第5章 电容器的功能与识别检测

5.1 电容器的种类和功能

电容器又简称为“电容”，它是一种可储存电能的元件（储存电荷），根据材质的不同，大体可分为无极性电容器、电解电容器和可调电容器三大类。

5.1.1 电容器的种类特点

1 无极性电容器

无极性电容器是指电容器的两引脚没有正负极性之分，使用时两引脚可以交换连接。大多数情况下，无极性电容器在生产时，由于材料和制作工艺特点，电容量已经固定，因此也称为固定电容器。

常见的无极性电容器主要有色环电容器、纸介电容器、瓷介电容器、云母电容器、涤纶电容器、玻璃釉电容器、聚苯乙烯电容器等。

（1）色环电容器

色环电容器是指在电容器的外壳上标识有多条不同颜色的色环，用以标识其电容量，与色环电阻器十分相似。图5-1所示为典型色环电容器的实物外形。

（2）纸介电容器

纸介电容器是以纸为介质的电容器。它是用两层带状的铝或锡箔中间垫上浸过石蜡的纸卷成筒状，再装入绝缘纸壳或陶瓷壳中，引出端用绝缘材料封装制成。图5-2所示为典型纸介电容器的实物外形。

纸介电容器的价格低、体积大、损耗大且稳定性较差。由于存在较大的固有电感，故不宜在频率较高的电路中使用，常用于电动机起动电路中。

（3）瓷介电容器

瓷介电容器是以陶瓷材料作为介质，在其外层常涂以各种颜色的保护漆，并在陶瓷片上覆银制成电极。

图5-4所示为典型瓷介电容器的实物外形。

（4）云母电容器

云母电容器是以云母作为介质的电容器，它通常以金属箔为电极，图5-5所示为典型云母电容器的实物外形。

云母电容器的电容量较小，只有几皮法（pF）至几千皮法，具有可靠性高、频率特性好等特点，适用于高频电路。

（5）涤纶电容器

涤纶电容器是一种采用涤纶薄膜为介质的电容器，又称为聚酯电容器。图5-6所示为典型涤纶电容器的实物外形。

涤纶电容器的成本较低，且耐热、耐压和耐潮湿的性能都很好，但稳定性较差，适用于稳定性要求不高的电路中，如彩色电视机或收音机的耦合、隔直流等电路中。

（6）玻璃釉电容器

玻璃釉电容器使用的介质一般是玻璃釉粉压制的薄片，通过调整釉粉的比例，可以得到不同性能的玻璃釉电容器。图5-7所示为典型玻璃釉电容器的实物外形。

玻璃釉电容器的电容量一般为10～3300pF，耐压值有40V和100V两种，其具有介电系数大、耐高温、抗潮湿性强、损耗低等特点。

介电系数又称为介质系数（常数），或称为电容率，是表示绝缘能力的一个系数，以字母ε表示，单位为“法/米”。

（7）聚苯乙烯电容器

聚苯乙烯电容器是以非极性的聚苯乙烯薄膜为介质制成的电容器，其内部通常采用两层或三层薄膜与金属电极交叠绕制。图5-8所示为典型聚苯乙烯电容器的实物外形。

聚苯乙烯电容器的成本低、损耗小、绝缘电阻高、电容量稳定，多应用于对电容量要求精确的电路中。

2 电解电容器

目前，常见的电解电容器按材料的不同，可分为铝电解电容器和钽电解电容器两种。

（1）铝电解电容器

铝电解电容器是一种以铝作为介电材料的一类有极性电容器，根据介电材料状态的不同，分为普通铝电解电容器（液态铝质电解电容器）和固态铝电解电容器（简称固态电容器）两种，是目前电子电路中应用最广泛的电容器。图5-9所示为典型铝电解电容器的实物外形。

铝电解电容器的电容量较大，与无极性电容器相比绝缘电阻低、漏电流大、频率特性差，容量和损耗会随周围环境和时间的变化而变化，特别是当温度过低或过高的情况下，且长时间不用还会失效。因此，铝电解电容器仅限用于在低频、低压电路中。

另外，固态铝电解电容器采用有机半导体或导电性高分子电解质来取代传统的普通铝电解电容器中的电解液，并用环氧树脂或橡胶垫封口。因此，固态电容器的导电性比普通铝电解电容器要高，导电性受温度的影响小。

（2）钽电解电容器

钽电解电容器是采用金属钽作为正极材料制成的电容器，主要有固体钽电解电容器和液体钽电解电容器两种。其中，固体钽电解电容器根据安装形式的不同，又分为分立式钽电解电容器和贴片式钽电解电容器，图5-12所示为典型钽电解电容器的实物外形。

钽电解电容器的温度特性、频率特性和可靠性都比铝电解电容器好，特别是它的漏电流极小、电荷储存能力好、寿命长、误差小，但价格较高，通常用于高精密的电子电路中。

3 可调电容器

可调电容器是指电容量在一定范围内可调节的电容器。一般由相互绝缘的两组极片组成，其中，固定不动的一组极片称为定片，可动的一组极片称为动片，通过改变极片间相对的有效面积或片间距离，来使其电容量相应地变化。这种电容器主要用在无线电接收电路中选择信号（调谐）。

可调电容器按介质的不同可以分为空气介质和薄膜介质两种。按照结构的不同又可分为微调可调电容器、单联可调电容器、双联可调电容器和多联可调电容器。

（1）空气可调电容器

空气可调电容器的电极由两组金属片组成，其中固定不变的一组为定片，能转动的一组为动片，动片与定片之间以空气作为介质。其多应用于收音机、电子仪器、高频信号发生器、通信设备及有关电子设备中。

常见的空气可调电容器主要有空气单联可调电容器（空气单联）和空气双联可调电容器（空气双联）两种，图5-13所示为典型空气可调电容器的实物外形。

空气单联可调电容器由一组动片、定片组成，动片与定片之间以空气为介质。

空气双联可调电容器由两组动片、定片组成，两组动片合装在同一转轴上，可以同轴同步旋转。

（2）薄膜可调电容器

薄膜可调电容器是指一种将动片与定片（动、定片均为不规则的半圆形金属片）之间加上云母片或塑料（聚苯乙烯等材料）薄膜作为介质的可调电容器，外壳为透明塑料，具有体积小、重量轻、电容量较小、易磨损的特点。

常见的薄膜可调电容器主要有单联可调电容器、双联可调电容器和四联可调电容器三种，如图5-14所示。

薄膜单联可调电容器是指仅具有一组动片、定片及介质的薄膜可调电容器，即内部只有一个可调电容器，多用于简易收音机或电子仪器中。

薄膜双联可调电容器可以简单地理解为由两个单联可调电容器组合而成，两个可调电容器都各自附带一个用以微调的补偿电容，一般从可调电容器的背部可以看到。薄膜双联可调电容器是指具有两组动片、定片及介质，且两组动片可同轴同步旋转来改变电容量的一类薄膜可调电容器，多用于晶体管收音机和有关电子仪器、电子设备中。

薄膜四联可调电容器是指具有四组动片、定片及介质，且四组动片可同轴同步旋转来改变电容量的一类薄膜可调电容器。内部有四个可调电容器，都各自附带一个用以微调的补偿电容，一般从可调电容器的背部可以看到，多用于在AM/FM多波段收音机中。

5.1.2 电容器的功能

电容器是一种可储存电能的元件（储存电荷），它的结构非常简单，是由两个互相靠近的导体，中间夹一层不导电的绝缘介质构成的。

在现实中，将两块金属板相对平行地放置，而不相接触就构成一个最简单的电容器。如果把金属板的两端分别与电源的正、负极相连，那么接正极的金属板上的电子就会被电源的正极吸引过去；而接负极的金属板，就会从电源负极得到电子。这种现象就叫作电容器的“充电”，如图5-16所示。充电时，电路中有电流流动，电容器有电荷后就产生电压，当电容器所充的电压与电源的电压相等时，充电就停止。电路中就不再有电流流动，相当于开路。

如果将电路中的电源断开（开关S断开），则在电源断开的一瞬间，电容器会通过电阻R放电，电路中便有电流产生，电流的方向与原充电时的电流方向相反。随着电流的流动，两极之间的电压也逐渐降低。直到两极上的正、负电荷完全消失，如图5-17所示。

图5-18所示为电容器的阻抗随信号频率变化的基本工作特性示意图。从图5-18中可知电容器的基本特性。

电容器对信号的阻碍作用被称为“容抗”，电容器的容抗与所通过的信号频率有关，信号频率越高，容抗越小，因此高频信号易于通过电容器；信号频率越低，容抗越大，对于直流信号电容器的容抗为无穷大，直流不能通过电容器。

1 电容器的平滑滤波功能

电容器的平滑滤波功能表现在电容器的充放电过程中，电流波动变缓，这是电容器最基本、最突出的功能。图5-19所示为电容器的滤波功能示意图。

从图5-19中可以发现，交流电压经二极管整流后变成的直流电压为半个正弦波，波动很大。而在输出电路中加入电容器后，电压高时电容器充电，电压低时电容器放电，于是电路中原本不稳定、波动比较大的直流电压变得比较稳定、平滑。

2 电容器的耦合功能

电容器对交流信号阻抗较小，易于通过，而对直流信号阻抗很大，可视为断路。在放大器中，电容器常作为交流信号的输入和输出耦合器件使用，如图5-20所示。该电路中的电源电压V_CC经R_C为集电极提供直流偏压，再经R1、R2为基极提供偏压。直流偏压的功能是给晶体管提供工作条件和能量，使晶体管工作在线性放大状态。

从该电路中可以看到，由于电容器具有隔直流的作用，因此，放大器的交流输出信号可以经耦合电容器C2送到负载R_L上，而电源的直流电压不会加到负载R_L上，也就是说从负载上得到的只是交流信号。电容器这种能够将交流信号传递过去的能力称为耦合功能。

5.2 电容器的检测

5.2.1 无极性电容器的检测

无极性电容器在实际应用中，通常以其电容量等基本性能参数体现其电路功能，因此，对无极性电容器进行检测，可使用数字万用表对其电容量进行粗略测量，来判断其性能大致状态，也可使用专用的电感电容测量仪对电容量进行精确测量，用来精确判断电容器的性能。

下面，将以几种典型的无极性电容器为例，分别采用数字万用表粗略测量和电感电容测量仪精确测量法进行检测训练。

1 使用数字万用表检测无极性电容器的训练

检测无极性电容器的性能，通常可以使用数字万用表对无极性电容器的电容量进行测量，然后将实测结果与无极性电容器的标称电容量相比较，即可判断待测无极性电容器的性能状态。

如图5-21所示，以聚苯乙烯电容器为例，首先，通过对待测聚苯乙烯电容器的标称电容量进行识读，并根据识读数值设定数字万用表的测量档位。

然后，连接数字万用表的附加测试器，并将待测电容器插入附加测试器的电容测量插孔中进行检测，如图5-22所示。

正常情况下，聚苯乙烯电容器的实测电容量值应与标称电容量值接近；若偏差较大，则说明所测电容器性能失常。

2 使用电容测量仪检测无极性电容器的训练

一些电路设计、调整或测试环节，需要准确了解无极性电容器的具体电容量，用万用表无法测量时，应使用专用的电容测量仪对无极性电容器的电容进行检测。

如图5-23所示，以瓷介电容器为例，首先，通过待测瓷介电容器的标称电容量进行识读，并根据识读数值初步设定电容测量仪的相关测量档位信息。

然后，将电容测量仪的测量端子与待测瓷介电容器的两只引脚进行连接，开始测量并读取数值，如图5-24所示。

若所测电容器显示的电容量数值等于或十分接近标称容量，可以断定该电容器正常；若所测电容器显示的电容量数值远小于标称容量，可以断定该电容器性能异常。

5.2.2 电解电容器的检测

检测电解电容器时，可使用万用表分别检测其充放电情况及电容量是否正常。

1 电解电容器充放电情况的检测方法

使用指针万用表检测有极性电解电容器，主要是使用指针万用表的欧姆档（电阻档）检测电容器的阻值（漏电电阻），根据测量过程中指针的摆动状态大致判断待测有极性电容器的性能状态。

以铝电解电容器为例，如图5-25所示，首先确定待测铝电解电容器的引脚极性，并根据电容量、耐压值等标识信息判断该电容器是否为大容量电容器，若属于大容量电容器需要进行放电操作。

接着，将万用表调至“×10k”欧姆档，将万用表的两只表笔分别搭在电容器的正负极上，分别检测其正、反向漏电电阻，如图5-26所示。

正常情况下，在刚接通的瞬间，万用表的指针会向右（电阻小的方向）摆动一个较大的角度。当指针摆动到最大角度后，接着指针又会逐渐向左摆回，直至指针停止在一个固定位置（一般为几百千欧），这说明该电解电容器有明显的充放电过程，所测得的阻值即为该电解电容器的正向漏电阻值，正向漏电电阻值越大，说明电容器的性能越好，漏电电流也越小。

反向漏电阻值一般小于正向漏电电阻值。

若测得的电解电容器正、反向漏电电阻值较小（在几百千欧以下），则表明电解电容器的性能不良，不能使用。

若指针不摆动或摆动到电阻为零的位置后不返回，以及刚开始摆动时摆动到一定的位置后不返回，均表示电解电容器性能不良。

2 电解电容器电容量的检测方法

使用数字万用表检测有极性电容器，主要是使用数字万用表的电容量测量功能对待测有极性电容器的电容量进行测量，然后将实测结果与标称值相比对，来判断电容器的性能。

以钽电解电容器为例，如图5-28所示，检测前，首先识读待测钽电解电容器的标称电容量，并根据选择或设定数字万用表的测量档位。

接着，用万用表电容量测量功能检测钽电解电容器的电容量即可，如图5-29所示。

5.2.3 可调电容器的检测

对可调电容器进行检测，一般采用万用表检测其动片与定片之间阻值的方法判断性能状态。不同类型可调电容器的检测方法基本相同，下面以薄膜单联可调电容器为例进行检测训练。

检测前，首先明确薄膜单联可调电容器的定片与动片引脚，将万用表置于“×10k”欧姆档，为检测操作做好准备，如图5-30所示。

接着，将万用表的红、黑表笔分别搭在薄膜单联可调电容器的动片和定片引脚上，此时旋动薄膜单联可调电容器的转轴，通过万用表指示状态即可判断该电容器的性能，如图5-31所示。