第1章 电子元器件大观园及电阻基本电路全解.ppt
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1、电容器知识全解及电容电路祥解,电容器被广泛应用于彩色、黑白电视机,各种音乐设备、录象机等民用电器和工业用各种仪器、仪表、自动化控制中,同时也被用于宇航、军工及国防通讯设备中。, 特征用途: 1、圆柱形阻燃塑料外壳,焊片或引线结构引出。2、体积小,重量轻,安装简单可靠,具有良好的自愈性。3、应用ZnAI边沿加厚蒸发工艺,电性能优良,可靠性高。4、耐冲击电流大,抗电强度高。5、适用于50Hz/60Hz交流电动机的启动和运转,特别适用于电风扇等具有小型电机的电器上、空调、冰箱、洗衣机等家用电器以及各种灯具的串并联回路中。,4.1 电容器基础理论知识全解电容器主要针对交流信号进行处理的元器件,利用电容
2、器对不同频率交流信号所呈现的容抗变化,构成各种功能的电容电路。4.1.1 电容器电路作用及种类概述,电容器种类概述,4.1.2 固定电容器外形特征和电路符号 (1)普通固定电容器共有两根引脚,它的这两根引脚是不分正、负极的。 (2)普通固定电容器的外形可以是圆柱形、长方形、圆片状的等,当电容器足圆柱形时注意不要与电阻器相混。 (3)普通固定电容器的外壳足彩色的,在外壳上有的直接标出容量的大小,有的采用其他表示方式(字母、数字、色码)标出容量和允许偏差等。 (4)普通固定电容器的体积不大,有的体积比电阻器大些,有的小于电阻器。 (5)普通固定电容器在电路中可以是垂直方向安装,也可以是卧式安装,它
3、的两根引脚是可以弯曲的。,4.1.3 两种常用固定电容器简介涤纶电容器: 涤纶电容器又称为聚酯电容。这种电容器的介质材料为涤纶薄膜。当某电容器上标出字母CL,说明这是涤纶电容器。它有圆柱形和长方形两种,容量从几pF到几uF,新型涤纶电容器容量可达0.1uF10uF;这种电容器额定直流电压台63V、100V和160V三种。瓷介电容器: 瓷介电容器的介质材料为陶瓷,根据陶瓷材料的不同,这种电容器为低频瓷介电容器(用CT表示)和高频瓷介电容器(用CC表示)。高频瓷介电容器的容量在几pF至几百pF之间,低频瓷介电容器的容量在300pF至2200pF之间。瓷介电容器的外层常涂有各种颜色的保护漆,漆的颜色
4、表示了电容器的温度系数。,4.1.4 固定电容器结构和电容单位电容器由两块极板构成,两极板之间为绝缘介质,在两极板上分别引出一根引脚, 两极板之间是绝缘的,如果两极板之间通,就不是电容器。,电容器容量单位:电容器容量大小用字母C表示,容量式中: 介质的介电常数;S 两极板相对重叠部分的极板面积;D 两极板之间的距离。,电容器的容量C大小与两极板相对面积S成正比,而与两极板之间的距离d成反比,大容量的电容器可以储存更多的电荷。4.1.5 电容器主要参数电容器标称容量:常用的是E6和E12系列电容器允许偏差:常用的是 5、 10、 20,通常容量愈小,允许偏差愈小。额定电压: 额定电压是指在规定温
5、度范围内,可以连续加在电容器上而不损坏电容器的最大直流电压或交流电压的有效值。在使用中如果工作电压大于电容器的额定电压,电容器是要损坏的。如果电路故障造成加在电容器上的工作电压大于它的额定电压时,电容器将会被击穿。电容温度系数,温度系数有正、负之分,正温度系数电容器表明电容器随温度升高而增大,负温度系数电容器则随温度升高而电容量下降。电容器的温度系数愈小愈好,当电路有温度要求时,可采用温度补偿电路。4.1.6 电容器参数表示方法解读标注参数主要有标称电容量、允许偏差和额定电压等。 固定电容器的参数表示方法有多种,主要有直标法、色标法、字母数字混标法、3位数表示法和4位数表示法多种。电容器直标法
6、: 例如:某电容器上标有510pF 10、160V、CLl2字祥,表示这一电容器是涤纶(CL)电容器,标称电容量为510PF,允许偏差为 10,额定电压为160V。,电容器3位数表示法:用3位整数表示电容器的标称电容量,再用一个字母表示允许偏差。 例如:某只电容器上标有682Z,这是采用3位数表示法的电容器,它的具体含义为 ,即标称容量力6800pF的电容器。,电容器4位数表示法:(1)用4位整数表示标称容量,单位是pF;(2)用小数(有时不足4位数字)表示标称容量,单位是uF.电容器色标法:电容器字母数字混标法:,电容器允许偏差表示方法:(1)采用等级方法(2)百分比表示方法(3)数字表示百
7、分比(4)直接表示绝对允许偏差方式(5)字母表示方式。,4.2 电容器故障处理知识4.2.1 小电容故障现象小电容是指容量小于1uF的电容器,4.2.2 固定电容器修理、选配和更换方法引脚折断可修复 (1)标称电容量相差不大时考虑代用。 (2)在容量要求符合条件的情况下,额定电压参数等于或大于原电容器的参数即可以代用,有时略小些也可以代用。(3)低频电容器代替高频电容器后高频信号损耗大,严重时电容器不能起到相应的作用。但是,高频电容器可以代替低频电容器。(4)有些场合下,电容器的代替还要考虑电容器的工作温度范围、温度系数等参数。 (5)标称电容量不能满足要求时,可以来用电容器串联或并联的方法来
8、满足容量要求。,4.3 固定电容器主要特性祥解4.3.1 隔直特性 (1)开关未接通之前,电容C1中原先没有电荷。电容中没有电荷,电容两端(两根引脚之间)没有电压。 (2)开关S1接通后,电路中直流电源E1开始对电容C1充电,此时电路中有电流流动。 (3)充电一段时间后,电容C1上、下极板上充有图示的电荷,由于上、下极板之间绝缘,所以电容器C1上、下极板上的正、负电荷不能复合,在电容器上、下极板上的电荷被保留。 (4)当充电到一定程度后,电容C1两极板上的电压(上正下负的直流电压)等于直流电源E1的电压时,这时没有电流流过电阻R1,充电结束,电路中没有电流的流动,R1两端电压为0V,电容C1处
9、于开路状态,直流电流不能继续流动,说明电容具有隔开直流电流的作用。,电容器充电过程重要特性:(1)当直流电源E1反方向充电时,将电池极性反个方向,对电容C1的充电过程和结果相似,由于直流电源的极性反了,C1上充到直流电压为下正上负。 (2)电容器的隔直作用是指直流电流对电容器充电完成之后,电路中没有电流流动,直流电流刚加到电容器上时,电路中有电流流动,电流流动过程很快结束,具体时间长短与时间常数R2、C1之积有关。 (3)C1的直流电压大小与直流电源电压大小有关,在充电完成后,电容器两端的直流电压大小等于直流电源电压的大小。直流电源电压是3V,充电结束后电容上电压为3V。,4.3.2 通交特性
10、 (1)Us正半周充电时己使C1的上极板带正电荷、下极板带负电荷,所以Us负半周充电时给C1上极板充的负电荷与原来的正电荷相抵消,同理C1下极板上原来负电荷与Us负半周充电时的正电荷相抵消。由于Us的正、负半周幅度相等(正、负半周对极板上充电的电荷量相等),所以上、下极板上一个周期内电荷平均值为零,当Us一个周期结束后,电容器内无电荷,C1上、下极板之间的电压为0V。 (2)在交流电源Us的一个周期内,流过电阻R1的电流方向是改变的,说明流过R1的电流是交流电流。当Us不断变化极性,对C1的充电方向不断改变,C1上、下极板上的电荷不断复合、充电,这样电路中便一直有交流电流的流动,等效于C1能够
11、让交流电流通过。 (3)电容器C1两极板之间绝缘,交流电流不能直接通过两极板构成回路,只是由于交流电流的充电方向不断改变,使电路中有持续的交流电流流过,等效成C1能够让交流电流通过。,4.3.3 隔直通交特性和储能特性储能特性: 理论上电容器不消耗电能,电容器中所充到的电荷会储存在电容器中,只要外电路中不存在让电容器放电的条件(放电电路),电荷就一直储存在电容器中,电容器的这一特性称为储能特性。隔直通交特性:,4.3.4 容抗特性不同频率的交流电、电容量大小不同的情况下,电容器对交流电的阻碍作用容抗不同。容抗和频率、容量之间的关系:式中:2 为常数; 为容抗大小; F为交流信号的频率; C为电
12、容器的容量。 结论:当频率高和容量大时,容抗都是小,反之容抗都是大。周期和频率:所谓频率是交流电一秒钟重复变化的次数,单位为赫兹,用Hz表示。,4.3.5 电容两断电压不能突变特性 开关S1未合上时C1中无电荷,因为Q0,所以U=0V,C1两端的电压为0V。 在开关S1接通瞬间,对C1的充电要有一个过程,所以S1合上瞬间C1中仍然无电荷,C1两端的电压仍为0V。由于在开关S1合上前后瞬间电容中的电荷没有发生突然改变,所以电容器两端的电压也不能发生突变。 在开关S1接通瞬间,C1两端电压为0V,电源电压E1全部加在电阻R1上,此时电路中的电流为最大,即刚开始的充电电流最大。充电开始,C1中有电荷
13、,C1两端的电压按图示曲线上升。 从充电曲线中可以看出,刚开始C1上的电压为0V,然后C1上的电压迅速上升,后来电压上升比较慢。这是因为刚开始充电时,C1上的电压小,随着充电的进行,C1两端电压升高,在电阻R1上的电压下降(R1上的电压等于E1减去C1上的电压),充电电流下降,使C1中电荷增加量减小,所以C1两端的电压增大量在减小,只到充电结束,电路中无电流,C1两端的电压等于E1。,4.4 普通固定电容电路4.4.1 高频阻容耦合电路工作原理: (1)电容C1和电阻R1构成典型的分压电路,加到这一分压电路中的输入信号Ui是前级放大器的输出信号,分压电路输出的信号是Uo,这也就是加到后级放大器
14、的输入信号,这一信号愈大,说明耦合电路对信号的损耗愈小,耦合电路的性能愈好。 (2) 当放大器输入电阻R1大小一定时(通常它不变化),耦合电容C1容量大,其容抗小,输出信号Uo大,说明信号损耗小。所以,要求耦合电容的容量足够的大,这样信号通过耦合电容时损耗才小。,电路分析的几点细节:(1)在不同工作频率的放大器中,由于放大器所放大的信号频率不同,对耦合电容的容量大小要求也不同。音频放大器中,一般耦合电容的容量在l10uF之间,高频放大器中的耦合电容容量很小,工作频率愈高,其耦合电容的容量愈小。 (2)为了降低电容漏电,处于前级的耦合电容,其容量要求愈小。 (3)当放大器的输入电阻R1比较大时,
15、可以适当减小耦合电容C1的容量。降低耦合电容C1的容量,对降低耦合电容的漏电有利,因为电容的容量愈大,其漏电电流愈大,放大器电路的噪声愈大(稳合电容漏电流就是电路噪声),特别是输入级放大器的输入端耦合电容要尽可能地小,以利于降低放大器噪声。 (4)耦合电容对低频信号容抗比中频和高频信号的容抗大,所以阻容耦合电路对低频信号不利,当耦合电容的容量不够大时,低频信号首先受到衰减,这一点说明阻容耦合电路的低频特性不好。 (5)耦合电容具有隔直作用,所以采用阻容耦合的放大器不能放大直流信号,对于频率很低的交流信号由于耦合电容的容抗太大也不能进行有效放大。,(1)电容C1容量较小,音频放大器中510pF的
16、电容对音频信号而言容抗太大,相当于开路,但对于频率更高的啸叫声而言,C1容抗很小,相当于通路。 (2)高频负反馈电容C1接在VT1管基极与集电极之间,将VT1管从集电极输出的信号加到基极上。 (3)电路中,三极管VT1集电极上的交流信号相位为+,其基极上的信号相位为-,两个电极的信号相位相反。由于VT1管基极与集电极之间的信号相位相反,所以C1构成负反馈电路,负反馈电路降低放大器的放大倍数。 (4)由于C1只对频率比较高的信号呈通路,而对频率比较低的音频信号呈开路,这样C1只对容易产生高频啸叫的高频信号进行负反馈,达到消除高频啸叫声的目的。,电路故障分析: (1)当耦合电路中的元器件开路时,信
17、号不能加到下一级电路中,位放大器无信号输出;当辖合元器件的性能不好而造成信号损耗增大时,使放大器输出信号减小。 (2)当精合电容漏电或击穿时,影响前后两级放大器的直流电路工作,从而影响交流电路的工作,放大器输出信号不正常。 (3)耦合电容漏电故障发生率较高,电容器使用时间较氏后容易出现容量减小故障。4.4.2 高频负反馈电容电路电路中的VT1构成一级音频放大器,C1是高频负反馈电容,用来消除可能出现的高频自激。,4.4.3 电容复位电路电路中,Al是CPU集成电路, 脚是集成电路A1的复位引脚,复位引脚一般用/RESET表示,脚内电路和外电路中元件构成复位电路,C1是复位电容,S1是手动 复位
18、开关。工作原理;集成电路A1的脚内电路有一个斯密特触发器和一个提拉电阻R1,它一端接在直流 电压十5V上,另一端通过A1的脚与外电路中的电容C1相连。 电路的电源开关接通后,十5V直流电压通过电阻R1对电容C1充电,这样在电源接通瞬间电容C1两端没有电压(因为电容两端的电压不能突变),随着对电容C1的充电,集成电路Al的脚上电压开始升高,这样可在Al的脚上产生一个时间足够长的复位脉冲,时间常数一般为0.2秒。,随着+5V直流电压的充电进行,A1的脚上电压达到了一定程度,集成电路A1内部所有电路均可建立起初始状态,复位工作完成,CPU进入初始的正常工作状态。 这一复位电路的目的是,使集成电路A1
19、的复位引脚上直流电压的建立滞后于集成电路A1的+5V直流工作电压一段规定的时间。 从波形中可看出,在电源接通后集成电路A1的直流工作电压上升有一个过程,而复位引脚上的直流电压更加滞后,这样微控制器中CPU才能进入初始工作状态。所以,复位电路就是要使复位引脚上的直流电压滞后一段时间。 手动复位电路的工作原理是:当按一下复位开关S1(按钮开关)时,在S1接通期间,电容C1中电荷通过电阻R2和导通的S1很快放电完毕,使C1中没有电荷,集成电路A1的脚电压为0V,此时CPU停止工作。 在释放按钮后,S1断开,+5V直流电压通过提拉电阻R1对电容器C1充电,使集成电路A1的脚上电压有一个缓慢上升过程,这
20、样可以达到复位的目的。,(1)机器的电源接通后,微控制器集成电路所需要的稳定直流电压(如+5v)不会很快建立,此时集成电路内部的各单元电路还没有进入正常工作所必须的初始条件,微控制器电路会出现误动作,这时需要复位。 (2)机器电源切断时,也会出现上述类似情况,必须使微控制器复位后再工作。 (3)机器工作过程中,由于某种原因使微控制器的工作进入混乱状态,需要重新进入正常工作时,也需要复位电路。,4.5 电解电容器4.5.1 外形特征和结构,4.5.2 电解电容器外形特征和电路符号电解电容器外形特征: (1)电解电容器的外壳颜色常见的是蓝色,此外还有黑色等,其外形通常是圆柱形的。 (2)它有两根引
21、脚,在有极性电解电容器中这两根引脚有正、负极之分,在外壳上会用“一”符号标出负极性引脚的位置。 (3)在无极性电解电容器中,它的两根引脚没有正、负极之分,没有表示极性的符号,根据这一特征可以分辨是有极性还是无极性电解电容器。 (4)电解电容器的容量一般均较大,在1uF以上(有些进口电解电容器的容量小于这一值),而且采用直标法。,见图4.25(b),这种电解电容器的介质就是氧化膜,它类似于晶体管中的PN结,具有单向导电特性。当电解电容器的正极引脚接高电位、负极引脚接低电位时,氧化膜处于阻流状态,如同刚结处于反向偏置状态,正、负极板之间的电流很小,电解电容器正常工作。 当负极引脚接高电位,正极引脚
22、接低电位时,氧化膜处于通流状态,如同刚结的正向导迈一样,两极板之间的电流很大,将失去电容器的作用。注意,这种正、负引脚接反后,在严重时还会发生爆炸现象。 从上述有极性电解电容器结构分析可知,电容器有极性是因为内部结构的原因,内部类似存在一个PN结。只有对这一“PN结”加上反向电压时,有极性电解电容器才能正常工作。无极性电解电容结构:这种电解电容有两个氧化膜,且两个氧化膜。个为 nip,另一个为pin。无论正极1还是正极2上加上高电位,另一个引脚加有低电位时,两个氧化膜中始终有一个处于通流状态,另一个处于阻流状态,使两极板之间无较大的电流流过,克服了有极性电解电容器两根引脚有正、负之分的不足。,
23、4.5.3 电解电容结构有极性电解电容器结构 图4.25(a)所示是一个铝电解电容器,分别用两层铝箔作为电容器的正、负极板,在这正、负极板上分别引出正、负极性引脚。 在两铝箔之间用电解纸隔开,使电容器的两极板绝缘。然后,将整个铝箔紧紧地卷起来,浸渍工作电解质(大多为糊状液体),再用外壳密封起来,这就是有极性电解电容器的结构。,4.5.4 电解电容表示方法一般采用直标法标出标称容量及允许偏差、额定电压等。对有极性电解电容器,还要标出引脚的极性。电解电容器机性表示方法: (1)对新电解电容器采用长短不同的引脚来表示引脚极性,通常长的引脚为正极性引脚。当电容器使用之后,由于引脚已剪掉便无法识别极性,
24、所以这种表示方法不够完善。 (2)标出负极性引脚位置,在电解电容器的绿色绝缘套上面出贝号的符号,以表示这一引脚为负极性引脚。 (3)采用十号表示正极性引脚,此时外壳上有一个十号,表示这根引脚是正根。电解电容器材料表示方法: 用CD、CA和CN分别表示铝、钽、铌电解电容器。,4.5.6 电解电容器重要特性大电容电解电容器高频特性不好: 电解电容器是一种低频电容器,即它主要工作在频率较低的电路中,不宜工作在频率较高的电路中,因为电解电容的高频特性不好,容量很大的电解电容器其高频特性更差。对电容器而言当电容量一定后,频率愈高容抗愈小,电解电容器的容量大,它的容抗应该很小,但是从它的等效电路中可以看出
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