電容器的基本特征

1、電容器的基本特征第1頁(yè)共12頁(yè)弘源：楊鋒電容器的基本特征電容器是電子設(shè)備中使用量最大的元件之一，一般均按系列制造。為方便電路設(shè)計(jì)人員選擇，電容器按工作電壓和容量排列成系列。因此，電容器又稱通用電子元件。第一節(jié)電容器的基本概念1電容元件把兩塊金屬極板用介質(zhì)隔開(kāi)就可構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的電容器。由于理想介質(zhì)是不導(dǎo)電的，在外電源作用下，兩塊極板上能分別存貯等量的異性電荷。外電源撤走后，這些電荷依靠電場(chǎng)力的作用，互相吸弓I,介質(zhì) 所絕緣不能中和，因而極板上的電荷能長(zhǎng)久地存貯下去。因此，電容器是一種能存貯電荷的器件。在電荷理想的電容器應(yīng)該只購(gòu)%r電容元供的符號(hào)建立的電場(chǎng)中貯藏著能量，因此，我們也可以說(shuō)電容器是一

2、種能夠存貯電場(chǎng)能量的器件。 具有存貯電荷從而在電容器中建立起電場(chǎng)的作用，而沒(méi)有任何其他的作用，也就是說(shuō)，理想電容器應(yīng)該是一種電荷與電壓相約束的器件。由此，可定義出一種電容元件視為實(shí)際電容器的理想化模型。電容元件的定義如下： 一個(gè)二端元件，如果在任一時(shí)刻 t，它的電荷q (t)同它的端電壓 u (t)之間的關(guān)系可以 用u-q平面上的一條曲線來(lái)確定，則此二端元件稱為電容元件。在某一時(shí)刻t,q (t)和u (t)所取的值分別稱為電荷和電壓在該時(shí)刻的瞬時(shí)值。因此，我們說(shuō)電容元件的電荷瞬時(shí)值和電壓 瞬時(shí)值之間存在著一種代數(shù)關(guān)系。電容元件的符號(hào)如圖(6-1)所示：如果u-q平面上的特性曲線是一條通過(guò)原點(diǎn)的

3、直線，且不隨時(shí)間而變，則此電容元件稱之為線性非時(shí)變電 容元件，亦即q (t)= Cu(t)式中C為正值常數(shù)，它是用來(lái)度量特性曲線斜率的，稱為電容(capacitanee)。在國(guó)際單位制中，C的單位為法拉(中文代號(hào)為法，國(guó)際代號(hào)為F)。習(xí)慣上，我們也常把電容元件簡(jiǎn)稱為電容，并且，如不加申明，電容都系指線性非時(shí)變電容。實(shí)際的電容器除了具備上述的存貯電荷的主要性質(zhì)外，還有一些漏電現(xiàn)象，這是由于介質(zhì)不 可能是理想的，多少有點(diǎn)導(dǎo)電能力的緣故。在這種情況下，電容器的模型中除了上述的電容元件 外，還應(yīng)增添電阻元件。一個(gè)電容器，除了標(biāo)明它的電容量外，還需標(biāo)明它的額定工作電壓。從(6-1)式可知，一個(gè)電容器兩端

4、的電壓越高，聚集的電荷也就越多。但是每一個(gè)電容器允許承受的電壓是有限度的， 電壓過(guò)高，介質(zhì)就會(huì)被擊穿。一般電容器被擊穿后，它的介質(zhì)就從原來(lái)不導(dǎo)電變成導(dǎo)電，喪失了 電容器的作用。因此，使用電容器時(shí)不應(yīng)超過(guò)它的額定工作電壓。電容的伏安關(guān)系設(shè)電容如圖6-1所示，且設(shè)電流i(t)的參考方向箭頭指向標(biāo)注q(t)的極板，這就意味著當(dāng)i(t)為正值時(shí)，正電荷向這一極板聚集，因而電荷q (t)的變化率為正。于是，我們有dq TOC o 1-5 h z i(t)二(6-2)dt又設(shè)電壓u (t )和q(t)參考方向一致，則對(duì)線性電容，得q (t)= Cu(t)(6-3)以(6-3)式代入(6-2)式得dCudu

5、i(t)C(6-4) HYPERLINK l bookmark14 o Current Document dtdt這就是電容的VAR，其中涉及對(duì)電壓的微分。(6-4)式表明：某一時(shí)刻電容的電流取決于該時(shí)刻電容電壓的變化率。如果電壓不變，那未史dt電容器的基本特征為零，雖有電壓，但電流為零，因此，電容有隔直流的作用。電容電壓變化越快，即du越大，dt則電流也就越大。就是因?yàn)殡娙菥奂姾?，?dāng)兩端電壓發(fā)生變化時(shí)，聚集的電荷也相應(yīng)地發(fā)生變化，這時(shí)才 會(huì)有電荷在電路的導(dǎo)線中移動(dòng)，形成電流，當(dāng)兩端電壓不變時(shí)，電荷也不變化，這時(shí)雖有電壓，但電容中并沒(méi) 有電流。這和電阻元件完全不同，電阻兩端只要有電壓(不論是

6、否變化)，電阻中就一定有電流。我們也可以把電容的電壓u表示為電流i的函數(shù)。對(duì)(6-4)式積分可得1 tu(t)i( )d(6-6)C必如果我們只需了解在某一任意選定的初始時(shí)刻to以后電容電流的情況，我們可以把(6-6)式寫為1 tu(t)二u(t。)i( )dtto(6-7)C J(6-6)式告訴我們：在某一時(shí)刻t時(shí)電容電壓的數(shù)值并不取決于該時(shí)刻的電流值，而是取決于從-到t所有時(shí)刻的電流值，也就是說(shuō)與電流全部過(guò)去歷史有關(guān)。這是因?yàn)殡娙菔蔷奂姾傻脑娙蓦妷悍从尘奂?電荷的多寡，而電荷的聚集是電流從-R到t長(zhǎng)期作用的結(jié)果。我們研究問(wèn)題總有一個(gè)起點(diǎn)，即總有一個(gè)初始時(shí)刻to,那未(6-7)式又告

7、訴我們：沒(méi)有必要去了解to以前電流的情況，to以前全部歷史情況對(duì)未來(lái)(t to時(shí))產(chǎn)生的效果可以由u (to)，即電容的初始電壓來(lái)反映。也就是說(shuō)，如果我們知道了由初始時(shí)刻to開(kāi)始作用的電流i (t)以及電容的初始電壓 u (to)，就能確定t to時(shí)的電容電壓u (t )。電容是聚集電荷的元件，(6-4)和(6-6)式實(shí)際上是分別從電荷變化的角度和電荷積累的角度來(lái)描述電容 的伏安關(guān)系的。電容電壓的連續(xù)性質(zhì)和記憶性質(zhì)電容的VARi()d1tv二 uc(to)t i( )dttoC *0反映電容電壓的兩個(gè)重要性質(zhì)，即電容電壓的連續(xù)性質(zhì)和記憶性質(zhì)?！半娙蓦妷翰荒苘S變”，電容電壓取決于電流的全部歷史，

8、因此，我們說(shuō)電容電壓有“記憶”電流的性質(zhì), 電容是一種記憶元件。電容的貯能電容是一種貯能元件，本節(jié)討論電容的貯能公式。電容的能量總是為正值，電容是一種貯能元件。電容屬無(wú)源元件。 電容C在某一時(shí)刻t的貯能只與該時(shí)刻t的電壓有關(guān)，即1 2c(t)Cu2(t)2此即電容貯能公式。電容電壓反映了電容的貯能狀態(tài)。由上述可知，正是電容的貯能本質(zhì)使電容電壓具有記憶性質(zhì)；正是電容電流在有界的條件下貯能不能躍變使電容電壓具有連續(xù)性質(zhì)。如果貯能躍變，能量變化的速率即功率p二d 將為無(wú)限dt大，這在電容電流為有界的條件下是不可能的?？斐淇旆牛瑸轱@著的貯能躍變；屯測(cè)量，為定量的貯能躍變。dt電容器的容抗理想電容器在純

9、交流場(chǎng)合下，其容抗有：第2頁(yè)共12頁(yè)弘源：楊鋒電容器的基本特征在實(shí)際電路中的電容器，由于要消耗一定的能量，并具有一定的電感，因此在交流電路中，第3頁(yè)共12頁(yè)弘源：楊鋒Xc= 1/ (j 3 C)第二節(jié)電容器的主要技術(shù)指標(biāo)1.電容量1.1靜電容量對(duì)于電理想的電容器，其電容器與電極的面積和介電常數(shù)成正比，與電極間的距離成反比。因此，理想電 容器的電容量是幾何尺寸的函數(shù)，而不取決于所施加的電位差、以卷繞電容器為例，電容量的計(jì)算式為： TOC o 1-5 h z SSC0. 159（ 1-1） HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 2兀 dd式中：C為微法

10、，S為電極面積（厘米 2） , d為介質(zhì)厚度（厘米），為介電常數(shù)。 各種電容器的靜電容量范圍見(jiàn)圖1-1。紙介電容器 金屬化紙介電容器 聚苯乙烯電容器 聚乙烯電容器 滌綸電容器 云母電容器 鋁電解電容器 旦電解電容器 高介陶瓷電容器 溫度補(bǔ)償瓷介電容器PF11010A210A310A40.010.111010A210人310人410A5圖1-1 :各種電容器的靜電容量范圍圖1-2是各類電容器容量隨溫度變化的范圍。紙介電容器 金屬化紙介電容器 聚苯乙烯電容器 聚乙烯電容器 滌綸電容器 云母電容器 鋁電解電容器 旦電解電容器 高介陶瓷電容器 溫度補(bǔ)償瓷介電容器0.20.5125102050100 2

11、00500%圖1-2 :各類電容器在-10C +70 C時(shí)的靜電容量變化率。靜電容量變化率 入（） = （ C1 C0） /C01.2有效電容量電容器的基本特征理想的電容器（無(wú)損耗的電容器）充電時(shí)，電流將通過(guò)充電電路的電阻，并從電阻上吸收消第4頁(yè)共12頁(yè)弘源：楊鋒它并不是純?nèi)菘?，而表現(xiàn)為一個(gè)復(fù)雜的純阻抗。電容器等效電路的一般形式,如圖1-3所示。R1111CpR1TI0圖1-3電容器的簡(jiǎn)化等效電路由此可知，電容器既可以用等效并聯(lián)電路表示，也可用等效串聯(lián)電路表示。一般而言,串聯(lián)形式的電容，用等效串聯(lián)電路表示，其阻抗和相應(yīng)的損耗角正切如式（1Zs = r - joCr低頻時(shí)測(cè)得的是1-2）（ 1-

12、3）示:(1-2)tg、= Cr *r(1-3)另外，當(dāng)電容器損耗以介質(zhì)損耗為主時(shí)，一般用等效并聯(lián)電路表示，相應(yīng)的阻抗Zp和tgs見(jiàn)式（1-4），式（1-5）Zp=-G jCp(1-4)(1-5)1理想的電容器是一個(gè)純?nèi)菘乖?，其容抗為，但在交流作用下的電容器，除了具有電C容和損耗處還存在電感，這時(shí)電容器的有效容量為：CCe *21L *C(1-6)所謂有效電容量是考慮了介質(zhì)、結(jié)構(gòu)、工藝等影響因素的實(shí)際電容量。例在低頻下測(cè)得瓷介電容器的電容量為36PF，當(dāng)引長(zhǎng)為10毫米時(shí)（電感約為 0.02微亨），在108Hz時(shí)的有效電容量為：Ce360|21 -40 10162 10“36 10J2= 50

13、PF8由此可見(jiàn)，在頻率10 Hz時(shí)，Ce/C = 1.4，即這時(shí)的有效電容量是原來(lái)電容量的1.4倍。所以，有效電容量 Ce在高頻時(shí)隨頻率的增加而增大。對(duì)于電容器而言，我們希望得到盡可能高的固有諧振頻率，在容量一定的條件 下，必須盡可能降低電感。1.3儲(chǔ)存能量在電容器充電過(guò)程中，從電源得到的能量將以電位能的形式儲(chǔ)存在電容器中。理想的電容器，該能量一直保持到電容器和電路相接能為止，這時(shí)在外電路上開(kāi)始了電子運(yùn)動(dòng)。充電時(shí)傳導(dǎo)的能量為：112W QU CU 2（1-7） HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 22式中：W :焦耳或瓦特秒；Q:庫(kù)倫；U:伏特；

14、C:法拉。電容器的基本特征第 頁(yè)共12頁(yè)弘源：楊鋒第 頁(yè)共12頁(yè)弘源：楊鋒電容器的基本特征散成熱的能量。相反，如果從電容器往電阻器放電，則在快速放電情況下，可獲得很大功率對(duì)一般的薄膜電容器而言：測(cè)試時(shí)，施加的罟值越大，其有功消耗也越大，電容器愈易發(fā)熱，直至燒毀。2.電容器的損耗損耗是衡量電容器品質(zhì)優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。損耗愈大，發(fā)熱愈嚴(yán)重，表示電容器傳遞能量 的效率愈差。在極限情況下，有導(dǎo)致電容器擊穿的危險(xiǎn)。使用頻率愈高，這種危險(xiǎn)性愈大。UI sin、UI cos、電容器的損耗角正切可用有功功率與無(wú)功功率的比值表示：(1-8)2或 P = Pq tg = U Ctg 門式中：P為電容器的損耗功率

15、（有功功率） Pq為電容器的儲(chǔ)存功率（無(wú)功功率）在評(píng)價(jià)高頻電容器時(shí)，有時(shí)也采用品質(zhì)因素Q作為質(zhì)量指標(biāo)。其定義是電容器在電場(chǎng)中的無(wú)功功率與損失的有功功率之比，即：(1-9)U 2*C/R在高頻下，電極和導(dǎo)線內(nèi)的損耗可能非常大。當(dāng)電容器處于交流電壓時(shí)，tgS隨電容器的溫度升高而增加，有效容量將減少。電容器tgS般是隨頻率正向變化的，即頻率增加其損耗值也增加。電容器tgS也是隨溫度變化的，聚酯、聚炳薄膜電容器的損耗值在常溫有下圖：CL30CCBB對(duì)于某些有機(jī)介質(zhì)電容器，損耗溫度曲線有兩個(gè)峰值，一個(gè)出現(xiàn)在負(fù)值，由極化引起；另一 個(gè)出現(xiàn)在正溫，由分子環(huán)鏈的松弛引起。3.絕緣電阻在電容器的質(zhì)量指標(biāo)中，絕緣

16、性能是一項(xiàng)重要指標(biāo)。對(duì)于絕大多數(shù)在適當(dāng)溫度下用于線路上 的電容器來(lái)說(shuō)，由于絕緣電阻很大，將不考慮電容器的漏電流和內(nèi)部發(fā)熱。在直流電壓下，電容器兩個(gè)引出端間的電阻取決于絕緣子的漏電阻和介質(zhì)的電阻，這兩個(gè)電 阻是并聯(lián)。若不計(jì)絕緣子的漏電阻，電容器的絕緣電阻取決于介質(zhì)的種類、溫度、電壓以及充電 時(shí)間。對(duì)薄膜電容器而言，其絕緣電阻阻值的測(cè)量是：在規(guī)定電壓下，加壓1分鐘后讀數(shù)。電容器的絕緣電阻隨溫度和電壓的升高及充電時(shí)間的縮短而降低。在高溫下，比電阻最大值 可用來(lái)評(píng)定介質(zhì)質(zhì)量（它的純度）。在大多數(shù)情況下，雜質(zhì)的存在將降低絕緣電阻。對(duì)薄膜電容 器而言，受潮與膜層之間的雜質(zhì)是影響絕緣電阻的兩個(gè)主要因素。當(dāng)電

17、容器容量較大且有防潮保護(hù)時(shí)，其絕緣電阻主要取決于介質(zhì)的體積電阻。因此，這時(shí)絕緣電阻與溫度 的關(guān)系符合介質(zhì)的P v與溫度的關(guān)系，即：R2 二 R1 e（t2 如（1-10）或 lg R2 =1gRi - -（t2 -ti）式中R1;溫度為ti時(shí)的絕緣電阻；R2:溫度為t2時(shí)的絕緣電阻；3 = a ige,決定于所用的介質(zhì)材料。但是，絕不能單憑絕緣電阻值大小來(lái)評(píng)定各種介質(zhì)的質(zhì)量，因?yàn)槊糠N介質(zhì)都有一定的絕緣電阻范圍。只有在將電容器應(yīng)用到線路的某些部分時(shí)，才允許小的絕緣電阻。耦合和時(shí)間掃描電容器 應(yīng)當(dāng)具有盡可能高的絕緣電阻，而對(duì)于無(wú)損耗的旁路電容器，可允許較低的RC值。由于絕緣電阻不易控制，所以將電容

18、器串聯(lián)到直流電路中不解決問(wèn)題，因?yàn)槭┘釉陔娙萜魃系碾妷菏瞧浣^緣 電阻的函數(shù)；只有當(dāng)每個(gè)電容器在被相應(yīng)的匹配電阻分流的條件下，才能作這種串聯(lián)。時(shí)間常數(shù)當(dāng)電容器的容量較大時(shí)（C 0.1卩F）,其絕緣電阻主要取決于介質(zhì)的性能。當(dāng)容量較小，或 雖容量較大，但表面受潮或沾污，其絕緣電阻主要取決于電容器表面狀態(tài)（保護(hù)漆或壓塑材料的 性能）。當(dāng)用P v相同的材料制成不同容量的電容器時(shí)，其體積電阻Rv將不同。C愈大，其Rv愈低。若用測(cè)試的電阻來(lái)表征大容量電容器的絕緣性能，必然得出絕緣較低的結(jié)果，顯然這是不合 理的。因此在評(píng)價(jià)大容量電容器的絕緣性能時(shí)需引入一個(gè)與電容器幾何尺寸無(wú)關(guān)的參數(shù)，即時(shí)間 常數(shù)T。在一定的

19、電壓、溫度和時(shí)間（從接通電源算起）下，時(shí)間常數(shù)的大小不決定于電極的面積和介質(zhì)的 厚度。在RC串聯(lián)回路中，電壓和電流隨時(shí)間下降或上升的速率取決于放電電路的C和R的乘積。電容器的放電電壓隨時(shí)間的變化關(guān)系為：v =V *e RC（1-11）電容器的放電電壓與時(shí)間（RC）的關(guān)系見(jiàn)圖1-7。 由于在任何時(shí)間的電壓變化率就是（1-11式）v對(duì)時(shí)間的微分，所以dv =d（V *e ）/dt- V *e （1-12）dtRCRCRC也就是說(shuō)，經(jīng)RC秒后，放電電容器上的電壓為初期電壓的37%，或者說(shuō)，經(jīng)RC秒后，充電電容器上的電壓為外加電壓的 63%。一般當(dāng)5 RC秒后，放電電壓衰減為零。因此，電容器的時(shí)間常數(shù)

20、（t ）就是電容器的絕緣電阻與電容量的乘積。即二R 2 （兆歐微法；或秒）（1-13）大容量的有機(jī)介質(zhì)電容器通常用時(shí)間常數(shù)T表示其絕緣質(zhì)量；云母、瓷介電容器一般容量較小，常用絕緣電阻表示（大容量仍以 T表示）；各類電解電容器用漏電流表示。5.漏電流對(duì)于電解電容器，其絕緣性能用漏電流表示。這是因?yàn)殡娊怆娙萜鞯慕橘|(zhì)是金屬氧化膜。事實(shí)上，在其表面或多或少地存在一些孔洞、疵點(diǎn)、裂縫，電解電容器的漏電流就是通過(guò)這些缺陷的電子電流和離子電流。根 據(jù)其數(shù)值大小就可以直接評(píng)定電解電容器的絕緣性能。電容器的基本特征電解電容器的漏電流與容量大小和施加電壓有關(guān)，工程上表示為：匸KCU（微安）（1-14）電容器的漏電

21、流取決于絕緣電阻的大小，并在直流和低頻時(shí)才有意義。根據(jù)介質(zhì)的比體積電阻的大小，可近 似地確定電路中電容器的漏電流。電容器的介質(zhì)擊穿電容器的介電強(qiáng)度是指它能承受施加于兩引出端的電壓而不被擊穿的能力。電容器的介電強(qiáng)度是表征電容器性能的主要指標(biāo)之一，絕緣材料的介電強(qiáng)度取決于材料種類、質(zhì)量和厚度,同時(shí)與電極的面積、形狀、電壓作用時(shí)間用頻率、散熱情況等因素有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，溫度、頻率愈高、電極面積愈大，抗電場(chǎng)強(qiáng)度愈低。6.1表征電容器介電強(qiáng)度的電壓參數(shù)6.1.1擊穿電壓：Ub當(dāng)電容器上施加的電壓達(dá)到 Ub時(shí)，漏導(dǎo)的穩(wěn)定狀態(tài)被破壞，引起電子電流的急劇增加，電 容器失去作用。在瞬間內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)產(chǎn)生的擊穿往往是電擊

22、穿。在長(zhǎng)時(shí)間工作后產(chǎn)生的擊穿為熱擊穿（高頻高壓下）和老化擊穿（電解性和電離性）。6.1.2試驗(yàn)電壓：Ut在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)批量生產(chǎn)的電容器，抽樣試驗(yàn)時(shí)的電壓。一般為直流、鑒定時(shí)：施加時(shí)間為1分鐘；抽樣時(shí)：施加時(shí)間為2S6.1.3額定（最高）電壓：Ur是指電容器在一定期限內(nèi)能可靠工作的電壓。6.2擊穿電壓、試驗(yàn)電壓和額定電壓的關(guān)系：為保證電容器可靠地工作，既保證在瞬時(shí)過(guò)壓作用下不發(fā)生擊穿，同時(shí)又保證在長(zhǎng)期工作條件下不發(fā)生擊穿，應(yīng)正確選擇電容器的擊穿電壓、額定電壓和試驗(yàn)電壓，并確定它們之間的關(guān)系： 試驗(yàn)電壓和擊穿電壓之間的關(guān)系：Ut Ub/K1（1-15）K1為安全系數(shù)；對(duì)于介質(zhì)厚度較小和面積較小的

23、電容器，K1應(yīng)不低于2。擊穿電壓與額定電壓的關(guān)系：Ub/UR = K2（1-16）K2為額定電壓對(duì)擊穿電壓的安全系數(shù)。不同介質(zhì)因老化程度不同，K值也不同（K值為試驗(yàn)電壓對(duì)額定電壓的安全系數(shù)）。有機(jī)介質(zhì)電容器，由于介質(zhì)的介電強(qiáng)度隨時(shí)間迅速降低，通常取Ut = 3Ur。氣體和固體無(wú)機(jī)介質(zhì)電容器，由于介質(zhì)老化緩慢，通常取 Ut =（ 1.52） Ur。目前我國(guó)生產(chǎn)的電容器選用的 K值列于表1-5。6.3電容器允許的無(wú)功功率與環(huán)境溫度的關(guān)系熱擊穿是電容器失效的主要形式。圖1-9為電容器內(nèi)部熱平衡破壞電容器在電路溫度高溫狀態(tài)下工作時(shí), 而引起擊穿的情況。Q1與電容器溫度的關(guān)系：當(dāng)電壓 U和頻率3不變時(shí)，

24、主要決定于電容器tgS和溫度的關(guān)系。FA=R tg S P r為無(wú)功功率，F(xiàn)A為有功功率。Q與溫度的關(guān)系為：Q= anS （t-t o）（1-17 ）式中a n為散系數(shù)；S為冷卻表面積；Q為電容器一秒鐘內(nèi)散發(fā)的熱量。對(duì)照Q與Q兩曲線，可以確定在某一定工作電壓下電容器是否將發(fā)生熱平衡破壞。例如當(dāng)電壓為U,溫度為t1時(shí)，電容器有穩(wěn)定的熱平衡；電壓為U，溫度時(shí)，只能有不穩(wěn)定的熱平衡；而電壓為 U”時(shí)，熱平衡破壞。10= to，在電壓為 V因此，U可視為電容器熱擊穿時(shí)的最低擊穿電壓，其值決定于環(huán)境溫度；如果且t = t1時(shí)，出現(xiàn)不穩(wěn)定的熱平衡，當(dāng)to=to”，電容器的溫度t1 = t2，電壓為U時(shí)，也

25、將發(fā)生不穩(wěn)定的熱平第7頁(yè)共12頁(yè)弘源：楊鋒電容器的基本特征第 頁(yè)共12頁(yè)弘源：楊鋒衡。因此，當(dāng)提高電容器上限工作溫度時(shí)，應(yīng)降低電容器的使用電壓，才能確保電容器可靠地工作。 對(duì)大多數(shù)有機(jī)介質(zhì)，在長(zhǎng)期電場(chǎng)作用下，將呈現(xiàn)老化現(xiàn)象。溫度增高，老化加速。當(dāng)環(huán)境溫度不超過(guò)額定的環(huán)境溫度（正極限環(huán)境溫度減去允許的溫升）時(shí)，電容器所能隨的無(wú)功功率等于 額定無(wú)功功率：當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)額定環(huán)境溫度時(shí)，高功率的瓷介電容所能承受的無(wú)功功率按下式計(jì)算：t t 2Pr =Pnm 0 二 U C tg、.（ 1-18）50式中PN為額定無(wú)功功率（KVA，住為任意環(huán)境下的無(wú)功功率，tm為正極限環(huán)境溫度。6.4高頻電流電容器在高

26、頻狀態(tài)下工作時(shí)，應(yīng)規(guī)定允許的最大電流值。其數(shù)值大小取決于電容器能耗散出 的對(duì)它本身無(wú)害的熱量。在低頻時(shí)，額定電壓值起著非常重要的作用。而在高頻時(shí)，額定電流值 基本上是決定因素。例如，對(duì)于高功率的瓷介電容器（ CCG）在標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定了最大的允許電流Imax，它指工作頻率等于上限標(biāo)稱頻率時(shí)的最大電流。當(dāng)工作頻率高于上限標(biāo)稱頻率時(shí)，其允許的電流應(yīng)按下式計(jì)算：(1-19)式中:I max匕 f maz ,f max159I2maxC PnI 為電流（A）； f（MHz） ； C（ PF）。6.5高頻工作電壓：159譏額定的高頻工作電壓是指頻率不高于下限標(biāo)稱頻率時(shí)的高頻工作電壓。當(dāng)?shù)扔谙孪迾?biāo)稱頻率和低于

27、上限標(biāo)稱 頻率時(shí)，其高頻胡頻率的變化應(yīng)按下式降低：(1-20)159. P下限標(biāo)稱頻率fmin =-無(wú)功功率、高頻電壓、高頻電流和頻率的關(guān)系見(jiàn)圖1-11。根據(jù)Pa二Ul cos二U2 二Pr的關(guān)系，對(duì)于在高壓和高頻特別是在大功率的電發(fā)送設(shè)備和 金屬加熱用的高頻工業(yè)設(shè)備中用的電容器，若C很大，雖然在電壓和f較小時(shí)，也有相當(dāng)大的能量損失，必須使tg S盡量減小。電容器的比率特性在近代電子工程中，應(yīng)用某種電容器的可能性，一方面取決于該電容器的性能和可靠性，另外亦取決于它 的價(jià)格、體積和重量。因此，電路設(shè)計(jì)人員選擇電容器時(shí)，總是力求以最小的體積、重量和成本，得到所要求 的電性能。電容器的比率行性，即以

28、電容器的某一基本參數(shù)對(duì)其體積之比。常用的有比率電容量（單位 體積的容量），比率無(wú)功功率，比率能量。各類電容器的比率表示方法有：7.1低壓電容器用比率容量 Cr （或比率體積 Vr）表示。當(dāng)U Ur時(shí),Vr =1.13 107d23(cm /JF)(1-22)Cr= 8.85 10*E2U2(1-23)Vr =1.13 107 企（1-24）E圖1-13為比率容量與電容器工作電壓的關(guān)系。當(dāng)U Ur時(shí)，若E為常數(shù)，則電容器的比率電容量與電壓的平方成反比。在低壓范圍內(nèi)，Cr與電壓無(wú)關(guān)。而在高壓范圍內(nèi)，Cr隨電壓的增高而降低。因此Cr和Vr是比較低壓范圍內(nèi)電容器性能一個(gè)合適的參量。7.2高壓電容器用比

29、率能量Wr表示:Wr =4.42 104U2d2(1-25)式中 Wr （焦耳 /cm 2 ） ； d （cm）; U （V）。當(dāng)U w UR時(shí)，d為常數(shù)，這時(shí) Wr與U2成正比。當(dāng)U Ur時(shí)，為保證介質(zhì)不超過(guò)最高工作場(chǎng)強(qiáng)，介質(zhì)厚度相應(yīng)增加，這時(shí)E為常數(shù)，Wr與電壓U無(wú)關(guān)，如圖1-13所示。很顯然，當(dāng)加在電容器上的電壓 U小于該介質(zhì)厚度dmin相應(yīng)的電壓Ur時(shí)，若進(jìn)一步降低電壓， 介質(zhì)厚度已 不能降低，E則下降，使 Wr上降。因此，在高壓下 Wr與E無(wú)關(guān)時(shí)，比率能量 Wr是評(píng)價(jià)高壓電容質(zhì)量的一個(gè) 很方便的量。7.3大功率電容器用比率無(wú)功功率Pr表示:為評(píng)價(jià)交流電容器，特別是工作在高頻高壓下的電

30、容器的質(zhì)量，采用單位體積具有的無(wú)功功率Pr表示。(1-26)Pr =5.55 10* ;E2 f (乏/cm3) 7.3.1低頻范圍（f f1時(shí)）：此時(shí)電容器發(fā)熱不嚴(yán)重，、E與f無(wú)關(guān)。P1與f成線性關(guān)系（見(jiàn)圖1-14）。732 中頻范圍(f2 f fi)：當(dāng)f fi時(shí)，電容器發(fā)熱顯著，必須降低E,使溫升 t不超過(guò)某允許值。在 f2以下，tgS與f無(wú)關(guān)。7.3.3高頻范圍(f f2):這時(shí)極板和引線的tg S急增，必須降低 E, Pr隨f增加而降低。表1-6及表1-7為各類電容器的體積比。電容器的阻抗頻率特性在評(píng)價(jià)電容器的性能時(shí)，除有損耗、絕緣電阻等質(zhì)量指標(biāo)，還應(yīng)考慮在電路中的阻抗、等效 串聯(lián)電

31、阻的大小。阻抗頻率特性既可表征電容器在電路中的作用，也能反映電容器的工藝和結(jié)構(gòu) 的合理程度。電容器的阻抗除與容量大小有關(guān)外，也與等效串聯(lián)電阻及固有電感有關(guān)。電子計(jì)算機(jī)中使用的低壓、大容量 電解電容器，在功率分配器中使用的電容器，應(yīng)有較低的阻抗和較小的固有電感。要使通過(guò)紋波電流而不引起 極度的功率損耗，電容器的等效串聯(lián)電阻也必須足夠小。因此，降低電容器的阻抗往往和降低等效串聯(lián)電阻和 固有電感聯(lián)系在一起。在應(yīng)用狀態(tài)下，應(yīng)盡可能電容器在電路中呈現(xiàn)容性阻抗。換言之，工作頻率應(yīng)低于電容 器的固有諧振頻率。電容器的集中參數(shù)的阻抗頻率特性見(jiàn)圖1-15。圖中：f0為電容器的固有諧振頻率(f0 ：2江 JLC1

32、Z為高頻阻抗Z二r j (丄- )蛍C我們將阻抗Z，固有電感L和等效串聯(lián)電阻r、固有諧振頻率fo統(tǒng)稱為集中參數(shù)電容器的高頻參數(shù)。電容器諧振頻率的大小，決定于它的尺寸和在額定電壓下積累的能量。同時(shí)還決定于介質(zhì)的種類、電容器的幾何形狀、電容量和導(dǎo)電零件的結(jié)構(gòu)。因此，確定電容器的固有諧振頻率，要考慮引出線的電感和其它的固有電感。在高頻回路中使用的電容器應(yīng)當(dāng)有最大的電容量和最小的電感。圖1-16為瓷介電容器和鉭電解電容器的阻抗頻率特性。顯然，從低阻抗的要求考慮， 瓷介電容器是比較理想的，其阻抗和等效串聯(lián)電阻都較小。電容器的介質(zhì)吸收人們通常希望電容器一經(jīng)充電，則很快達(dá)到電源電壓，經(jīng)外電路放電時(shí)所貯存的電

33、荷也能迅 速釋放完畢。而在實(shí)際使用過(guò)程中，電容器充電時(shí)，電荷的聚集則需要一定的時(shí)間；放電時(shí)電荷 的釋放也需要一定的過(guò)程。這就產(chǎn)生了充放電過(guò)程的時(shí)間滯后現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是由介質(zhì)吸收效應(yīng) 造成的。在某些要求反應(yīng)迅速的脈沖控制電路中 (例如微分電路、積分電路)，這種滯后可能導(dǎo)致整個(gè)電 路的功能失效或得到錯(cuò)誤的結(jié)果。 例如，作為電子模擬計(jì)算機(jī)心臟的積分器中所采用的積分保持電容器， 除要求絕緣電阻高和體積小外，還要求吸收系數(shù)小；否則積分器的頻率特性會(huì)發(fā)生畸變，改變環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)移函數(shù)，特別是對(duì)積分器的高速運(yùn)轉(zhuǎn)影響甚大。當(dāng)時(shí)間為t時(shí)，電容器上的充電電壓為：1U00ui dtRC當(dāng)時(shí)間t = 0，電容器本身電壓為：U。丄 JUidt U(t)|zRC理想情況下，U0隨Ui變化而變化。實(shí)際上，當(dāng)(1-27)(1-28)t= 0,外電壓降為0時(shí)，UM( t) 0,如果電容器的吸收效應(yīng)很強(qiáng)，積分器就會(huì)產(chǎn)生不可允許的誤差。實(shí)驗(yàn)證明：紙電容器用作積分保持電容器時(shí)，造成線路的電壓偏差比聚酯電容器大10倍。比