电容选用的基本知识（二）
电容器选用的基本知识（二）二 电容器的特性
2.1电容器的构造
电容器既有如上一章所述的种种用途与功能 那么它的构造究竟如何 容量又是怎样形成的呢。
请看图2-1A设有两块金属片互相靠近但并不连接在一起 当此二金属片被加上电压时 由于正负电荷互相吸引 使得施加电压除去时 两金属片上仍维持着原有的电荷 这就是容电作用 就此简单的范例中 我们可以想象如果金属片相对的面积愈大 容纳电荷的面积就愈大 而金属片间隔愈小 电荷作用力愈强 所以以上两项因素可以决定电容量的大小。
2.2介质与极化作用
上一节中我们所叙述的两片金属片互相靠近之后 所形成的电容 是假定两金属片间之间隙 没有任何其它物质存在 也就是以真空做为假想的。
在实际构造上 真空的结构自然是有些困难的 尤其是在真空而又必须维持一定间隙的时候 所以通常我们会在其间加入不导电的物质例如不将空气抽去时 中间便隔以空气 或如大多数的电容均使用云母 油纸或塑料膜为绝缘等。
当两极片间加上绝缘物质后 电荷是否仍然互相吸引呢 答案是仍然可以相互吸引 只是它们由直接的吸引变成了间接吸引此间接吸引之作用则来自绝缘物质内部的 极化作用 Polarization因为绝缘物质虽然不导电 但在其分子内部有等量的负电子和正电子正手 本来这些正负电子均呈杂乱无章的排列 形成平衡的局面 当此绝缘物质被介于两极片间时 极片的电荷吸引了这些电子 造成规则的同一方向的排列 一如铁分子受磁化的情形一样由是极片上的电荷作用经由这些排列整齐的电子而到达对方 使得绝缘物质在此变成了静荷的媒介体 故称此绝缘物质为介质。
当二互相靠近的金属片间 加入介质之后其容量除受相对面积 距离影响之外 亦与介质之种类有关 如若以空气 真空 时之标准为1 不同介质对容量的影响称为介质系数 例如玻璃为4到7 石蜡为2 云母6到8 煤油2 纯水81 等等所以当我们想获得或制造一个容量很大的电容器时 必从三方面入手 一是加大相对面积 但体积会很庞大 二是缩小间隙 会造成绝缘不良 三使用介质系数较大的物质为介质 也要考虑物理及绝缘特性。
2.3极化时间与适用频率
介质之极化作用并不是随静电场之产生而立刻发生的 换句话说 当二极片加上电压后必须等待一段反应时间 极化作用才能完成极化的时间当然很短 不过如果电容器要工作在高频率的时候 极化作用所需时间就是很重要的因素。
以不同的物质来担任介质 所需的极化时间并不一样 一般说来强极性化合物的极化时间较快 因为它在本极化前 分子己呈双极化而无极物质 Nonpo-lar Substance 则需先被诱导为双极性分子后 再极化之 不仅时间较慢 诱电率介质系数 亦低 是故不宜做为需容器之介质。
2.4电容量
在2.1节中我们曾述及两金属片相对面积愈大或间隔愈小 均能使作用力依比例增加另外 亦能以选择适当的介质加强诱电效果 如以公式表之 即
在式中 为介质系数 是以真空时之介电常数所求出的各种介种常数 A为相对面积单位是平方公尺 d为距离 单位为公尺 C为电容量 单位为法拉 Farad简作F 又因在电子电路中 此基本单位的量太大了 所以常用微法拉或尼诺法拉或微微法拉。
一法拉的容量是指一伏特的电压加于电容器时 此电容器能储存一库伦Columb的电荷时的容量。
2.5电容器的耐压
电容两端所施加之电压若提高 则其电荷亦增加 但是实际上此电压并不能任意加高 因为电容器二极片间之距离很小 电压升高后可能产生电昙 Corona即火花放电 而致电容遭到破坏 是故每一个电容器除了注明容量之外 工作电压也是一个非常重要的使用数据。
2.6电容器的串并联
假如有单位面积之二金属片 形成一固定的电容量C 则此金属片之面积若增加为二单位时容量亦为2C 二单位面积之金属片未必一定是在一整大张面积 各单位间以导体互为连结 此称为电容器之并联。
电容器实施并联后 其总电容量为各并联电容量之和 亦即：
在某些特殊的情形下 电容器亦可串联使用 电容器串联使用 电容器串联时 串联容量之倒数为各容量之倒数和 亦即：
C = C1 + C2 + C3 …+ Cn
在某些特定的情形下 电容器串联使用 电容器串联时 串联容量之倒数为各容量之倒数和 亦即：
1/C = 1/ C1 + 1/ C2 + 1/C3 …+ 1/Cn
电容器实施串联后 会产生分压作用 其分压比为电容量之倒数比 因此虽施予直流电压 除非所有串联电容量均一样 否则串联后之总耐压值并非各耐压值之和。
2.7电容器之等价电路
以上所述 均为一理想的电容器 亦即是只计电容不计其它。
事实上电容器由于制造技术或要求忽略等原因除了有容量之外 亦存在着并联的或串联的或串联的内电阻和串联电感 图2-7A即其等价电路。
电路中之g为漏电阻 乃因介质或封装材料之电导 绝缘电阻之倒数所引起 更清楚地说 就是介质或封装材料并不是绝对绝缘的 既非绝对绝缘 便有漏电 是故漏电流乃因漏电阻所产生 漏电流会消耗电能 并不是我们所需要的 但不同介质和结构会有不同的漏电流 在使用时 宜视实际要求而选定之。
图中之Rs为串联电阻 串联电阻值主要来自电极片和引线之实效电阻此电阻若不能忽略 那么电容器在充放电过程 好东西，谢谢了
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