將兩平行導電極板隔以絕緣物質而具有儲存電荷能力的器材,稱
為電容器(capacitor 或 condenser)。-- 導電極板稱為電容器之電極(electrode) 絕緣物質稱為電介質(dielectric)或簡稱介質。 電容量(capacitance)是用來表示電容器能儲蓄電荷的能力(或容量)。 阻抗 (impedance)是電路中電阻、電感、電容對交流電路的阻礙作用的統稱
各種電容器,因導體的大小體形狀體材質及板間距離與介質種類等因素的不同而有 不一樣的電容量
電容器包括二個電極,二個電極儲存的電荷大小相等,符號相反。電極本身是導體,二個電池之間由稱為絕緣體(或稱為介電質)隔開。電荷會儲存在電極表面,靠近介電質的部份。由於二個電極儲存的電荷大小相等,符號相反,因此電容器中始終保持為電中性。
電容器的電容量單位為一法拉(F)。在實務上,法拉是相當大的單位,電容器的電容量一般常以毫法拉 (mF, 1mF = 10-3F)、微法拉 (µF, 1µF = 10-6F)、奈法拉 (nF, 1nF = 10-9F) 或皮法拉 (pF, 1pF = 10-12F)表示。
電路 vs 直流電
由於電容器中有絶緣的界電材料阻隔,電子很難直接穿過電容器。簡單來說,當有電流流過電容器時,電容器的一端會累積電子,另一端會流失電子,電容器則維持電中性,這樣的過程稱為充電。一般會說電容器不允許直流電流通過。
電路 vs 交流電
若流過電容器的電流由交流電壓或交流電流源產生,由於電流會週期性的變換方向,交流電流會輪流對電容器的兩極充電,電容器兩極的電荷會週期性的變化,因此在一個週期內,除了電流由正變負(或由負變正)的那一瞬間之外,通過電容器的電流均不為零。因此,一般認為電容器可允許交流電流通過。
電容器的應用:
1. 能量儲存:
i. 當電容器和其充電線路分離後,電容器會儲存能量,因此可作為電池,提供短時間的電力。電容器常用在配合電池使用的電子設備中,在更換電池時提供電力,避免儲存的資料因沒有電力而消失。
ii. 電容器也常用在電源供應器中,可緩和整流器的輸出。電容器也可用在電容幫浦(charge pump)電路中,儲存能量,以產生比輸入電壓更高的電壓。
iii. 在許多的電子設備及較大的電力系統〔如工廠〕中,為了提供信號電路或控制電路一個「乾淨的」的電源,常將電容器和電源電路並聯。如在車用音響系統中,就常使用電容器來補償蓄電池瞬時輸出功率的不足。
2. 功率因素更正/改善:
i. 電容器可使用在需要功率因素更正的場合中,在這種情形時,常常是三個電容器配合三相的負載使用。此時電容器的單位不用法拉計算,而是使用無效功率。加入電容器的目的是因抵消馬達或日光燈等電感性負載的影響,使負載儘量接近電阻性負載。
3. 信號耦合:
i. 由於電容器阻隔直流信號通過的特性,電容器常用來過濾信號直流的部分,只留下交流的信號,稱為交流耦合(有時也會用變壓器來達到類似目的)。
4. 雜訊過濾器、馬達啟動器、及減震緩衝器:
i. 當一電感有電流流過,而瞬間開關開路時,因開關無法流過電流,電感電流瞬間降到零,會在開關或繼電器兩端產生高電壓。若電感較大時,其能量會產生火花,使得接點氧化或熔化接合,或造成固態開關的損壞。若在開關旁並聯緩衝電容(Snubber capacitor),可以在開關開路時,提供電感電流路徑通過,可以延長開關的壽命。例如在汽車點火系統的斷路器就會並聯一緩衝電容。
ii. 在功率較小的系統中,產生的火花不會造成開關損壞,但產生的高電壓會產生干擾 (Radio Frequency Interference, RFI),若加裝緩衝電容即可減少因開關開路帶來的干擾。緩衝電容一般會串聯低阻值的電阻,可以消耗能量及降低射頻干擾。
iii. 感應馬達需要一個隨著時間變化其角度的旋轉磁場,才能正常工作。單相感應馬達,則需在啟動時加裝一電容器,利用電容器和馬達電感的相位差使馬達啟動,此電容稱為啟動電容。
5. 信號處理:
i. 儲存在電容中的電力可以用來當作訊號的一種, 將每秒間的電力有無當作訊號, 當做電腦的0與1, 或是藉由訊號的堆積作為音波訊號.
6. 調諧電路:
i. 電容器及電感器在調諧電路中用來選擇固定頻率範圍內的信號。例如,收音機的接收器就利用可變電容器來調整接收的頻率。
7. 其他應用:
i. 感測器應用: 電容器的應用多半不會改變其物理結構,而是利用電容器的特性來改變電壓或電流。不過在固定電壓下,電容器也可用在感測應用上。例如可用電容器測量空氣的濕度。用可撓性的平板製作的電容器則可測量應力或壓力。在電容式麥克風中,電容一端可隨空氣壓力而位移,另一端固定,則可用電容作為聲音的感測器。有些加速計使用晶片上蝕刻的微機電電容來測量加速度的方向及大小。如此用在傾斜儀或汽車安全氣囊的感測器中,測量加速度的變化。
ii. 節拍或是武器應用, 例如雷達, 粒子加速器, 雷射, 電磁場製作. 軍事上常可用來當做炸彈引爆器.
電容的潛在危險及安全性:
1. 在電容充電後關閉電源,電容內的電荷仍可能儲存很長的一段時間。此電荷足以產生電擊,或是破壞相連結的儀器。一個拋棄式相機閃光模組由1.5V AA 乾電池充電,看似安全,但其中的電容可能會充電到300V,300V 的電壓產生的電擊會使人非常疼痛,甚至可能致命。
2. 許多電容的等效串聯電阻 (ESR) 低,因此在短路時會產生大電流。在維修具有大電容的設備之前,需確認電容已經放電完畢。為了安全上的考量,所有大電容在組裝前需要放電。若是放在基板上的電容器,可以在電容器旁並聯一洩放電阻 (bleeder resistor)。在正常使用的,洩放電阻的漏電流小,不會影響其他電路。而在斷電時,洩放電阻可提供電容放電的路徑。高壓的大電容在儲存時需將其端子短路,以確保其儲存電荷均已放電,因為若在安裝電容時,若電容突然放電,產生的電壓可能會造成危險。
3. 大型老式的油浸電容器中含有多氯聯苯(poly-chlorinated biphenyl),因此丟棄時需妥善處理,若未妥善處理,多氯聯苯會進入地下水中,進而污染飲用水。多氯聯苯是致癌物質,微量就會對人體造成影響。若電容器的體積大,其危險性更大,需要格外小心。新的電子零件中已不含多氯聯苯。
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