2013年9月8日 星期日

電容器 Capacitors ( 搬家文 move from yahoo blog , Day 5 )

(本文譯自 The Electronics Club Capacitors
(編按:本文的 capacitor 譯作「電容器」- 元件名稱;capacitance 譯作「電容」- 儲存電荷能力。)

功能  Function

電容器(capacitor)儲存電荷。它與電阻一起被用在時間控制電路上,因為電容器要充滿電,需要一些時間。在電源供應上,電容器扮演電荷貯存池,用以平滑變動的 DC 供電。他們也被用在濾波電路中,因為電容器讓 AC(持續變化的)信號通過,而擋住 DC(穩定的)信號。



電容  Capacitance

這是一種對電容器(capacitor)貯存電荷能力的度量。大的電容(capacitance)代表有更多的電荷可以被貯存起來。電容(capacitance)的單位為 farad,符號 F。然而 1F 是很大的值,所以加上字首(乘數)用來表示較小的數值。
有三個字首(乘數),μmicro),nnano)與 ppico):

      

電容器的數值有可能很難找,因為有種類繁多,加上標示系統又不一樣!電容器的種類很多,但是可以概分為極性(polarised無極性(unpolarised兩大類。每一種有它自己的電路符號。


極性電容器(Polarised capacitor)(大容量,1μF +

                      

電解電容器  Electrolytic Capacitors

電解電容器是有極性的,必須要正確地連接,至少有一隻腳會標示「+」或「-」。焊接的時候,它們不會因為受熱而損害。

電解電容器有兩種設計;「橫軸式」(axial)的,每一端各連有一隻接腳(如圖 220 μF 的),以及「輻射狀」(radial)的,兩隻接腳都在同一端(如圖 10 μF 的)。 「輻射狀」(radial)的電容器一般比較小,在電路板上是站直的。

電解電容器的數值很容易看,因為電容 capacitance 和額定電壓很清楚地印在上面。額定電壓可以到很低(例如 6V),所以選用時一定都要檢視清楚。假如零件清單上沒有明確界定電壓,那麼寧可選用一個大於電源供應的電壓範圍。對大部分電池電路來說,25 V 是合理的最小電壓。


鉭質電容器  Tantalum Bead Capacitors

鉭質電容器(Tantalum Bead Capacitors),和電解電容器一樣,低電壓、有極性。很貴,但是體積很小,所以常在需要小體積大電容(capacitance)的地方被使用。

現代的鉭質電容器,已經將電容(capacitance)、電壓、極性都完整的印在上面。但是早期的鉭質電容器採用的是色碼(color - code)系統,其中有兩環(代表兩位數)和一個有色的點(spot)顯示零的數目,來顯示看到的電容(capacitance)數值,以 μF 為單位。 顏色是採用「標準色碼」,至於那個「點(spot)」,「灰色」表示 x 0.01」, 「白色」表示「x 0.1」,如此,小於 10μF 的數值也可以被顯示。還有一個靠近接腳的第三環代表電壓(黃色 6.3V,黑色 10V,綠色 16V,藍色 20V,灰色 25V,白色 30V,粉紅色 35V)。 當「點(spot)」面對你的時候,正(+)的接腳是在右方:「看到點,右邊正。」

                                            


無極性電容器  Unpolarised capacitors (小容量, up to 1µF)

                          

小數值的電容器是無極性的,可以任意方向連接。焊接的時候不會因受熱損壞,除了一種不常用到的(polystyrene聚苯乙烯)例外。它們有很高的額定電壓,至少 50 V,通常大約 250 V。要找到這些小電容器的數值可能很不容易,因為型態很多,標示系統也不同!

許多小數值電容器有印上數值,可是沒有乘數,這時你需要應用經驗判斷它是哪一個乘數的!
例如 0.1 表示 0.1 μF = 100 nF                                                
有時候乘數會取代小數點: 例如 4n7 = 4.7 nF


電容器數字碼  Capacitor Number Code

當小電容器難以印字的時候,常會用一種數字碼:
l          第一個數字代表第一位數
l          第二個數字代表第二位數
l          第三個數字代表零的數目,單位 pF
l          忽略任何字母它們只是顯示誤差值與額定電壓
例如:102 表示 1000 pF = 1 nF(不是 102 pF !                   
例如:472J 表示 4700 pF = 4.7 nFJ 代表 5% 誤差)


電容器色碼  Capacitor Colour Code

聚酯(polyester)電容器使用色環已經很多年,現在已經過時了,不過當然還有人在使用。它顏色的讀法跟電阻的一樣,最上面三個顏色帶表示 pF 的數值,忽略第四色帶(誤差)和第五色帶(額定電壓)。

例如:棕 - -   表示 10000 pF = 0.01 μF                     
注意顏色之間沒有間隙,所以寬的顏色帶其實是兩個一樣顏色的色帶。
例如:寬紅   表示 220 nF = 0.22 μF


聚苯乙烯Polystyrene Capacitors

這種電容器現在很少用到。它們印出來的數值通常都沒有單位。聚苯乙烯電容器在焊接時,會因為受熱而損毀(聚苯乙烯會被融化掉!)所以你應該用一個散熱裝置(例如鱷魚夾),在電容器與接點之間,夾住電容器的接腳。

                                                                    


真實的電容器數值  Real capacitor values (the E3 and E6 series)

你可能已經注意到,電容器沒辦法滿足任何想要的數值,例如確實有 22 μF 47 μF 的,可是沒有 25 μF 50 μF 的!

為什麼會這樣?想像一下你決定製造每 10 μF 間隔的電容器,如 1020304050等等。看起來似乎沒問題,但是當你達到 1000 時會發生什麼事?製造 1000101010201030等的系列,變得沒什麼意義,因為 10 在這種數字範圍是很小的差異,小到大多數的電路無法注意到,而電容器也無法精準製作。

要做出電容器有意義的數值範圍,就必須以數值「階段性」的方式遞增。標準的電容器數值以這種概念為基礎,依循相同模式與十的倍數形成不同系列。

E3 系列(每一個十倍的範圍內有三個數值)
102247然後依次為 10022047010002200470010000 等等。

注意數字「階段」幅度是如何增加的(數值大約倍數增加)。


E6 系列(每一個十倍的範圍內有六個數值)
101522334768然後依次為 1001502203304706801000 等等。

注意這是 E3 系列在間隔中加上額外的數字。
E3 系列是最常用的電容器數值,因為有許多種型態做不到太精確的地步。


可變電容器  Variable capacitors

可變電容器最常用在無線電波的調諧電路,有時候稱之為「調諧電容器」(tuning capacitors)。它們的電容值(capacitance value)很小,一般介乎 100 pF 500 pF 之間(100 pF = 0.0001 μF)。圖例這種型態與主要的可變電容器一樣,通常有內建修整器(trimmer,提供微調之用)。

              

許多可變電容器的柄很短,一般可變電阻或旋轉開關用的標準旋鈕並不適合。購買可變電容器之前先確認有它適合的旋鈕,會是比較明智之舉。

可變電容器適用在時間控制電路上,因為它們的電容(capacitance)太小,可變範圍有限不實用。取而代之的是,如果需要調變時間區間,會使用一個固定電容器搭配一個可變電阻器。

修整電容器  Trimmer capacitors
修整電容器(Trimmer capacitors-Trimmers」,是微型的可變電容器,被設計用來直接掛在電路板上,當有電路內建才需要做調整。一隻小型螺絲起子,在微調時候會蠻需要的。調整的時候要有一點耐心,因為手部和工具輕微的變動都會影響電路的電容(capacitance)。

                                                       

修整電容器只有很小的電容(capacitance),通常小於 100 pF。電容(capacitance)要降到零是不可能的,所以它們一般都有特定的最大最小值,例如 2 – 10 pF
Trimmers」之於電容器,相當於「presets」之於電阻器。


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