“capacitor”是英语单词,中文意思是“电容器”,在电子电路中用于储存电荷和电能,具有多种类型,在电路中有滤波、耦合、旁路等重要作用,使用时需考虑额定电压、电容值等参数,并正确连接极性。
“capacitor”是一个名词,在电子工程和物理学领域,它指的是一种能够储存电荷和电能的电子元件,中文通常翻译为“电容器”。电容器由两个相互靠近的导体(称为极板)以及它们之间的绝缘介质(称为电介质)组成。当在电容器的两个极板上施加电压时,极板上会分别积累等量但符号相反的电荷,从而在电容器内部形成电场,储存电能。
储存电荷:电容器最基本的功能就是储存电荷。例如,在一个简单的RC(电阻 - 电容)电路中,当电源给电容器充电时,电荷会逐渐积累在电容器的极板上,直到极板间的电压达到电源电压。此时,电容器就储存了一定量的电荷,其储存的电荷量 \(Q\) 与电容 \(C\) 和极板间电压 \(V\) 之间的关系为 \(Q = CV\)。
滤波:在电源电路中,电容器常用于滤波。由于交流电(AC)的电压和电流方向会周期性变化,而电容器对交流电有“通交流、阻直流”的特性(在交流电路中,电容器会不断地进行充放电,相当于对交流电有一定的导通作用;而对于直流电,电容器充电完成后相当于开路),所以可以将电容器并联在电源输出端,以滤除交流成分,使输出电压更加平稳。比如,在电子设备的电源电路中,通常会在整流电路后并联一个大容量的电解电容器,来减小输出电压的波动。
耦合:在多级放大电路中,电容器可以作为耦合元件,将前一级放大电路的交流信号传递到后一级放大电路,同时隔离前一级和后一级放大电路之间的直流电位,避免直流电位相互影响。例如,在共射极放大电路中,输入信号通过耦合电容器加到基极,输出信号也通过耦合电容器从集电极取出,这样可以保证各级放大电路的静态工作点不受影响。
旁路:在放大电路中,为了减小电阻对交流信号的影响,可以在电阻两端并联一个电容器,为交流信号提供一个低阻抗的通路,使交流信号绕过电阻,从而起到旁路的作用。例如,在晶体管放大电路中,发射极电阻通常用于稳定静态工作点,但同时也会对交流信号产生一定的负反馈作用,通过并联旁路电容器,可以减小这种负反馈对交流信号的影响,提高放大电路的交流增益。
电解电容器:具有容量大、价格低廉等优点,但存在极性(有正负极之分),使用时必须注意极性连接正确,否则可能会导致电容器损坏甚至爆炸。电解电容器常用于电源滤波、耦合等场合,例如在计算机主板的电源电路中,大量使用了电解电容器来稳定电源电压。
陶瓷电容器:具有体积小、价格低、频率特性好等优点,通常没有极性(但也有一些特殊类型的陶瓷电容器有极性)。陶瓷电容器广泛应用于高频电路、耦合、旁路等场合,如在手机、平板电脑等移动设备的电路中,陶瓷电容器被大量使用。
薄膜电容器:具有绝缘电阻高、损耗小、频率特性好等特点,通常也没有极性。薄膜电容器常用于对频率特性要求较高的电路中,如音频放大电路、滤波电路等。
额定电压:电容器能够安全承受的最大直流电压。在使用电容器时,必须确保施加在电容器两端的电压不超过其额定电压,否则可能会导致电容器击穿损坏。例如,一个额定电压为 16V 的电容器,不能在超过 16V 的电压下使用。
电容值:表示电容器储存电荷能力的物理量,单位有法拉(F)、微法拉(μF)、纳法拉(nF)、皮法拉(pF)等,它们之间的换算关系为 \(1F = 10^6μF = 10^9nF = 10^{12}pF\)。在选择电容器时,需要根据电路的要求选择合适的电容值。例如,在滤波电路中,电容值越大,滤波效果通常越好,但电容值过大可能会导致电路的响应速度变慢。
温度系数:表示电容器的电容值随温度变化的程度。在一些对温度稳定性要求较高的电路中,需要选择温度系数较小的电容器。例如,在精密仪器、测量电路等中,通常会使用温度系数很小的云母电容器或薄膜电容器。