电路基本知识.docx
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电路基本知识.docx
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电路基本知识
容抗
2009-08-3018:
25
交流电是能够通过电容的,但是将电容器接入交流电路中时,由于电容器的不断充电、放电,所以电容器极板上所带电荷对定向移动的电荷具有阻碍作用,物理学上把这种阻碍作用称为容抗,用字母Xc表示。
所以电容对交流电仍然有阻碍作用。
电容对交流电的阻碍作用叫做容抗。
电容量大,交流电容易通过电容,说明电容量大,电容的阻碍作用小;交流电的频率高,交流电也容易通过电容,说明频率高,电容的阻碍作用也小。
实验证明,容抗和电容成反比,和频率也成反比。
如果容抗用Xc表示,电容用C表示,频率用f表示,那么
Xc=1/(2πfC)
容抗的单位是欧姆。
知道了交流电的频率f和电容C,就可以用上式把容抗计算出来。
电容器的串、关联
2009-08-3018:
24
在实际应用中,常常会遇到电容器的容量或耐压不符合要求,这时可用串、并联的方法来解决。
1、电容的串联:
串联后等于增加了介质厚度,也就是加大了两极之间的距离。
这样就使电容提高了耐压能力,在各电容量相同时,其耐压值等于各电容器耐压值的总和。
电解电容器串联时,应将一个电容器正极与另一个的负极相接,最后接入线路的两条引线,应该有一条为正,一条为负。
2、电容的并联:
并联后相当于电极的面积加大,总容量等于各电容容量这和。
电容并联后,其耐压应选最低的那只为标称电压。
电解电容并联使用时,应该使正极与正极相接,负极与负极相接,最后接入线路时电解电容器的引出线也应该一条为正极,另一条为负极。
在实际应用中,可以使电容既串联又并联,这种使用方法称为混联。
容量、耐压可以先计算并联,然后计算串联
什么是容抗和感抗
2009-07-1617:
17
1、容抗
(1)定义或解释
电容对正弦交流电的阻碍作用叫做容抗。
(2)单位
容抗的单位是欧姆。
(3)说明
①在纯电容电路中,接通电源时,电源的电压使导线中自由电荷向某一方向作定向运动,由于电容器两极板上在此过程中电荷积累而产生电势差,因而反抗电荷的继续运动,这样就形成容抗。
②对于带同样电量的电容器来说,电容越大,两板的电势差越小,所以容抗和电容成反比。
交流电频率越高,充、放电进行得越快,容抗就越小。
所、以容抗和频率也成反比。
即XC=1/ωC。
③在理想条件下,当ω=0,因为XC=1/ωC,则XC趋向无穷大,这说明直流电将无法通过电容,所以电容器的作用是“通交,隔直”。
在交流电路中,常应用容抗的频率特性来“通高频交流,阻低频直流”。
④在纯电容的电路中,电容器极板上的电量和电压的关系式是q=CU。
同时在△t时间内电容器极板上电荷变化为△q所以电路中电流为I=△q/△t,在电容电路中电容的基本规律是I=C·△u/△t。
由于正弦交流电在一周期内的电压作周期变化,所以电压的变化率(△q/△t)是在改变的。
由此得出,当电压为零时,其电压变化率(△q/△t)为最大,电路中电流也最大。
反之,当电压为最大值时,其电压变化率(△q/△t)为零,电流也为零。
所以电路中电流的相位超前于电容两端电压的π/2。
如图所示。
⑤在纯电容电路中的电容不消耗电能。
因为在充电过程中,电容器极板间建立了电场将电源的电能转换成电场能,在放电过程中,电场逐渐消失,储藏的电场能又转换为电能返回给电源。
所以纯电容电路的有功功率为零,对外不作功,而无功功率的最大值QL=I2XC。
2、感抗
(1)定义或解释
自感对正弦交流电的阻碍作用,叫做感抗。
(2)单位
感抗的单位是欧姆。
(3)说明
①当交流电通过电感线圈的电路时,电路中产生自感电动势,阻碍电流的改变,形成了感抗。
自感系数越大则自感电动势也越大,感抗也就越大。
如果交流电频率大则电流的变化率也大,那么自感电动势也必然大,所以感抗也随交流电的频率增大而增大。
交流电中的感抗和交流电的频率、电感线圈的自感系数成正比。
在实际应用中,电感是起着“阻交、通直”的作用,因而在交流电路中常应用感抗的特性来旁通低频及直流电,阻止高频交流电。
②在纯电感电路中,电感线圈两端的交流电压(u)和自感电动势(εL)之间的关系是u=-εL,而εL=-Ldi/dt,所以u=Ldi/dt。
正弦交流电作周期性变化,线圈内自感电动势也在不断变化。
当正弦交流电的电流为零时,电流变化率最大,所以电压最大。
当电流为最大值时,电流变化率最小,所以电压为零。
由此得出电感两端的电压位相超前电流位相π/2(如图)。
在纯电感电路中,电流和电压的频率是相同的。
电感元件的阻抗就是感抗(XL=ωL=2πfL),它和ω、L都成正比。
当ω=O时则XL=O,所以电感起“通交、阻直”或者“通低频,阻高频”的作用。
③在纯电感电路中,感抗不消耗电能,因为在任何一个电流由零增加到最大值的1/4周期的过程中,电路申的电流在线圈附近将产生磁场,电能转换为磁场能储藏在磁场里,但在下一个1/4周期内,电流由大变小,则磁场随着逐渐减弱,储藏的磁场能又重新转化为电能返回给电源,因而感抗不消耗电能(电阻发热忽略不计)。
电气回路的主要组成部分有电阻、电容和电感.电感具有抑制电流变化的作用,并能使交流电移相.把具有电感作用的绕线式的静止感应装置称为电抗器。
电力系统中所采取的电抗器,常见的有串联电抗器和并联电抗器。
串联电抗器主要用来限制短路电流,也有在滤波器中与电容器串联或并联用来限制电网中的高次谐波。
感抗补充:
交流电也可以通过线圈,但是线圈的电感对交流电有阻碍作用,这个阻碍叫做感抗。
交流电越难以通过线圈,说明电感量越大,电感的阻碍作用就越大;交流电的频率高,也难以通过线圈,电感的阻碍作用也大。
实验证明,感抗和电感成正比,和频率也成正比。
如果感抗用XL(L是下标的)表示,电感用L表示,频率用f表示,那么
XL=2πfL
感抗的单位是欧。
知道了交流电的频率f和线圈的电感L,就可以用上式把感抗计算出来。
当f→∞时,电感相当于开路。
对于直流电来说,频率f=0,故感抗等于0,所以直流电路中,电感元件相当于短路。
【基础专业知识】电阻、电容、电感、感抗、容抗之间的关系
2008年03月28日22:
31
[原创]作者不抬杠
由于目前板卡中的固态电容被广泛的使用与普及,造成一些非专业网站和非专业人员常把电容和阻抗混淆在一起。
我们可以经常看到一些非专业网站的文章里谈到固态电容的阻抗或阻抗特性如何如何等,错误的认为“固态电容具有低阻抗特性”。
为使大家清楚的认识阻抗与电阻、电容、电感、感抗、容抗之间的关系,我来讲解一下这方面的专业知识。
电阻有阻碍电流通过的作用,这种阻碍作用叫作电阻,以字母R或r表示,单位为欧姆Ω。
电容表示被介质分隔的二个任何形状的导体,在单位电压作用下,容储电场能量(电荷)能力的一个参数,以字母C表示,单位为法拉F。
电容在数值上等于导体所具有的电量与两导体电位差(电压)之比值,既:
C=Q/U
式中:
C--电容,Q--电荷,U--电压
电荷以字母Q表示,单位为库仑。
一个电子的电荷是1.6×10ˉ19库仑。
电感自感与互感的统称。
自感---当闭合回路中的电流发生变化时,回路本身的磁通也发生变化,因此在回路中会产生感应电动势,这种现象称为自感现象,这种感应电动势叫做自感电动势。
以字母L表示,单位为亨H。
互感---当两只线圈互相靠近,其中一只线圈中电流发生变化时,则其与第二只线圈环链的磁通也发生变化,在第二只线圈中产生感应电动势。
这种现象叫做互感现象,简称互感。
以字母M表示,单位为亨H。
感抗交流电流过具有电感的电路时,电感有阻碍交流电流过的作用,这种作用叫做感抗,以符号XL表示,单位为欧姆Ω。
感抗在数值上等于电感L乘以频率ƒ的2π倍,即:
XL=2πfL
容抗交流电流过具有电容的电路时,电容有阻碍交流电流过的作用,这种作用叫做容抗,以符号XC表示,单位为欧姆。
容抗在数值上等于2π与电容C,频率ƒ乘积的倒数,即:
XC=1/(2πfC)
阻抗交流电流过具有电阻、电感、电容的电路时,它们有阻碍交流电流过的作用,这种作用叫作阻抗,以字母Z表示,单位为欧姆Ω。
阻抗在数值上等于电阻的平方与感抗减容抗之差的平方之和的平方根。
既:
Z=√R²+{2πfL-1/(2πfC)}²
为使大家能够看清楚,特将上述公式截图。
感抗、容抗、阻抗的公式。
如图:
什么叫作固态电容
固态电容的全称为:
固态铝质电解电容。
它与普通电容(液态铝质电解电容)的最大区别在于使用了不同介质的介电材料,液态铝电容介电材料为电解液,而固态电容的介电材料则为导电性高分子。
固态电容的优点是温度适应范围宽(固态电容的极限温度一般为105度,而液态电解电容的极限温度为85度),介质损耗小。
通过前面讲到的阻抗定义和公式,我们可以清楚的看到:
阻抗与容抗有关,而容抗与频率和容量有关,与电容的介电材料没有任何关系(理论计算的等效电路≠实际数值的运用)。
下面讲一下电容知识及电容常用的技术参数。
电容常用的介质材料(用字母表示):
A钽电解B聚丙乙烯等非极性薄膜C高频陶瓷D铝电解E其他材料电解G合金电解H纸膜复合I玻璃铀J金属化纸介L聚酯等极性有机薄膜N铌电解O玻璃膜Q漆膜Y云母Z纸
电容的主要参数
1.标称容量及偏差
电容量是电容器的基本参数,其数值标注在电容器表面上。
不同类型的电容器有不同系列的容量标称值。
电容器的容量偏差等级有多种,一般偏差都在5%以上。
2.额定电压
能够保证长期工作而不致击穿电容器的最大电压称为电容器的额定工作电压。
额定电压系列随电容器种类不同而有所不同,例如,纸介和瓷介电容器的额定电压可从几十伏到几万伏;电解电容器的额定电压可从几伏到几千伏。
额定电压的数值通常都在电容器上标出。
3.温度系数
电容温度系数定义:
温度变化所引起的容量相对变化。
4.绝缘电阻
理想电容器的介质应当是不导电的绝缘体,实际电容器介质的电阻为绝缘电阻,有时亦称为漏电阻。
电容器的绝缘电阻:
直流电压加在电容上,并产生漏导电流,两者之比称为绝缘电阻。
当电容较小时,主要取决于电容的表面状态和介质的性能。
5.损耗角正切
实际在电容器两端加交流电压时要产生功率损耗。
产生损耗的原因是由电容器绝缘电阻造成的。
一般用电容器损耗功率(有功功率)与电容器存储功率(无功功率)之比来表示,定义为损耗角正切tgδ。
电容器损耗角正切的tgδ值相差很大,尤其对高频电路或对信号相位要求严格的电路,电容器的tgδ值大小对电路的性能有较大的影响,电容损耗角正切tgδ值越小越好。
对电容器而言,常用损耗角δ和损耗因数D来衡量其质量。
6.损耗因数
电容在电场作用下因发热所消耗的能量叫做损耗。
在直流电场的作用下,电容器的损耗以漏导损耗的形式存在,一般较小。
在交变电场的作用下,电容的损耗不仅与漏导有关,而且与周期性的极化建立过程有关。
各类电容都规定了其在某频率范围内的损耗允许值,电容的损耗主要由介质损耗,电导损耗和电容所有金属部分的电阻所引起的
电容
定义:
电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量。
我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量,叫做电容器的电容。
电容从物理学上讲,它是一种静态电荷存储介质(就像一只水桶一样,你可以把电荷充存进去,在没有放电回路的情况下,刨除介质漏电自放电效应/电解电容比较明显,可能电荷会永久存在,这是它的特征),它的用途较广,它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。
主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、隔直流等电路中。
电容的符号是C。
在国际单位制里,电容的单位是法拉,简称法,符号是F,常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)(皮法又称微微法)等,换算关系是:
1法拉(F)=1000毫法(mF)=1000000微法(μF)
1微法(μF)=1000纳法(nF)=1000000皮法(pF)。
相关公式:
一个电容器,如果带1库的电量时两级间的电势差是1伏,这个电容器的电容就是1法,即:
C=Q/U但电容的大小不是由Q或U决定的,即:
C=εS/4πkd。
其中,ε是一个常数,S为电容极板的正对面积,d为电容极板的距离,k则是静电力常量。
常见的平行板电容器,电容为C=εS/d.(ε为极板间介质的介电常数,S为极板面积,d为极板间的距离。
)
电容器的电势能计算公式:
E=CU^2/2=QU/2
多电容器并联计算公式:
C=C1+C2+C3+…+Cn
多电容器串联计算公式:
1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn
多电容器并联相加串联C=(C1*C2*C3)/(C1+C2+C3)
电容器的型号命名方法
国产电容器的型号一般由四部分组成(不适用于压敏、可变、真空电容器)。
依次分别代表名称、材料、分类和序号。
第一部分:
名称,用字母表示,电容器用C。
第二部分:
材料,用字母表示。
第三部分:
分类,一般用数字表示,个别用字母表示。
第四部分:
序号,用数字表示。
用字母表示产品的材料:
A-钽电解、B-聚苯乙烯等非极性薄膜、C-高频陶瓷、D-铝电解、E-其它材料电解、G-合金电解、H-复合介质、I-玻璃釉、J-金属化纸、L-涤纶等极性有机薄膜、N-铌电解、O-玻璃膜、Q-漆膜、T-低频陶瓷、V-云母纸、Y-云母、Z-纸介
电容功能分类介绍
名称:
聚酯(涤纶)电容(CL)
符号:
电容量:
40p--4μ
额定电压:
63--630V
主要特点:
小体积,大容量,耐热耐湿,稳定性差
应用:
对稳定性和损耗要求不高的低频电路
名称:
聚苯乙烯电容(CB)
符号:
电容量:
10p--1μ
额定电压:
100V--30KV
主要特点:
稳定,低损耗,体积较大
应用:
对稳定性和损耗要求较高的电路
名称:
聚丙烯电容(CBB)
符号:
电容量:
1000p--10μ
额定电压:
63--2000V
主要特点:
性能与聚苯相似但体积小,稳定性略差
应用:
代替大部分聚苯或云母电容,用于要求较高的电路
名称:
云母电容(CY)
符号:
电容量:
10p--0.1μ
额定电压:
100V--7kV
主要特点:
高稳定性,高可靠性,温度系数小
应用:
高频振荡,脉冲等要求较高的电路
名称:
高频瓷介电容(CC)
符号:
电容量:
1--6800p
额定电压:
63--500V
主要特点:
高频损耗小,稳定性好
应用:
高频电路
名称:
低频瓷介电容(CT)
符号:
电容量:
10p--4.7μ
额定电压:
50V--100V
主要特点:
体积小,价廉,损耗大,稳定性差
应用:
要求不高的低频电路
名称:
玻璃釉电容(CI)
符号:
电容量:
10p--0.1μ
额定电压:
63--400V
主要特点:
稳定性较好,损耗小,耐高温(200度)
应用:
脉冲、耦合、旁路等电路
名称:
铝电解电容(CD)
符号:
电容量:
0.47--10000μ
额定电压:
6.3--450V
主要特点:
体积小,容量大,损耗大,漏电大
应用:
电源滤波,低频耦合,去耦,旁路等
名称:
钽电解电容(CA)铌电解电容(CN)
符号:
电容量:
0.1--1000μ
额定电压:
6.3--125V
主要特点:
损耗、漏电小于铝电解电容
应用:
在要求高的电路中代替铝电解电容
名称:
空气介质可变电容器
符号:
可变电容量:
100--1500p
主要特点:
损耗小,效率高;可根据要求制成直线式、直线波长式、直线频率式及对数式等
应用:
电子仪器,广播电视设备等
名称:
薄膜介质可变电容器
符号:
可变电容量:
15--550p
主要特点:
体积小,重量轻;损耗比空气介质的大
应用:
通讯,广播接收机等
名称:
薄膜介质微调电容器
符号:
可变电容量:
1--29p
主要特点:
损耗较大,体积小
应用:
收录机,电子仪器等电路作电路补偿
名称:
陶瓷介质微调电容器
符号:
可变电容量:
0.3--22p
主要特点:
损耗较小,体积较小
应用:
精密调谐的高频振荡回路
名称:
独石电容
容量范围:
0.5PF--1ΜF
耐压:
二倍额定电压。
应用范围:
广泛应用于电子精密仪器。
各种小型电子设备作谐振、耦合、滤波、旁路。
独石电容的特点:
电容量大、体积小、可靠性高、电容量稳定,耐高温耐湿性好等。
最大的缺点是温度系数很高,做振荡器的稳漂让人受不了,我们做的一个555振荡器,电容刚好在7805旁边,开机后,用示波器看频率,眼看着就慢慢变化,后来换成涤纶电容就好多了。
就温漂而言:
独石为正温糸数+130左右,CBB为负温系数-230,用适当比例并联使用,可使温漂降到很小。
就价格而言:
钽、铌电容最贵,独石、CBB较便宜,瓷片最低,但有种高频零温漂黑点瓷片稍贵,云母电容Q值较高,也稍贵。
里面说独石又叫多层瓷介电容,分两种类型,1型性能挺好,但容量小,一般小于0。
2U,另一种叫II型,容量大,但性能一般。
电容的应用
很多电子产品中,电容器都是必不可少的电子元器件,它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源和退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等。
由于电容器的类型和结构种类比较多,因此,使用者不仅需要了解各类电容器的性能指标和一般特性,而且还必须了解在给定用途下各种元件的优缺点、机械或环境的限制条件等。
下文介绍电容器的主要参数及应用,可供读者选择电容器种类时用。
1、标称电容量(CR):
电容器产品标出的电容量值。
云母和陶瓷介质电容器的电容量较低(大约在5000pF以下);纸、塑料和一些陶瓷介质形式的电容量居中(大约在0005μF10μF);通常电解电容器的容量较大。
这是一个粗略的分类法。
2、类别温度范围:
电容器设计所确定的能连续工作的环境温度范围,该范围取决于它相应类别的温度极限值,如上限类别温度、下限类别温度、额定温度(可以连续施加额定电压的最高环境温度)等。
3、额定电压(UR):
在下限类别温度和额定温度之间的任一温度下,可以连续施加在电容器上的最大直流电压或最大交流电压的有效值或脉冲电压的峰值。
电容器应用在高压场合时,必须注意电晕的影响。
电晕是由于在介质/电极层之间存在空隙而产生的,它除了可以产生损坏设备的寄生信号外,还会导致电容器介质击穿。
在交流或脉动条件下,电晕特别容易发生。
对于所有的电容器,在使用中应保证直流电压与交流峰值电压之和不的超过直流电压额定值。
4、损耗角正切(tgδ):
在规定频率的正弦电压下,电容器的损耗功率除以电容器的无功功率。
这里需要解释一下,在实际应用中,电容器并不是一个纯电容,其内部还有等效电阻,它的简化等效电路如下图所示。
图中C为电容器的实际电容量,Rs是电容器的串联等效电阻,Rp是介质的绝缘电阻,Ro是介质的吸收等效电阻。
对于电子设备来说,要求Rs愈小愈好,也就是说要求损耗功率小,其与电容的功率的夹角δ要小。
这个关系用下式来表达:
tgδ=Rs/Xc=2πf×c×Rs因此,在应用当中应注意选择这个参数,避免自身发热过大,以减少设备的失效性。
5、电容器的温度特性:
通常是以20℃基准温度的电容量与有关温度的电容量的百分比表示。
补充:
1、电容在电路中一般用“C”加数字表示(如C13表示编号为13的电容)。
电容是由两片金属膜紧靠,中间用绝缘材料隔开而组成的元件。
电容的特性主要是隔直流通交流。
电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小,电容对交流信号的阻碍作用称为容抗,它与交流信号的频率和电容量有关。
容抗XC=1/2πfc(f表示交流信号的频率,C表示电容容量)电话机中常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等。
2、识别方法:
电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同,分直标法、色标法和数标法3种。
电容的基本单位用法拉(F)表示,其它单位还有:
毫法(mF)、微法(μF)/mju:
/、纳法(nF)、皮法(pF)。
其中:
1法拉=1000毫法(mF),1毫法=1000微法(μF),1微法=1000纳法(nF),1纳法=1000皮法(pF)
容量大的电容其容量值在电容上直接标明,如10μF/16V
容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示
字母表示法:
1m=1000μF1P2=1.2PF1n=1000PF
数字表示法:
三位数字的表示法也称电容量的数码表示法。
三位数字的前两位数字为标称容量的有效数宇,第三位数宇表示有效数字后面零的个数,它们的单位都是pF。
如:
102表示标称容量为1000pF。
221表示标称容量为220pF。
224表示标称容量为22x10(4)pF。
在这种表示法中有一个特殊情况,就是当第三位数字用"9"表示时,是用有效数宇乘上10-1来表示容量大小。
如:
229表示标称容量为22x(10-1)pF=2.2pF。
允许误差±1%±2%±5%±10%±15%±20%
如:
一瓷片电容为104J表示容量为0.1μF、误差为±5%。
6使用寿命:
电容器的使用寿命随温度的增加而减小。
主要原因是温度加速化学反应而使介质随时间退化。
7绝缘电阻:
由于温升引起电子活动增加,因此温度升高将使绝缘电阻降低。
电容器主要特性参数
1、标称电容量和允许偏差
标称电容量是标志在电容器上的电容量。
电容器实际电容量与标称电容量的偏差称误差,在允许的偏差范围称精度。
精度等级与允许误差对应关系:
00(01)-±1%、0(02)-±2%、Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、Ⅳ-(+20%-10%)、Ⅴ-(+50%-20%)、Ⅵ-(+50%-30%)
一般电容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级,电解电容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级,根据用途选取。
2、额定电压
在最低环境温度和额定环境温度下可连续加在电容器的最高直流电压有效值,一般直接标注在电容器外壳上,如果工作电压超过电容器的耐压,电容器击穿,造成不可修复的永久损坏。
3、绝缘电阻
直流电压加在电容上,并产生漏电电流,两者之比称为绝缘电阻.
当电容较小时,主要取决于电容的表面状态,容量〉0.1uf时,主要取决于介质的性能,绝缘电阻越大越好。
电容的时间常数:
为恰当的评价大容量电容的绝缘情况而引入了时间常数,他等于电容的绝缘电阻与容量的乘积。
4、损耗
电容在电场作用下,在单位时间内因发热所消耗的能量叫做损耗。
各类电容都规定了其在某频率范围内的损耗允许值,电容的损耗主要由介质损耗,电导损耗和电容所有金属部分的电阻所引起的。
在直流电场的作用下,电容器的损耗以漏导损耗的形式存在,一般较小,在交变电场的作用下,电容的损耗不仅与漏导有关,而且与周期性的极化建立过程有关。
5、频率特性
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