什么是电容？为什么电容器很重要？

电容器又称电容器。这是 电阻器等无源元件之一 。电容器一般用于储存电荷。在电容器中，电荷以“电场”的形式存储。电容器在许多电气和电子电路中起着重要作用。

通常，电容器有两个相互不连接的平行金属板。电容器中的两个极板由非导电介质（绝缘介质）隔开，这种介质通常称为电介质。

有不同类型和不同形状的电容器可用，从用于谐振电路的非常小的电容器到用于稳定 HVDC 线路的大电容器。但是所有的电容器都在做同样的工作，即储存电荷。

电容器的形状有长方形、正方形、圆形、圆柱形或球形。与电阻器不同，理想电容器不会耗散能量。由于可以使用不同类型的电容器，因此可以使用不同的符号来表示它们，如下所示。

为什么电容器很重要？

电容器具有许多特性，例如

• 它们可以存储能量，并且可以在需要时将能量耗散到电路中。
• 它们可以阻断直流电并允许交流电通过，这可以将电路的一部分与另一部分耦合。
• 带有电容器的电路取决于频率，因此可用于放大某些频率。
• 由于电容器在应用交流输入时，电流领先于电压，因此在电源应用中它增加了有效负载功率并使其更经济。
• 它允许高频，因此它可以用作滤波器来过滤低频或收集高频。
• 由于电容器的电抗与频率成反比，因此可以用来增加或减少电路在一定频率下的阻抗，并可用作滤波器。

同样，电容器在交流或直流电路中使用时表现出许多特性，因此它们在电气和电子电路中起着重要作用。

电容器的构造

如前所述，有不同类型的电容器。这些不同的类型将具有不同类型的构造。平行板电容器是最简单的电容器。让我们了解一下这个电容器的结构。

它由两块相隔一定距离的金属板组成。这两块板之间的空间填充有介电材料。电容器的两条引线取自这两个板。

电容器的电容取决于极板之间的距离和极板的面积。可以通过改变这些参数中的任何一个来改变电容值。

可变电容器可以通过使这些板中的一个固定而另一个移动来构造。

电容器的电介质

电介质充当板之间的绝缘材料。电介质可以是任何非导电材料，例如陶瓷、蜡纸、云母、塑料或某种形式的液体凝胶。

电介质在决定电容值方面也起着重要作用。随着电介质引入电容器的极板之间，其值增加。

不同的介电材料会有不同的介电常数，但这个值>1。

下表给出了每种介电材料的介电常数值

电介质可以有两种类型

• 极性电介质：这些电介质将具有永久性电介质运动
• 非极性电介质：这些将具有暂时的介电矩。通过将它们置于中，可以用偶极矩感应它们。

复介电常数

介电材料的相对介电常数 (εr) 与自由空间介电常数 (εo) 的乘积称为介电材料的“复介电常数”或“实际介电常数”。复介电常数的表达式如下，

ε = ε0 * εr

复介电常数的值将始终等于相对介电常数，因为自由空间的介电常数等于“1”。介电常数或复介电常数的值因一种介电材料而异。

常见介电材料的复介电常数 (ε) 的一些标准值是空气 = 1.0005、纯真空 = 1.0000、云母 = 5 至 7、纸 = 2.5 至 3.5、木材 = 3 至 8、玻璃 = 3 至 10 和金属氧化物粉末= 6 到 20 等等

电容器可以根据其绝缘或介电材料的特性和特性进行分类，如下所示

1. 高稳定性和低损耗电容器——云母、低 K 陶瓷和聚苯乙烯电容器是此类电容器的示例。
2. 中等稳定性和中等损耗电容器——纸质、塑料薄膜和高 K 陶瓷电容器是这种类型的示例。
3. 极化电容器——此类电容器的示例是电解电容器、钽电容器。

如前所述，电容器由两个被电介质隔开的导体组成，当两个导体之间存在任何电位差时，就会产生电势。这会导致电容器充电和放电。

让我们以实际的方式理解这一点。当电容器连接到电池（直流电源）时，电流开始流过电路。

因此负电荷积聚在一个板上，正电荷积聚在另一板上。这个过程一直持续到电容器电压达到电源电压为止。

当充电电压等于电源电压时，即使连接了电池，电容器也会停止进一步充电。当电池被移除时，两个极板将积累正电荷和负电荷。因此，电荷存储在电容器中。

但是当电源电压来自交流电源时，它会连续充电和放电。充电和放电的速率取决于电源的频率。

例子

可以使用此处的简单示例来理解工作。下面的电路显示了两个开关A 和 B。当开关 1 闭合时，电流开始从电池流向电容器。当电容器电压达到电源电压时，它停止进一步充电。

现在将开关连接到位置 B。现在您可以观察到 LED 开始发光，并随着电容器放电而慢慢熄灭。

电容器的电容由下式给出

C=KεA/d

或者

C=εA/4πd

或者

C = εo * εr (A/d)

在哪里，

C – 电容器的电容

A – 板之间的面积

D – 两块板之间的距离

εo – 自由空间的介电常数

εr – 相对介电常数。

K-介电常数

电容器的电容

电容是电容器的特性，它定义了电容器中存储的最大电荷量。它在自然界中无处不在。

电容可能会因电容器的形状而异。可以使用导体的几何形状和介电材料属性来计算电容。让我们看看平行板电容器的电容。

电容定义为任一板上的电荷 (Q) 与它们之间的电位差 (V) 之比，

C=Q/V,

因此电流可以得到为

I(t)=C[d(v)/d(t)]

这可以用法拉（F）来表示，它是以英国物理学家迈克尔·法拉第的名字命名的。

从上面的定义我们可以看出，电容与电荷（Q）成正比，与电压（V）成反比。

可以通过增加极板数量来增加电容器的电容，这有助于保持电容器的相同尺寸。这里，板的面积增加了。

电容的标准单位

通常法拉是一个很高的值，因此，电容实时表示为电容器的子单位，例如微法拉（uF），纳法拉（nF）和皮法拉（PF）。

大多数电气和电子应用都包含以下标准单位 (SI) 前缀，以便于计算，

1. 1 mF（毫法拉）= 10−3 F = 1000 μF = 1000000 nF
2. 1 μF（微法拉）=10−6 F = 1000 nF = 1000000 pF
3. 1 nF（纳法拉）= 10−9 F = 1000 pF
4. 1 pF（皮法拉）= 10−12 F

要将 µF 转换为 nF 或 pF 或转换为各种其他单位，反之亦然，我们需要使用电容单位转换器。

电容器的额定电压

这不是电容器充电之前的电压，而是电容器可以安全运行的最大电压。该电压称为工作电压（WV）或直流工作电压（DC-WV）。下图显示了电容器的额定电压。

如果电容器被施加大于该电压的电压，则可能由于介电击穿而在极板之间产生电弧而损坏电容器。

在设计带有电容器的电路时，应注意电容器的额定电压大于电路中使用的电压。例如电路工作电压为12V，则需要选用额定电压为12V或以上的电容。

电容器的工作电压取决于电容器极板之间使用的介电材料、介电厚度以及所使用的电路类型等因素。