基础电子学 - 电容器
电容器是一种无源元件，能够以极板间电位差的形式存储能量。它能抵抗电压的突然变化。电荷以两块极板间电位差的形式存储，根据电荷存储的方向，电位差可分为正电位和负电位。
这两块极板之间存在一个非导电区域，称为电介质。该电介质可以是真空、空气、云母、纸、陶瓷、铝等。电容器的名称由所用的电介质决定。
符号和单位
电容的标准单位是法拉。通常，可用电容器的值约为微法拉、皮法拉和纳法拉。电容器的符号如下所示。
电容器的电容与极板之间的距离成正比，与极板的面积成反比。此外，材料的介电常数越高，电容就越高。介质的介电常数描述了该介质中每单位电荷产生的电通量。下图显示了一些实际的电容器。
当两个面积为 A、宽度相等的板平行放置且间距为 d 时，如果在板上施加一些能量，则该平行板电容器的电容可称为 −
$$C\:\:=\:\:\frac{\varepsilon_{0}\:\:\varepsilon_{r}\:\:d}{A}$$
其中
C = 电容器的电容
$\varepsilon_{0}$ = 自由空间的介电常数
$\varepsilon_{r}$ = 电介质的介电常数
d = 两板之间的距离板
A = 两个导电板的面积
施加一些电压后，电荷沉积在电容器的两个平行板上。这种电荷沉积发生得很慢，当电容器两端的电压等于施加的电压时，充电停止，因为进入的电压等于离开的电压。
充电速率取决于电容值。电容值越大，板中电压的变化率越慢。
电容器的工作原理
电容器可以理解为存储电能的两端无源元件。这种电能存储在静电场中。
最初，电容器两个板上的负电荷和正电荷处于平衡状态。电容器没有充电或放电的趋势。负电荷由电子的积累形成，而正电荷由电子的耗尽形成。由于这种情况是在没有任何外部电荷的情况下发生的，因此这种状态为静电状态。下图显示了带静电荷的电容器。
根据交流电源的正负周期变化，电子的积累和耗尽可以理解为"电流"。这称为位移电流。由于这是交流电，因此该电流的方向不断变化。
电容器充电
当施加外部电压时，电荷会转换为静电荷。这发生在电容器充电时。电源的正电位吸引电容器正极板的电子，使其更正。而电源的负电位迫使电子移到电容器的负极板，使其更负。下图解释了这一点。
在此充电过程中，电子通过直流电源移动，但不通过电介质，即绝缘体。当电容器开始充电时，该位移很大，但随着充电而减小。当电容器两端的电压等于电源电压时，电容器停止充电。
让我们看看当电容器开始充电时电介质会发生什么。
电介质行为
当电荷沉积在电容器的极板上时，会形成静电场。该静电场的强度取决于极板上的电荷量和电介质材料的介电常数。介电常数是电介质允许静电线穿过多远的量度。
电介质实际上是一种绝缘体。它的原子最外层轨道上有电子。让我们观察它们是如何受到影响的。当极板上没有电荷时，电介质中的电子会沿圆形轨道移动。如下图所示。
当发生电荷沉积时，电子倾向于向带正电的板移动，但它们仍会继续旋转，如图所示。
如果电荷进一步增加，轨道会进一步扩大。但如果电荷仍然增加，电介质会损坏，导致电容器短路。现在，电容器已充满电，可以放电了。只要我们为它们提供一条从负极板到正极板的路径就足够了。电子无需任何外部电源即可流动，因为一侧的电子数量太多，而另一侧几乎没有电子。这种不平衡可通过电容器的放电来调整。
此外，当找到放电路径时，介电材料中的原子往往会进入其正常的圆形轨道，从而迫使电子放电。这种放电使电容器能够在短时间内提供高电流，就像相机闪光灯一样。
颜色编码
要知道电容器的值，它通常被标记为以下 −
n35 = 0.35nF 或 3n5 = 3.5nF 或 35n = 35nF 等等。
有时标记会像 100K，这意味着 k = 1000pF。那么值将是 100 × 1000pF = 100nF。
虽然这些数字标记现在仍在使用，但很久以前就开发了一种国际颜色编码方案，用于了解电容器的值。颜色编码指示如下所示。
| 波段颜色 | 数字 A 和 B | 乘数 | 公差 (t) > 10pf | 公差 (t) < 10pf | 温度系数 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 黑色 | 0 | × 1 | ±20% | ±2.0pF | ||
| 棕色 | 1 | × 10 | ±1% | ±0.1pF | -33 × 10-6 | |
| 红色 | 2 | × 100 | ±2% | ±0.25pF | -75 × 10-6 | |
| 橙色 | 3 | × 1,000 | ±3% | -150 × 10-6 | ||
| 黄色 | 4 | × 10,000 | ±4% | -220 × 10-6 | ||
| 绿色 | 5 | × 100,000 | ±5% | ±0.5pF | -330 × 10-6 | |
| 蓝色 | 6 | × 1,000000 | -470 × 10-6 | |||
| 紫色 | 7 | -750 × 10-6 | ||||
| 灰色 | 8 | × 0.01 | +80%, -20% | |||
| 白色 | 9 | × 0.1 | ±10% | ±1.0pF | ||
| 金色 | × 0.1 | ±5% | ||||
| 银色 | × 0.01 | ±10% |
这些指示用于识别电容器的值。
在这些五带电容器中，前两个带代表数字，第三个带代表乘数，第四个带代表公差，第五个带代表电压。让我们看一个例子来了解颜色编码过程。
示例 1 − 确定颜色代码为黄色、紫色、橙色、白色和红色的电容器的值。
解决方案 − 黄色的值为 4，紫色为 7，橙色为 3，代表乘数。白色为 ±10，即公差值。红色代表电压。但要知道额定电压，我们需要另一个表格，从中可以知道这个电容器所属的特定频带。
因此，电容器的值为 47nF，10% 250v（V 频带电压）
下表显示了如何根据电容器所属的频带确定电压。
| 频带颜色 | 额定电压 (V) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| J 型 | K 型 | L 型 | M 型 | 类型N | |
| 黑色 | 4 | 100 | 10 | 10 | |
| 棕色 | 6 | 200 | 100 | 1.6 | |
| 红色 | 10 | 300 | 250 | 4 | 35 |
| 橙色 | 15 | 400 | |||
| 黄色 | 20 | 500 | 400 | 6.3 | 6 |
| 绿色 | 25 | 600 | 16 | 15 | |
| 蓝色 | 35 | 700 | 630 | 20 | |
| 紫色 | 50 | 800 | |||
| 灰色 | 900 | 25 | 25 | ||
| 白色 | 3 | 1000 | 2.5 | 3 | |
| 金色 | 2000 | ||||
| 银色 | |||||
借助此表，可以根据给出的颜色了解每条电容器带的额定电压。额定电压的类型也表明了电容器的类型。例如，J 型电容器是浸渍钽电容器，K 型电容器是云母电容器，L 型电容器是聚苯乙烯电容器，M 型电容器是电解带 4 电容器，N 型电容器是电解带 3 电容器。如今，颜色编码已被前面提到的简单印刷电容器值所取代。
容抗
这是一个重要的术语。容抗是电容器对交流电流或简称为交流电流的阻力。电容器会抵抗电流的变化，因此会表现出一些阻力，可以称为电抗，因为输入电流的频率也应与其提供的电阻一起考虑。
符号：XC
在纯电容电路中，电流IC领先施加的电压 90°
电容器的温度系数
电容器在特定温度范围内的最大电容变化可以通过电容器的温度系数得知。它指出，当温度超过某个点时，可能发生的电容器电容变化被理解为电容器的温度系数。
所有电容器通常都是以 25°C 的参考温度制造的。因此，电容器的温度系数要考虑高于和低于该值的温度值。
