电子元器件简介——电容与电感篇

电容器

  电容器（capacitor），简称电容，是一种由电介质分隔的两个导体构成的基础元器件。

电容特性—隔直通交

  “隔直”是隔离直流信号，“通交”是通过交流信号，这是电容一个最本质的特性。

电容的容量

  电容的容量描述的是电容存储电荷的能力，容量越大，表明电容能存储的电荷越多。单位法拉（farad），用字母“F”来表示。其他单位为：
1F=103mF
1mF=103µF
1µF=103nF
1nF=103pF
  如果在电容两端的电压超过额定电压，电容烧毁的。电容的额定电压一般都会标记在其外壳上。
  漏电流描述的是其漏过电流的大小。电容两管脚之间一定存在一定的漏电流，这个漏电流一般比较小，只有数µA。
  无极性电容的种类：瓷片电容（ceramic）、云母电容（mica）、涤纶电容（polyester）、镀金属塑料膜电容（metallised plastic film）、聚丙烯电容（polypropylene）、纸介电容（paper）等。

  极性电容（器）与非极性电容的最大区别在于管脚有正、负极之分，在电路中不能混用。

  极性电容除了隔直通交特性外，更多体现的是储能特性。在图中，充电之后的电容存储电荷，断开开关，电容和电阻形成一个闭合的环路，电容开始向电阻放电，金属板间电压降低，至0V时放电停止，电路中电流消失。在放电过程中，电容好像一个电池，向电路提供电流，这就是电容的储能特性。
  极性电容的种类
  铝电解电容（aluminium electrolytic），简称铝电解，是一种最为常用的极性电容。
   钽电解电容（tantalum），简称钽电解，是另一种极性电容。它与铝电解相比，具有较高的稳定性、较小的误差、较小的漏电流等特点。


  与电阻不同，流经电容的电流与电压并不是简单的线性关系，而是用以下这个公式来计算：

  dV/dt表示的是电容两端电压的变化率，C是电容的容量。假如在容量为1000µF的电容两端出现如图示的电压变化，于是dV/dt=10。可得电容的电流大小为：
  容抗，描述的是电容对信号的阻碍作用，一般用“XC”来表示。容抗它不但取决于电容的容量，还受制于信号的频率。容抗的计算式为：

  其中，f为信号的频率，C为电容的容量。当f的单位为Hz，C的单位为F时，XC的单位为Ω。假如有一个50Hz的交流信号经过容量为100µF的电容，则容抗为：

  相移（phase shift）描述的是信号相位的改变。当有一个正弦信号通过电阻时，电阻两端的电压和电流会同时达到峰值，称之为电压与电流同相（in phase）。当正弦信号通过电容时，电容两端的电压与电路中的电流的变化并不同步。当电流达到最大值时，电压却为0V，反之亦然。电容两端的电压与电流之间有90°的相差，并且电流领先于电压的变化。

滤波器

  滤波器（filter）是一种去掉输入信号中某一特定频率段成分的电路。








  电感器（inductor），简称电感，它实际上就是一个线圈，线圈可以是空心的，也可以绕制在某些磁性材料上。

电感器特性
  “阻交”是阻止交流信号，“通直”是导通直流信号，这是电感一个最本质的特性，与电容的特性隔直通交正好相反。
电感把电流转换成磁场的能力使用电感量（inductance）来描述，电感量的单位是亨利（henry），简称亨，用字母“H”来表示。
1H=103mH=106µH

电感数值的判断

（也可以直接采用万用表测量）
  电感有芯与否对电感量的影响至关重要，要想让电感达到10H的电感量，需要把线圈绕制在适当的铁芯或其他铁磁材料芯上。给电感增加芯可以有效提高磁通量，从而在有限的尺寸下制成更大电感量的器件。
  如果电感的芯是铁氧体材料就可以在高频电路中使用，比如收音机的磁棒天线。铁氧体芯可以极大的提高电感的电感量。比如一个空芯电感的电感量为1mH，当加入一个铁氧体芯后电感量可以升至约400mH。

  电感对交流信号的反抗作用用感抗（inductive reactance）来描述，用“XL”来表示：

  假如有一个频率50Hz的信号经过电感量为10H的电感，则感抗为：

  直流信号的频率f为0Hz，因此电感对直流信号电阻为0Ω，这也就是为什么直流信号可以顺利通过电感。　
  由于电感对交流信号的反抗作用，一开始电流为0A，电感两端的电压为最大值。之后，电感中电流开始逐渐增大，而电压减小，电流的变化滞后于电压的变化，它们之间有90°的相差。
  绕制电感的漆包线存在一定的电阻，所以制成的电感具有阻抗。电流通过时有一部分被转换成了热量。品质因数Q描述电感的品质。Q等于某一频率下电感感抗与阻抗的比值：

  如果Q越大，表明电感的性能越接近理想状态，电能的损耗也就越小。

电感的种类

电感的串并联与电阻串并联等效
电容的串并联与电阻并串联等效

LC并联电路

  LC并联电路允许接近谐振频率fo的信号通过。
  电感与电容相反的特性，使得LC并联电路在输入信号Vin达到谐振频率（resonance frequency）时，其阻抗表现为无穷大，LC并联电路相当于断开。谐振频率的计算式为：

  谐振频率：当LC并联电路的输入信号Vin的频率接近谐振频率f0时，电路所表现的阻抗最大，对输入信号Vin的影响最小。我们说LC并联电路允许频率接近谐振频率f0的信号通过。
  而当输入信号Vin的频率远离谐振频率f0时，LC并联电路的阻抗相对较小，此时LC并联电路就好像短路一样，对输入信号Vin有较大的影响。
  结论是：LC并联电路允许频率等于谐振频率f0的信号通过，而衰减频率不等于谐振频率f0的信号。

LC串联电路

  LC并联电路阻止接近谐振频率fo的信号通过。
  如果把电感和电容串联在一起，构成了一个LC串联电路，它与LC并联电路具有相反的特性。

变压器

  变压器（transformer）通过线圈的互感实现电能从一个线圈向另一个线圈的传递。

  初级线圈和次级线圈两端的电压之比等于线圈的匝数比，其公式为：

  VP为初级线圈两端电压，VS为次级线圈两端电压，nP为初级线圈匝数，nS为次级线圈匝数。比如某变压器初级线圈nP=200匝，次级线圈nS=11匝，则当初级电压为VP=220V AC时，次级电压VS为：

  变压器的输入功率Pp应当等于输出功率Ps，即：Pp=Ps电源变压器（mains transformer）实现交流电压的变换。在选购变压器时首要考虑的参数就是初级和次级的电压。
  另一个变压器参数是额定功率。如图示的电路，我们可以估计它的工作电流一般不会超过10mA，所以电路的消耗功率：P=VI=9V×10mA<1W于是选择次级9V、额定功率为1W的电源变压器

变压器的种类

  立式和环形两种电源变压器。立式或环形电源变压器都有单绕组和双绕组之分。

  音频变压器（audio transformer）是工作于信号在音频频率范围内（20Hz~20000Hz）的变压器。
  中频变压器（IF transformer ）也称为中周，常常用在超外差式收音机和电视机的中频放大电路中。

自制电感

PS：未完待续，嘻嘻嘻。