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 的 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),μ(micro),n(nano)與 p(pico):

      

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)與無極性(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 nF(J 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 - 黑 - 橘  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 – 黃   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 和 47 μF 的,可是沒有 25 μF 和 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 10、20、30、40、50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 1000、1010、1020、1030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)
10、22、47,… 然後依次為 100、220、470,1000、2200、4700,10000 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)
10、15、22、33、47、68,… 然後依次為 100、150、220、330、470、680,1000 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 到 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。

可變電容器不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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