蓄电原理。被蓄积起来的电荷量叫做静电电容,静电电容C是由绝缘体的介电常数ε、电极的表面积S、绝缘体的厚度d来决定的。

  可通过增大绝缘体的介电常数ε,增大电极的表面积S,减薄绝缘体的厚度d来增大静电电容C。

  电容器由于其内部是绝缘的,因而不会有直流电流流过,但伴随着所施加电压的变动,通过进行充电和放电,看似好像有电流在电容器中流动。电压随时间变化率越大,流经电容器的电流就越会增大,如下式所示。在对此电压和电流的波形进行观察时,如果电压波形为正弦波,则电流波形也为正弦波,此外还可弄清电流波形在电压波形之前偏移1/4周期(电流的相位先行90°)的情况。

  此外,电压的变化大就会有较大的电流流过这种情况表明,越是电压变化大,高频流过的电流就会越大。

  如前所述,电容器具有以下特性,即①能够在瞬时进行充电和放电;②直流不会通过,但交流则会通过;③频率越高交流就越容易通过,电路中采用借助于这些特性的使用方法。这里列出典型的使用方法的电路。【放电电路】放电电路是通过释放蓄积在电容器中的电荷来使得被连接的负荷发生动作的电路。由于放电电路可在瞬时将大电流释放出去,因而可将其作为相机的闪光灯或紧急时的后备电源来使用。电路例中,若将开关连接到电源侧,电容器就会被充电;而当电荷蓄积至电源电压时,充电就会停止。若将开关连接到负荷(灯泡)侧,电容器就会开始放电,灯泡点亮。

  【平滑电路】平滑电路是使得对交流进行整流后的脉动电流变得平滑并将其转换为直流的电路。电源电路就是其典型的例子。通过电容器来使得利用二极管桥对交流的输入电压进行整流(电路例中为全波整流)而得的电压波(脉动、脉动电流)变得平坦。

  【去耦电路】去耦电路如其名称所示,是为了分离信号耦合而利用电容器的电路。此例中,如图所示,通过对基本直流中含有频率高的交流成分(噪声)的信号路径加入电容器,只有频率高的噪声成分通过电容器后被分离,之后令噪声不会被传递。去除开关电源中的开关噪声的用途就属于此种目的。

  【耦合电路】耦合电路是不让直流成分通过而只让交流成分通过的电路。希望在音频信号的放大电路等中排除直流成分造成的影响(也称之为DC截除等)时使用耦合电路。

  除此之外,还有例如谐振电路、滤波器电路、备用电路、时间常数电路和功率因数改善等各种使用方法。

  理想的电容器只含有静电电容成分,但是实际的电容器则含有电阻成分和电感成分。这些寄生成分对电容器的性能产生较大的影响。电容器的简易等效电路如图所示。

  实际的电容器的等效电路中包含有ESR(等效串联电阻)、ESL(等效串联电感)。此外,理想的电容器的电极间是绝缘的,但是实际上会存在若干的漏电流。

  里对这些成分进行了归纳。此外,另外一个重要的特性是具有阻抗。简单地说,阻抗即为交流电路中的电压与电流之比,相当于直流电路中的电阻。符号使用Z,单位与电阻相同,使用Ω。

  电容器的阻抗Z,在谐振频率之前呈容性下降,而在谐振频率C和ESL的影响成为零,只受ESR的影响,过了这一点则成为电感性(ESL),并与频率一起增加。在将电容器用于其主要用途即噪声吸收(去耦)中时,噪声吸收效果是由阻抗来决定的,因而需要按照以下的要点来选定零部件。

  电容器根据所使用的材料和结构等有许许多多的种类。此外,特性种类而有所差异,设计时根据这些特点来选择。主要的电容器种类如下图所示。

  可变电容器电容器的主流是固定电容器,但是也包括静电电容在一定范围内可变的可变电容器。

  此外,有些可变电容器在收音机的选台等中容值频繁地变化 (可变电容器)、而其他电容器(微调电容器)在电路组装过程中只会发生一次变化。

  静电电容的变化可通过旋钮或螺丝刀来进行,但由于是机械地使其变化的结构,因而难以制作静电电容大且具有pF (皮法微微法拉)级小电容器。无极性电容器和有极性电容器固定电容器大致区分为无极性电容器和有极性电容器。

  无极性电容器,其施加到电容器端子上的电压极性没有限制,也就是说这种电容器是哪一个端子为正也都无妨的电容器。只要是无极性电容器,就可施加从零电位升降的电压,因而即使在交流电路中也可直接使用。

  无极性电容器的主流是陶瓷电容器和薄膜电容器,此外还包括云母电容器、纸电容器、空气电容器。

  而有极性电容器则是决定2个端子的其中一个作为正的电容器,如果弄错极性而使用,电容器就会发生故障。因此,有极性电容器受到制约,即必须在直流电压或者只在正极侧变动的电压下使用。但是,有极性电容器的优点在于形状小,易于获得大电容的电容器,因而被广泛使用。铝电解电容器、钽电解电容器、导电性聚合物(电解)电容器、双电层电容器就属于这种电容器。陶瓷电容器陶瓷电容器是电介质采用了高介电常数陶瓷的电容器,具有以下特点。

  陶瓷电容器原本是高耐压/低电容的单板电容器,但随着因薄膜层叠结构而实现了小型大电容化的层叠陶瓷电容器的出现,及克服了曾是缺点的温度特性(温度造成的静电电容变化率大)的用于温度补偿的电容器的出现,其使用范围大幅度扩大,并成了电容器中被最常使用的电容器。另外,用于温度补偿的电容器,其形状比以往的高介电常数系大,不易大电容化,因而根据用途区分使用。

  但是,陶瓷电容器具有以下缺点,如DC偏压特性(因施加电压而静电电容大幅度变化)和啸叫(因高频导致的振动而产生异音)、因温度/机械性冲击而易于发生开裂,使用时需要注意。薄膜电容器薄膜电容器是电介质采用了塑料薄膜的电容器,具有以下特点。

  与陶瓷电容器相比,虽然耐热性低,但是追加了优异的温度特性和可高精度地对应静电电容的特性,此外也不存在DC偏压特性和啸叫、温度/机械性冲击引起的开裂问题。因此,薄膜电容器虽然性能比陶瓷电容器高,但是由于其形状大,价格昂贵的缺点,因而被用在陶瓷电容器无法覆盖的电压、电容区和高性能/高精度的用途。

  PET和PP属于引线类型的电介质,以前经常使用小型、低价格的PET而优异的高频特性(低ESR)的PP用于高频/大电流,但由于PP还具有高安全和高耐湿性的特点,并且随着PP薄膜电容器的小型化技术的进步进展,现在PP用于众多的用途。

  PPS和PEN具有高耐热的特点,因而被用于表面安装用薄膜电容器。它们的电气特性,具有PEN接近PET,PPS接近PP的特性。铝电解电容器铝电解电容器采用这样的结构,即在阳极的铝箔表面形成作为电介质的铝氧化被膜,电解质(阴极)使用电解液(溶媒中溶解了电解质的液体)。铝电解电容器的特点在于其大电容,这是通过对铝箔的表面进行蚀刻来形成凹凸以增大电极表面积(S),再在埃级的极薄状态下形成氧化被膜的厚度(d)而实现的。

  但是,与陶瓷电容器和薄膜电容器相比,等效串联电阻(ESR)升高。铝电解电容器是使用寿命有限的产品。这是因为,电解液会在温度的影响下气化,渐渐地渗透到封口橡胶中,伴随时间的推移电容下降,ESR上升,最终成为开路状态(电解液干涸)。

  钽电解电容器钽电解电容器的基本结构与铝电解电容器大致相同,其作为阳极的钽金属粉的烧结体表面形成作为电介质的五氧化钽,电解质采用了二氧化锰(固体)的结构。钽电解电容器具有以下特点,即形状比铝电解电容器小,频率特性优异,寿命长(电解质为固体)。

  但是,故障模式为短路,有导致起火的危险,因而必须采取安全对策。导电性聚合物电容器导电性聚合物电容器,是将电解电容器的电解质作为导电性聚合物(固体)的电容器。

  导电性聚合物的电导率非常高,是铝电解电容器的电解液的10000倍,钽电解电容器的二氧化锰的1000倍,等效串联电阻(ESR)低,因而在吸收纹波的用途中比其他电解电容器更为有利。

  因此,目前正在推进从其他电解电容器向导电性聚合物电容器的替换,但由于其价格昂贵和没有额定电压高的产品之故,根据用途与其他电解电容器区分使用。电气双层电容器电气双层电容器,是具有铝电解电容器和二次电池(电池)的中间电容的特殊电容器,其电容密度为铝电解电容器的大约1000倍以上,是二次电池的1/10左右。电气双层电容器中没有像电解电容器那样的电介质。取而代之,其将在电极和电解液的界面形成的双电层作为电介质的功能来利用。这就是电气双层电容器这个名称的由来。

  电气双层电容器的充放电,利用在正、负极中使用的活性炭的电极表面离子的吸附或解吸。基于此充放电的双层的变化如下图所示。

  充放电简单(可放电至0V,可通过端子电压确定能耗量,可进行微小电流或大电流充电)

  据外媒报道,美国宾夕法尼亚州立大学(Penn State)以及中国两家大学(闽江学院和贵州教育学院)的研究人员表示,基于氧化锰研发出一种新型超级电容器,能够将电池的存储容量与其他超级电容器的高功率和快速充电特点相结合。 (图片来源:宾夕法尼亚州立大学) 宾夕法尼亚州立大学材料研究所工程科学与力学助理教授Huanyu Larry Cheng表示:“氧化锰无疑是一种很有前景的材料,通过与钴锰氧化物结合,形成了一种异质结构,我们能够调整该结构中的界面性能。” 该研究小组首先进行了模拟实验,以观察锰氧化物与其他材料结合后性能如何变化。将锰氧化物与半导体耦合时,能够形成一个导电界面,而且用于传输电子和离子的电阻很低。这一点很重

  功率高/充电速度快 /

  随着经济的发展和社会的进步,人们对能源提出了越来越高的要求,寻找新能源已成为当前人类面临的迫切课题。由于太阳能发电具有火电、水电、核电所无法比拟的清洁性、安全性、资源的广泛性和充足性,太阳能被认为是二十一世纪最重要的能源。太阳能的存储是太阳能产品发展的关键,目前主要采用各种电池,但是电池的充电时间长、寿命短以及不环保一直是太阳能产品发展的瓶颈,而1P-104P超级电容器作为一种充电快、寿命长、绿色环保型储能元件,它给太阳能产品的发展带来了新的活力。本文详细介绍了一种1P-104P超级电容器太阳能草坪灯的设计及实现方法。该草坪灯很好的结合了太阳能和1P-104P超级电容器的优势,它无需安装其他电源,就可以主动发光,还能够根据环境光线

  TDK 集团最近推出了新的爱普科斯 (EPCOS) X2 EMI 抑制

  TDK 集团最近推出了新的爱普科斯 (EPCOS) X2 EMI 抑制电容器系列 B3292*H/J*。该系列电 容器在潮湿的环境下仍可保持容值的稳定性,电容容值范围为 0.1 F 至 15 F、引线*H/J*系列电容器的工作电压高达 305 V AC,工作温度范围为-40 C 至+110 C。该系列电容器使用了金属化聚丙烯膜介质 (MKP),具有卓越的自愈性,在电 容短时过压时会将介质薄弱点击穿并绝缘开,使电容恢复正常使用。 新型 X2 系列电容器能在严苛环境条件下可靠运行,可轻松通过湿热测试。新的 X2 电容系列 可以通过85 C/85%RH 带负载 240V AC 测试,10

  系列 /

  摘要: 近日,来自MIT的科研人员研发出一种基于纳米线打造的新型柔性超级电容器,它可以说是健身追踪器和其他可穿戴设备的新一代理想能源。续航对于时下越来越流行的智能手表和健身追踪器来说尤为重要,但我们都知道,这些设备的个头一般不会很大,这也就意味着它们的电池容量不会太高。最好的办法就是使用小型超级电容器—它能够提供快速高功率电脉冲。MIT科研人员对多种材质展示了试验,最终他们发现,碳纳米管和石墨烯是当中表现最好的,这要得益于它们拥有比其他材料更大的表面积—更大的表面积意味着可以容纳下更多的离子,也就是更多的能量。 MIT选用了铌纳米线作为微型超级电容器的电极。据科研人员介绍,这种超级电容器拥有高达55W/cc的功率密

  前言 近年来的汽车市场对于高效率、低耗油化以及改善耐环境性能和安全性能越来越重视,同时电子设备的安装率也在提高。另外,与此同时还要保证车内的空间、车体的轻量化,因此安装的电子设备不得不具备小型化的特征,而安装的电路板也必须小型化。 另一方面,直接连接到电源的平滑用途、噪声去除用途的多层陶瓷电容器(MLCC)为了对应故障安全而并列配置2个的case很常见。主要是在电路板安装后的电路板的处理场合,机械应力等会对MLCC产生裂纹,而这种裂纹很可能导致在通电时发生燃烧的最坏后果。为了避免这种后果,对策就是通过并列配置2个MLCC,即使1个MLCC由于机械应力产生了裂纹,电池也不会受到冲击。但是,由于电子设备的小型化需求,削减元

  电容器 电容器一般可以分为没有极性的普通电容器和有极性的电解电容。普通电容器分 为固定电容器、半可调电容器( 微调电容器) 、可变电容器。 一. 固定电容器 : 指一经制成后, 其电容量不能再改变的电容器。 1. 电容的分类: 电容一般按电介质来分类。 1) 纸介电容器. 2) 涤纶电容器. 3) 聚苯乙烯电容器. 4) 聚丙烯电容器. 5) 聚四氟乙烯电容器. 6) 聚酰亚胺薄膜电容器. 7) 聚碳酸酯薄膜电容器. 8) 复合薄膜电容器. 9) 漆膜电容器. 10) 叠片形金属化聚碳酸酯电容器. 11) 云母电容器. 12) 瓷介电容器. 13) 玻璃釉电容器. 2. 电容的型号命名: 1) 各国电容器的型号命名很不统

  如众所知,电容器 (C) 于声音线路上是和电感器 (L) 组成LC网路 (NETWORK) 用于分频线路-功率放大器 (POWER AMPLIFIER) 的输出综合信号通过此LC网路时, 会依所设计的分频点及音路,将各高低频率分开输往各不同的扬声器 (如 TWEETER、MID-RANGE、WOFFER、SUB-WOOFER..等) LC网路依各厂工程师的设计,有从最简单的二音路 (2 WAY) 高/低音,普遍的三音路 (3 WAY) 高/中/低音,高级的四音路 (4 WAY) 高/中/低/超低音或超高/高/中/低音,到顶级的五音路 (5 WAY) 超高/高/中/低/超低音,甚至更多音路都有· LC网路的线路也依各厂工程师的设计

  通过制成模块来削减成本 ③的低价位对扩大市场很重要。不过,不仅要求降低蓄电元器件的价格,还应该综合考虑蓄电系统的设置环境和寿命等因素,以降低系统整体的成本。 大型蓄电元器件并不是只要便宜就好的产品,其长期可靠性非常重要,一旦发生问题就会失去市场的信赖,最终会造成巨大损失。 在实际使用条件下,不是单元单体使用,而是需要制成模块,以确保既定的电压或输出功率,因此必须实现模块的低成本化。 LIC可由以下3点来削减模块成本:①单元单体的电压较高,可减少单元数量;②高温耐久性出色,设置条件比较宽松;③可削减管理成本。 关于①,制成既定电压的模块时,单元电压越高,使用的单元数量越少。例如,电压为300V时,需要1

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