电容器的分类及应用

电容器的分类与应用

摘要

电容器（Capacitor）是电路中具有储存电荷功能的一种电路元件。它的基本模型是两个金属板和板间的绝缘介质，利用二个导体板之间的电场来储存能量，两导体所带的电荷大小相等，但符号相反。根据电容器的作用、结构、电介质的不同，可以将电容器分为不同的种类，不同种类的电容器也往往具有各自独特的性质和优点，在各自的场合将发挥各自的作用。随着科技的日益进步，电容器已经不仅仅局限于传统的应用领域，而具有越来越广泛的应用，电容器的性能也越来越高。本文将就电容器的分类和作用作详细的归纳和总结。

关键词：电容器，分类，作用，介电材料

1 电容器的分类

1.1 按作用分类

电容器的基本作用是充电和放电。使电容器带电（储存电荷和电能）的过程称为充电。这时电容器的两个极板总是一个极板带正电，另一个极板带等量的负电。把电容器的一个极板接电源（如电池组）的正极，另一个极板接电源的负极，两个极板就分别带上了等量的异种电荷。充电后电容器的两极板之间就有了电场，充电过程把从电源获得的电能储存在电容器中。而放电是使充电后的电容器失去电荷（释放电荷和电能）的过程。放电后电容器的两极板之间的电场消失，电能转化为其它形式的能。本质上电容器在电路中的作用都是其充电和放电功能的演变。不过在细节上还是有必要区分一下的。具体如下：

1.1.1 旁路电容

可将混有高频电流和低频电

流的交流电中的高频成分旁路掉

的电容，称做“旁路电容”。对

于同一个电路来说，旁路（bypass）

电容是把输入信号中的高频噪声

作为滤除对象，把前级携带的高频

杂波滤除。具体原理是产生一个交

流分路，从而消去进入易感区的那

些不需要的能量，即当混有高频和

低频的信号经过放大器被放大时，

要求通过某一级时只允许低频信号输入到下一级，而不需要高频信号进入，则在该级的输入端加一个适当大小的接地电容，使较高频率的信号很容易通

过此电容被旁路掉（这是因为电容对高频阻抗小），而低频信号由于电容对它的阻抗较大而被输送到下一级放大。

1.1.2 去耦电容

和旁路电容的作用相同，去耦电容也是在电路中起到抗干扰的作用，只是两者的所处位置不同罢了。旁路（bypass）电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦（decoupling）电容也称退耦电容，是把输出信号的干扰作为滤除对象。去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。去耦电容就是起到一个电池的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。去耦和旁路都可以看作滤波。去耦电容相当于电池，避免由于电流的突变而使电压下降，相当于滤纹波。具体容值可以根据电流的大小、期望的纹波大小、作用时间的大小来计算。去耦电容一般都很大，对更高频率的噪声，基本无效。旁路电容就是针对高频来的，也就是利用了电容的频率阻抗特性。

1.1.3 滤波电容

滤波电容是安装在整流电路两端用

以降低交流脉动波纹系数提升高效平滑

直流输出的一种储能器件。滤波电容具

有电极性，我们称其为电解电容。电解

电容的一端为正极，另一端为负极，正

极端连接在整流输出电路的正端，负极

连接在电路的负端。在所有需要将交流

电转换为直流电的电路中，设置滤波电

容会使电子电路的工作性能更加稳定，

同时也降低了交变脉动波纹对电子电路

的干扰。滤波电容在电路中的符号一般用“C"表示，电容量越大，滤波性能越好。为了获得更好的直流稳定系数，电容量一般选择在数百微法或数千微法以上。滤波电容常并联在整流电源电路输出端，用以降低交流脉动波纹系数，平滑直流输出。在使用将交流转换为直流供电的电子电路中，滤波电容不仅使电源直流输出平稳，降低了交变脉动波纹对电子电路的影响，同时还可吸收电子电路工作过程中产生的电

流波动和经由交流电源串入的干扰，

使得电子电路的工作性能更加稳定。

1.1.4 耦合电容

耦合电容，又称电场耦合或静电

耦合，是由于分布电容的存在而产生

的一种耦合方式。耦合电容器是使得

强电和弱电两个系统通过电容器耦合

并隔离，提供高频信号通路，阻止工频电流进入弱电系统，保证人身安全。带有电压抽取装置的耦合电容器除以上作用外，还可抽取工频电压供保护及重合闸使用，起到电压互感器的作用。

1.1.5 调谐电容

调谐电容是指在需要选择频率的

场合，用改变电路中的电容的值的方

法改变电路的谐振频率。一般用于无

线发射或者接收电路，比如收音机、

电视机、对讲机等的选台调整。

1.2 按结构分类

1.2.1固定电容器

电容量是一个恒定的值的电容叫固定电容，大部分电容都是这种电容。固定电容按其中介电材料的不同又可以分为以下几种：

1.2.2 可变电容固定电容器

与之相对的，可变电容就是电容量可以改变的电容。可以通过以下方法实现：改变电容器两极的相对接触面积或改变两极之间相对的距离。

1.2.3 半可变电容

半可变电容也称微调

电容。它与可变电容之间

的区别在于电容量的变化

比不一样，微调电容变化

比小一些。它是由两片或

者两组小型金属弹片，中

间夹着介质制成。调节的

时候改变两片之间的距离

或者面积。它的介质有空气、陶瓷、云母、薄膜等。半可变电容器在各种调谐及振荡电路中作为补偿电容器或校正电容器使用。半可变电容器分为云母微调电容器、瓷介微调电容器、薄膜微调电容器、拉线微调电容器等多种。

1.3 超级电容

随着科技的发展，一

种被称作超级电容器的大

容量电容出现了。超级电

容器又叫双电层电容器是

一种新型储能装置，它具

有充电时间短、使用寿命

长、温度特性好、节约能

源和绿色环保等特点。超

级电容器的表面是基于多

孔炭材料，该材料的多孔

结够允许其面积达到

2000m2/g，通过一些措施

可实现更大的表面积。超

级电容器电荷分离开的距离是由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸决定的。该距离（<10 Å）和传统电容器薄膜材料所能实现的距离更小。这种庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离使得超级电容器较传统电容器而言有惊人大的静电容量，这也是其“超级”所在。超级电容器用途广泛，可以作为税控机、税控加油机、真空开关、智能表、远程抄表系统、仪器仪表、数码相机、掌上电脑、电子门锁、程控交换机、无绳电话等的时钟芯片、静态随机存贮器、数据传输系统等微小电流供电的后备电源；可以作为智能表（智能电表、智能水表、智能煤气表、智能热量表）电磁阀的启动电源；还可以在太阳能警示灯，航标灯等太阳能产品中代替充电电池。

2 电容器的应用