2.5 电容器的辨认与应用
本节介绍电容器的辨认,着重介绍电容器的选用方法和使用常识。
2.5.1 电容器类型的辨认
学习是为了应用,首先必须能辨认电容器。一是在混合的电子元件中,能将电容器挑选出来;二是能从外表标记上了解电容器的特性。只有学会这一步,才能快速正确应用电容器。
1.从外表形体辨认电容器
要从一大堆类型不同、形状各异的电子元件中选择出电容器,最快最简单的方法是从外形上进行初步挑选。这就要求在平时多认识一些电容器,记住它们的形体和外表。收音机、录音机、电视机上应用了多种电容器,可以仔细看一看,积累辨认经验。下面就对电容器一般形状特点加以说明,以便帮掌握辨别规律。
(1)电容器大多只有两个电极引脚(少数为四个引脚),据此可与多引脚的元件分开。
(2)瓷介质电容器、云母电容器的极板多为片式,尽管外部可封装成圆形或方形,但总体来讲,它们的外形具有薄、扁的特点。瓷介质电容器引脚多在同一侧引出,云母电容器引脚多在两边引出。
(3)金属化纸介质电容器、电解电容器都为圆柱体,有机薄膜电容器除有圆柱体外还可压成扁形,它们的引脚多是在同一侧引出。这些外形和特点,与非电容器有明显的区别。
(4)电解电容器为了密封电解液,在密封橡皮处有一道紧缩的内压圈,这是独特的外形。
外表形体辨认方法虽不能确定电容器参数,但能从元件堆里快速将电容器挑选出来,多多见识后,这种方法是最简单、快捷和行之有效的。图2-27所示是一些电子元件的外观图形,试着辨认哪些是电容器。
图2-27 各类电子元件
2.有型号标记电容器的辨认
电容器较完整的标记,一般包括商标、型号、电容、耐压、耐温、误差、极性、生产日期等标记项。但在实际中,每个电容器上标记并不是都这么完整,有的只标出了型号、电容、耐压三项。下面就介绍根据型号标记辨认电容器。
如果电容器上标记了型号,首行第一个字母就是C。反过来说,元件标记首行第一个字母是C,那么这个元件就是电容器,而不是其他元件。读者可在图2-27中找一找符合这种辨认规律的电容器。
3.无型号标记的辨认
实际中,有相当一部分电容器没有标记型号,只标出了电容和耐压两项参数,有的仅仅标记了电容一项参数。加上国外标记与中国的不一致,这就使辨认电容器的问题更显突出。
对于无型号标记的电容器,该怎样辨别呢?一般来讲,任何电容器都要有标记的,根据电容标记我们才能辨别,但应熟记“电容器标称电容”中几种标记方法的特点与规律,方能准确辨别。
例如,图2-27左上角有一个元件,外表只标记了“10p”,虽未标出型号,但在数字10后面写有p,p又是电容单位pF的简记形式,根据这一点,就可认定这个元件是电容器。
又如图2-27中有一个元件上标记有“152J 2kV”,那么这个元件是电阻器、电容器、还是其他元件呢?如果熟记了电容器的“数码标记法”,就知道“152J”是表示电容的标记,当然就可以肯定这个元件是电容器。
再如图2-27中有一个元件上仅只标记了“6800”,既未标记型号,也没有标记电容单位,初看就不敢判定它是哪种元件。如果熟记电容器“简单标记法”就知道,“6800”符合电容简记法,因此可辨别它就是电容器。另外,它的外表形体也可说明它是电容器。
再如图2-27中有一个元件上标记有“M33250V”,符合电容“整数表示法”这一独特的标记,因此就可辨别它是电容器。
2.5.2 电容器的应用
如果一台电风扇因电容器损坏不能运转,就必须检查修理,必然要进行下面操作:①拆卸电扇找到电容器;②判断电容器确实损坏并取下;③另取一个好电容器换上去;④开机验证检修结果;⑤盖上机壳完善检修。
“另取一个好电容器换上去”,虽是简单一句话,执行起来却需要用电容器全面的知识来做指导。例如会辨认电容器,会根据电容、耐压合理选用电容器等。总之,只有全面掌握电容器的知识,才能正确应用电容器。
选用电容器的总原则是:根据应用场合,合理选择电容器各项参数。下面分几点讨论选用电容器的原理和依据。
1.根据场合选用电容器
电器设备通常是由许多单一功能的单元电路组成的,如有耦合电路、旁路电路、调频电路、高压电路、滤波电路、退耦电路等。在不同的单元电路中,电容器所起的作用不尽相同,应用的参数也不相同。在电路的不同场合,应该选用合适的电容器。
一般来讲,在低频耦合和旁路场合,要求不是十分严格,各种类型电容器均可采用。大多是选用铝电解电容器,若选用相同容量的聚苯乙烯电容器或其他电容器,体积就会大许多倍,若选用相同容量的钽电解电容器,造价又要增加。可见应从全方面考虑选用电容器。
在高频电路,特别是在调频谐振回路中,可选用瓷介质电容器与云母电容器,相比之下瓷介质电容器又廉价一些,云母电容器则性能稳定一些。绝不能采用金属化纸介质电容器或薄膜电容器,因为这类电容器都是采用卷绕工艺制造,具有较大的分布电感。而这种电感会改变调谐回路的频率,破坏电路原有的特性,导致电路不能正常工作。可见,根据不同电路选用不同种类电容器非常重要。例如,图1-5中电容器C4,就选用了陶瓷片电容器。
在高压电路中就应选用耐高压的电容器,相对来说,聚苯乙烯电容器、瓷介质电容器、云母电容器、玻璃釉电容器耐压要高一些,宜选用这几种电容器。例如,图1-5中电容器C6,就选用了耐压为630V的瓷介质电容器。
在滤波电路中,多采用电解电容器。例如,图2-23中的电容器C就处在电源滤波电路中,都选用铝电解电容器。
在退耦电路中,若用于低频退耦,常选用铝电解电容器;若用于高频退耦,一般选用瓷介质电容器,因为电解电容器具有较大的分布电感,不利于高频信号退耦;若同时要求对低频和高频信号退耦,可取一个电解电容器和一个瓷介质电容器并联使用。
2.按电容选用电容器
下面介绍如何根据电容参数选用电容器。
在电源滤波电路中,对电容的要求并不特别严格,在原电路设计电容的基础上,电容变化20%并不会对电路特性有多大影响。例如,图2-23中电源滤波电容器C的设计电容为470μF,当它损坏后,一般是选用同等电容的好电容器来替换。如果没有470μF的电容器,可选用一个比470μF大或小一点的电容器来替换,但不得超过原电容的20%。这是因为原电路设计选用电容时都留有余量。
在各种振荡电路中应用的电容器,既要严格选择电容器种类,更应严格选择电容。一般振荡电路的电容器还特别标出了误差精度,这就强调,如果振荡电容器的电容不准确,将导致振荡频率偏离,使振荡电路不能正常工作,因此必须保证电容的精确度。
3.按额定电压选用电容器
电容器额定工作电压是应用电容器必须认真选择的一项,选择耐压参数的原则是可大不可小。例如,图1-5中电容器C2的耐压为400V,如果该电容器损坏了,除电容参数应按原则选择外,其耐压必须选择等于或大于400V的电容器,决不能选用耐压低于400V的电容器。如果错用耐压为160V的电容器,将会使电容器击穿,电流剧增,温度迅速升高,电解液蒸沸,电容器膨胀爆炸,并且还会牵连损坏其他元件。因此,选择电容器的电压参数必须严格,不能有半点随意心理。
在普遍情况下,电器任何一处应用的电容器,都是依据所处电路电压来选择电压参数。原则上,选用电容器的耐压值,应高出电路实际电压的10%~20%。
4.按耐温参数选用电容器
在电器中有许多大功率的工作部位,因为功率较大,温度就很高,可使它周围元件的温度达到很高数值,有时甚至烤坏周围元件,电容器也不例外。所以在这种部位选用电容器时,一定要考虑耐温参数。其原则是,在电器上安装应用电容器时,应远离大功率发热元件,以减小温度的影响。当然应从根本的电容器耐温上解决。例如,电器实际应用电容器的耐温为85℃,最好不要选用耐温为65℃的电容器。如果耐温过低,会同耐压过低一样产生膨胀爆炸。
5.根据其他条件选用电容器
实际应用电容器还应考虑体积、机械强度、抗腐蚀性能等许多方面。
如果一台电器电路板设计精小,安装元件必然紧密,选用元件也多为小体积。这时,如果电容器损坏更换,就应考虑体积因素。然而在电容器体积上,制造厂家不同,体积有很大差别,甚至在电容相等时,体积相差一倍之多。若电路板上空间位置过小,将装不下大体积电容器。若只有大体积电容器可应急替换,解决办法是另选空间,合理安置大体积电容器,再用导线将电容器两极连接到电路相应的焊点,但要确保电容器与其他元件间有可靠的绝缘。最好还是应用体积、电容、耐压、耐温相同的电容器来替换。
对电容器的机械强度问题,一般应检查引脚是否有松动、引脚是否太细,特别是体积和重量大的电容器应慎重考虑。如果金属引脚太细,机械强度不够,当装入电路后,一旦受到大的振动,电容器就会振斜与其他元件或导线接触,特别是与大功率发热元件接触后,极易产生高温损坏绝缘层,造成短路故障。因此,有的厂家就将大电解电容器的两电极制成四脚结构,或制成金属片式宽引脚,以加强应用中的机械强度。
另外,选用电容器时,还应细致检查电容器的密封是否可靠,因为应用一个元件都希望它能经久耐用,如果密封不好,经长期的潮湿侵蚀后,会出现漏电变质等故障。特别是瓷介质电容器,在应用中经过热胀冷缩,易出现裂缝,入侵潮湿,使电容器漏电。实际应用中,瓷介质电容器出现这样的故障较多。
6.根据电工原理选用
(1)电容器的并联应用。在电容器的应用中,有时可采用并联方法取得不同的电容和耐压,如图2-28所示。
图2-28 电容器并联应用
电容器并联应用等于增大极板面积,使电容增大。并联的总电容可用下面公式计算:
C 并=C1+C2+C3…
电容器并联的耐压应该以额定电压较低的一个作为使用耐压。有了这一原理,就给应用电容器带来了极大的方便,下面举例说明。
如果图2-23中电容器C(470μF/16V)损坏了,就应更换。若手中没有470μF/16V电容器,只有一个220μF/16V和一个220μF/25V电容器,这时就可根据电容器并联原理,将220μF/16V和220μF/25V两个电容器并联起来应用,便可及时解决问题。
具体并联应用如图2-28(a)所示,将两个电解电容器的正极与正极、负极与负极焊接在一起。这两个电容器并联后,总电容就为220μF+220μF=440μF,总耐压为16V。符合电容器参数替换原则:①选用电容可以为原电容的20%;②选用耐压必须等于或大于原电容器的额定工作电压。所以可用图2-28中并联的两个电容器来替换原470μF/16V的电容器。最后,还得考虑原空间位置能否装下并联的两个电容器,也可按大体积代换小体积的方法进行操作,但必须设法保证电容器的绝缘可靠。
(2)电容器的串联应用。在电容器的应用中,也可采用串联方法取得不同的耐压和电容,如图2-29所示。
图2-29 电容器串联应用
电容器串联应用等于增加了介质的厚度,也就是拉大了电容器两极板之间的距离,于是使电容减小。电容器串联后的总电容可用如下公式计算:
需要指出,用于直流电路中,应该同向串联,如图2-29(a)、(b)所示;用于交流电路中,应逆性串联,如图2-29(d)所示。
电容器串联使用时,工作电压的计算方法如下:
① 两个电容、耐压相等的电容器串联时,工作耐压为两电容器耐压之和,而电容为单个电容的一半。例如,图2-29(a)中两个33μF/160V的电容器同向串联,相当于一个16.5μF/320V的电容器,如图2-29(c)所示。
② 如果两个电容不等的电容器串联应用时,由于两个电容器充电电压的总和等于电路电压,所以电容大的充电电压就低,电容小的充电电压就高。假若电路电压为U,两个电容器的电容分别为C1和C2,则C1两端的充电电压UC1和C2两端的充电电压UC2分别可由下式求得:
当U=12V、C1=200μF、C2=100μF时,则有:
这说明C1要选耐压大于4V,C2要选耐压大于8V的电容器。即两个电容不相等的电容器串联时,每个电容器承受的电压是不相等的,如图2-29(e)所示。C1与C2串联后的等效电容与耐压,如图2-29(f)所示。
电容器串联的原理,给应用电容器带来了方便。当单个电容器耐压值不够时,就可用两个电容相等的电容器串联,以提高电容器的耐压。例如,某电路中一个10μF/250V的电容器损坏了,手中又没有耐压为250V的电容器,就可取两个33μF/160V的电解电容器按图2-29(a)所示串联起来,同时可以算出,串联电容器的电容为16.5μF,已大于原10μF的电容;耐压为320V,也大于原电容器250V的额定工作电压。所以可以替换原10μF/250V的电容器。