项目3-识别与检测电容器.doc

_项目三 识别与检测电容器知识目标1.理解电容器充电与放电电路的工作原理。2.掌握电容器的参数、种类和特性。2.掌握万用表测量电容器质量的方法。技能目标1.能使用面包板搭接电容器充电与放电电路。2.能识别电容器以及使用万用表检测电容器质量。3.能用万用表检测电容器充电与放电电路的充电过程、放电过程。4.能检修电容器充电与放电电路，排除电路故障。项目描述几乎所有的电子产品都用到了储能元件-电容器，电容器的基本功能是充电和放电。本项目通过面包板搭接一个电容器充放电电路来认识与检测电容器，并用万用表检测电路工作过程。电容器充电与放电电路原理图如图3.1所示。电路中电容器能储存电荷，可当作临时电源使用。其工作原理是：当开关S拨动到“3”位置时，电池通过发光二极管LED1、电阻R1向电容器C“倒电荷”(即充电)，刚开始电容器C两端电压为零，回路电流最大，但随着时间推移，电容器两端电压升高，充电电流减小，当电容器两端电压与电池电压几乎相同时，回路电流为零,回路电流变化情况通过发光二极管LED1反映出来。当开关S从“3”位置拨动到“2”位置时，已装满电荷的电容器C通过负载R2、LED2慢慢消耗掉(即放电)，回路电流从最大到为零，通过发光二极管LED2反映出来。 图3.1 电容器调光电路原理图任务1 识别、检测电容器充放电电路的元器件任务描述如图3.1所示，电容器充电与放电电路使用到电池、电阻、发光二极管、开关和电容器，该任务主要识别、检测电容器。 实践操作器材准备： 2K 1/4W 电阻2只、红色5发光二极管1只、绿色5发光二极管1只、自锁开关1只、2200uF/50V电容器1只，9V叠层电池1节；MF47万用表1台，SYB-120面包板1块 。1.认识电解电容器本项目增加的元件是电容器中的一种电解电容器，它有正极、负极之分，使用时一定注意。其实物外形、电路符号与内部结构如图3.2所示。外壳上标示的“2200uF/50V”表示该电解电容器的电容量为2200uF，耐压为50伏。从内部结构图可见电容器的两极间是相互绝缘的。长脚为正极短脚为负极负极标示 （a）电容器外形 （ b）电解电容器电路符号和文字符号 （c）电容器内部结构 图3.2 电容器外形、结构与电路符号 2.检测电容器指针万用表欧姆档估测电容器容量、漏电性能、极性、储能情况第一步：C 选择合适档位。指针万用表转换开关置于R100挡。第二步：C 欧姆调零。两表笔短路，调节欧姆调零电位器，使指针指在0处。第三步：C 测量正向漏电阻。先短路电容器两引脚，使其放电。再如图3.3所示，黑笔接电容器正极，红表笔接电容器负极（且两表笔接触电容器两引脚始终不动），可观察到：红笔接负极黑笔接正极图3.3 检测电解电容器的质量 在刚接触的瞬间，万用表指针立即向右偏转较大幅度，然后慢慢向左回转，直到停在某一位置不动（即正向漏电阻）。 指针的偏转角度反映了电容器的容量大小。2200uF的电容器向右偏转角度是很大的，若偏转较小说明容量减小了，需更换。 指针向左回，最后停止不动的阻值，反映了电容器的正向漏电阻。即电容器的漏电性能。此阻值一般应大于500千欧以上，最好是，就表示电容器漏电性能好，该阻值较小说明电容器漏电，不能使用。第四步：C 测量电容器的储电情况。电解电容器正向充电后，将万用表转换在2.5V直流电压档，红表笔接电容器正极，黑表笔接电容器负极，可观察到电容器两端有电压，说明电容器可以存储电能。第五步：C 测量反向漏电阻判断极性。短路电容器两引线放掉电荷，交换两表笔（即红笔接电容器正极，黑表笔接电容器负极）测试电解电容，最后指针停止不动指示的阻值就为电容器的反向漏电阻，一般比正向漏电阻小，用此方法可判断电解电容器的正、负极。任务1操作评价 将你识别、检测电容器充电与放电电路元器件的有关数据填入表3.1中。每空1分，共20分。表3.1 认识、检测电容器充放电电路的元器件代号元件名称规 格外形示意图（有极性需标示）检 测表挡位测 量 结 果R1 R2色环电阻0.25W 2K（色）实测阻值：LED1发光二极管5红色正向阻值： 反向阻值：LED2发光二极管5绿色正向阻值： 反向阻值：VCC电池9V叠层电池实测电压值：C电容器2200uF/16V正负极判别： 质量检测：S自锁开关 8mm8mm动合端： 动断端： 任务2 搭接电容器充电与放电电路任务描述将电阻、发光二极管、自锁开关、电容器按图3.1所示关系搭接在面包板上，接通电源后通过开关能控制电容器的充电过程和放电过程；并由红色发光二极管亮度变化反映充电过程，由绿色发光二极管亮度变化反映放电过程。实践操作器材准备：表3.1所示的元器件、有鳄鱼夹的电池扣1套、SYB-120型面包板1块、MF47型万用表1台。1.搭接电路第一步：C 观察面包板结构，分析如何布局便于后面测试。第二步：C 依据图3.1原理关系连接电路，其连接关系示意图可参考图3.4所示。可见有两个回路，一个回路是LED1、R1、S常开两脚与电解电容器C串联；第二个回路是电解电容器C、S常闭两脚、R2和LED2串联。注意发光二极管的正负极，电容器的正负极，自锁开关的常开两引脚用于控制充电回路，自锁开关的常闭两引脚用于控制放电回路。 图3.4 电容器充电与放电电路连接示意图第三步：C 在面包板上搭接电路。搭接后的电路如图3.5所示。充电指示发光二极管放电指示发光二极管电解电容器图3.5 搭接的电容器充电与放电电路第四步：C 检查无误后，接通电源，电源正极接LED1的正极，电源负极接电容器C的负极。按下按钮S，你看到什么现象？过一段时间再按一下按钮S，你又看到什么？过一段时间再按一下按钮S，还能看到什么现象？2.电路功能调试电容器充电与放电电路实现的功能是：正确接通电源后，按下S按钮，可见LED1发出红光，尔后慢慢熄灭；再按一下按钮S，LED2发出绿色光，后又慢慢熄灭；如此反复。电路搭接后可能不能成功，需仔细对照电路图检查及分析故障，排除故障。其常见故障及可能原因如表3.2所示。表3.2 电容器充电与放电电路常见故障及可能原因故障现象可能原因LED1不发光 LED1接反； 电路有未接通之处。LED2不发光 LED2接反； 电路有未接通之处 ；按下开关S时LED2发光，弹起时LED1发光开关S常开常闭组接反，重新调换一下。充电时LED1一直发光不灭，放电时LED2能灭电容器极性接反任务2操作评价 你搭接的电路接通电源后有什么现象？按下开关S和弹起时你看到什么？ 10分 按下开关S时，刚开始LED1发出红色光，后来又慢慢熄灭，是何道理？ 10分 检查搭接的电路并回答以下两个问题，电路搭接成功10分，每个问题10分，共30分。任务3 检测电容器充电与放电电路任务描述使用指针万用表检测在按下开关S时回路电流变化情况以及电阻R1、电容器C两端电压变化情况；再使用指针万用表检测在弹起开关S时回路电流变化情况以及电阻R2、电容器C两端电压变化情况。从而加深对电容器充放电电路工作原理的理解。实践操作器材准备：任务2搭接成功的电容器充电与放电电路、MF47型万用表1只1. 测量电容器的充电电流和放电电流第一步 C 如图3.6所示，将电阻R1与LED1之间断开，万用表转换开关置于5mA档，两表笔分别串接在断口处，红笔接高电位，黑笔接低电位。第二步：C 接通电源，按下开关S，可观察到刚按下S瞬间指针所指电流大约为3.5mA，然后指针慢慢向左回到0mA，记录充电回路电流变化情况于表3.3中。（短路LED1可加快充电速度）指针偏转5mA档按下S按钮LED1电阻R1图3.6 电容器充电时某一瞬时电流 第三步：C 将电阻R2与LED2之间断开，万用表打在5mA档，两表笔分别接在R2与LED2的断口处，接通放电回路。弹起开关S，可观察到刚弹起S瞬间指针所指电流大约为3.5mA，然后指针慢慢向左回到0mA，记录放电回路电流变化情况于表3.3中。2. 测量充电过程电容器、电阻端电压第一步 C 如图3.7所示，重新连接好电路，使电路复原。把万用表转换在直流电压10V档，红表笔接电容器正极，黑表笔接电容器负极。第二步 C 按下开关S，观察万用表指针变化情况，记录电容器两端电压于表3.3中。万用表置于10V档两表笔并接于电容器两端图3.7 测量电容器两端某一瞬时电压第三步 C 弹起开关S，放掉电容器的电荷（或用金属直接短路电容器两引脚放电）。把万用表转换在直流电压档10V，两表笔并接在电阻R1两端，按下开关S，观察万用表指针变化情况，记录R1两端电压变化情况于表3.3中。3. 测量放电过程电容器、电阻端电压第一步：C 万用表在10V档，两表笔并接在电容器两端。充电完后弹起开关S，观察电容器两端电压变化情况，将测量结果填入表3.3中。第二步：C 万用表在10V档，两表笔并接在电阻R2两端。电容充电完后弹起开关S，观察电阻R2两端电压变化情况，将测量结果填入表3.3中。 表3.3 电容器充电和放电时电路电流、电压变化情况测量项目电路中电流i的变化范围电阻两端电压uR的变化范围电容器两端电压uC的变化范围按下开关S时，电容器的充电过程4mA0 mA6V0V0V6V弹起开关S时，电容器的放电过程4mA0 mA5.5V0V6V0V4. 分析电路分析1：电容器在充电过程中，电路中的电流为什么开始最大，最后变为零？这是因为充电开始电容器内无电荷，两端无电压，电源正极与电容器正极板之间存在较大的电位差，几乎电源电压全部加在电阻R和LDE1两端，故刚充电开始电流较大，二极管LED1较亮；随充电进行，电容器内储存的电荷增加，电容两端电压升高，逐渐接近电源电压，而电阻两端电压逐渐为零，故充电电流会越来越小，直到为零，二极管LED1就逐渐熄灭。 分析2：电容器在放电过程中，电路中的电流为什么开始最大，最后变为零？这是因为充电结束后电容器内储存了电荷，两端电压较高。在放电开始，电容器两端电压仍较高，全部电压加在电阻R2和LED2上，回路电流最大，LED2最亮，随放电进行，电容器内的电荷逐渐被电阻R2消耗掉，此时放电结束，回路电流就为零，二极管LED2熄灭。充电和放电是电容器的基本功能。任务3操作评价 通过操作，将你检测电路的数据填入表3.3中，表中每空2分，共12分。并回答下面3个问题，1小问7分，2、3小问均8分。总共35分想一想：（23分）1. 电容器C充电后，两端有电压存在说明了电容器是一种什么元件？ 2. 电阻R1与电容器C两端电压在充电过程中为什么变化是相反？ 3. 电阻R2与电容器C两端电压在放电过程中为什么都是从最大变到零？ 项目实训评价 搭接与检测电容器充电与放电电路操作综合能力评价如表3.4所示。 表3.4 项目成绩评价表评 定 内 容配分评定标准小组评分教师评分任务120表3.1中，错1空扣1分。完成时间任务2301.电路搭接不成功扣10分；2.回答问题基本正确扣5-10分。完成时间任务3351.表3.3中，错1空扣2分。2. 回答问题基本正确扣3-7分。完成时间安全文明操作51.工作台不整洁，扣1-2分；2.违反安全文明操作规程，扣1-5分。表现、态度10好，得10分；较好7分；一般4分，差0分总 得 分 C 知识链接 电容器电容器通常简称电容，用字母C表示。是“装电的容器”，一种容纳电荷、储存电能的元件。利用电容充电、放电和隔直流通交流的特性，广泛应用于隔直、耦合、旁路、滤波、去耦、调谐回路等方面。1电容器分类、符号和外形电容器的种类较多，可按介质材料、结构和形状进行分类，如图3.7所示。从形状上看电容器有圆片形、柱形、矩形和片状电容。片状电容因体积小、无引线、内部电感小、损耗小、高频特性好、耐潮性好、稳定性可靠性高，广泛应用在现代SMT技术中。 图3.7 电容器分类几种电容器电路符号如图3.8示。 (a) 电容器一般符号 (b) 电解电容器 (c) 可变电容器 (d)微调电容器 (e)双联可变电容 图3.8 几种电容器电路符号电解电容一般是有极性的，它的极性（常标出负极“”）标示在外壳上，对新电容器，长脚是正极，短脚是负极。胆电解电容在外壳上直接标示“+”明示正极，柱形贴片电解电容器在外壳上用黑色阴影表示负极，片状电解电容器在元件本体的一端用反色条表示负极。值得一提还有变容二极管，在应用中相当于可变电容使用。如图3.9的（ao）所示为常见电容器的外形。负极正极负极 （a） 铝电解电容器 （b）胆电解电容器 （c） 柱形贴片电解电容器负极 （d） 片状贴片电解电容器 （e）片状贴片电容器 （f）高频瓷介电容（CC） （g）聚丙稀电容（CBB） （h）聚酯电容（CL）或涤纶电容 （i）聚苯乙烯电容（CB） （j）独石电容 （k）双联可变电容 （l）微调电容器 （m）薄膜复合电容 （n）变容二极管 （o）云母电容 图3.9 常见电容器的外形2电容器的命名方法根据中国国家标准GB2470- 81和GB2691-81电子设备用电阻器、电容器型号命名方法，国产电容器的型号一般由四部分组成（不适用于压敏、可变、真空电容器）。依次分别代表名称、材料、分类和序号。见表3.5所示。进口电容器一般有六项组成，可查相关资料。表3.5 电容器命名方法和各部分的意义第一部分：主称第二部分：介质材料第三部分：特征、分类第四部分符号意义符号意义符号意义符号意义序号瓷介云母有机性电解电容对于材料相同可互换的，给同一序号。影响互换的，在序后面再用大写字母作区别代号。C电容A钽电解质O玻璃膜1圆片非密封密封箔式B聚苯乙烯等Q漆膜2管形非密封非密封箔式BB聚丙稀S聚碳酸酯3叠片密封密封烧结粉固体C高频瓷T低频瓷4独石密封密封烧结粉固体D铝电解质V云母纸5穿心E其它材料Y云母6支柱G合金电解质Z纸介7无极性H复合介质8高压高压高压I玻璃釉9特殊特殊J金属化纸G高功率L涤纶T叠片式N铌电解质W微调电容举例说明： （ 圆片形微调瓷介电容器） （序号）（分类）微调 （材料）高频瓷 （主称）电容器 如：CD71-无极性的铝电解电容器 3.电容器的主要参数电容器在使用中的主要参数是标称容量、允许偏差和额定直流工作电压等。(1)电容器的标称容量和允许偏差电容量是表示电容器在一定工作条件下储存电能的能力。电容器的允许偏差（也称误差）是实际电容量和标称电容量允许的最大偏差范围。一般瓷介、云母、玻璃釉、高频有机膜电容的允许误差较小，而电解电容、纸介电容误差较大。其标志方法有直标法、文字符号标法和数码法、色标法等四种，读法与电阻容器相同，单位是用皮法(pF)表示的。单位有法拉（F）、微法（F）、纳法（nF）和皮法（pF）等表示。单位之间的换算关系是：法拉10微法=109纳法1012皮法。例如：文字符号标法和数码法综合标示的电容器，标示为“2A473k”2A表示耐压为100V， 473表示电容量为47000pF（0.047uF），K表示误差为10% 。标示为“2G103J”2G表示耐压为400V，103表示电容量为10000pF（0.01uF），J表示误差为5% 。标示为“10nJ63”63表示耐压为63V，10n表示电容量为10nF（即0.01uF），J表示误差为5% 。 电容量的大小反映了对交流阻碍作用容抗：XC=1/2fC，可见电容的容抗大小与电容量C和交流电的频率f成反比。因此要根据实际电路工作频率及用途来选择电容器容量大小。涤纶电容的耐压，一般采用一个数字和一个字母组合而成，数字表示10的幂指数（10n），字母表示数值，单位为伏特（V）。耐压=字母10数字字母的含义：A-1.0 B-1.25 C-1.6 D-2.0 E-2.5 F-3.15 G-4.0 H-5.0 J-6.3 K-8.0 Z-9.0。 如：2J103J中的“2J”表示6.3102=630（V）。 (2)额定直流工作电压额定直流工作电压(又叫耐压)，指电容器在电路中长期工作所能承受的最高直流工作电压。在直流电路中，工作电压不能超过这个值，在交流电路中，交流电压最大值不能超过这个值，否则会被击穿损坏。对于结构、介质、容量相同的器件，耐压越高，体积越大。电容器的额定工作电压有：6.3V，10V，16V，25V，63V，100V，160V，250V，400V，630V，1000V，.。有些小型的电解电容器，在正极引线的根部用颜色来表示其工作电压：6.3 V用棕色、10用红色、16用灰色表示。4.贴片电容器贴片电容器又称多层片式陶瓷电容器，其封装（尺寸）形式与贴片电阻相同，典型产品有片状陶瓷电容、片状胆电解电容和无极性电解电容，片状陶瓷电使用量最大，其容量范围为1pF0.047uF，片状胆电容的容量范围为0.1uF100uF。 就AVX公司生产的贴片电容，按填充介质不同有NPO电容器、X7R电容器、Z5U电容器、Y5V电容器，它们的特性不同，应用场合也不同。贴片电容器命名方法可到AVX网站上找到，不同的公司命名方法可能略有不同。5.电容器的检测电容器常见故障有开路损坏、击穿短路损坏和漏电、电容量减小、介质损耗增大等质量判定，可以用指针万用表进行质量检测。 （1）电容的检测1)万用表判别电容的容量数字式万用表一般都有测试电容容量的功能，将表的功能开关置于相应档位，被测电容插入CX插座内，就能粗略测量电容量大小，只要电容器的容量在其标称和误差范围内，说明电容器基本正常可用。利用电容器的充电特性，可用指针式万用表欧姆档检测其容量和绝缘电阻，如图3.10。3.10(b)为检测原理电路，当两表笔接触电容器的两电极，表内电池E通过内阻向C充电。刚接通时充电流为最大，表针迅速向右偏转一个明显的角度。随着电容充电，充电电流逐渐减小，表针又向左返回。从表针的偏转角度大小可粗略判测电容器电容量的大小，电容量越大，表针向右偏转角度越大，有时冲过零欧姆。两个相互靠近又绝缘的导体就构成了电容器，因此表针向左摆动最后所指电阻值，就是电容器的绝缘电阻，该电阻越大越好。 (a) 万用表测电容 (b) 万用表测电容的原理图3.10 万用表测电容器原理用指针式万用表电阻挡测量时，为了使得表针偏转角度更大一些，一般对于1F以下电容器可选用R10K档来测量。测试中对5000pF以下的电容，可见表针应几乎不动，为正常；对5000pF1F的电容，可见表针应微微动一下，后回到，为正常。对1F至50F的电容，可用R1K挡进行测量；测试中开始指针向右偏转，后指针慢慢向左返回，最后应接近，为正常。对50F以上可用R100挡或R10挡来测量；测试中开始指针向右较大偏转，后指针慢慢向左返回，最后应接近，至少为几百千欧以上才为正常。2)万用表检测电容器好坏若5000pF以上电容器测试时无充电现象，说明电容器开路。测得电容绝缘电阻为零或很小，说明内部短路或击穿损。测量中应注意，对于有极性的电解电容，指针万用表的黑表笔应接电容器的正极，红表笔接电容的负极进行测量，最后指针所指阻值为正向漏电阻，就为电容器绝缘电阻，该电阻越大，说明电容器性能越好。而两表笔接反后，所测电阻为反向漏电阻，一般比正向漏电阻小。3)可变电容器的检测用手轻轻旋动转轴，应感觉十分平滑，不应感觉有时松时紧甚至有卡滞现象。将转轴向前、后、上、下、左、右等各个方向推动时，转轴不应有松动的现象。将万用表置于R10k挡，两个表笔分别接可变电容器的动片和定片的引出端，同时用手旋动转轴几个来回，万用表指针都应在无穷大位置不动。在旋动转轴的过程中，如果指针有时指向零，说明动片和定片之间存在短路点；如果碰到某一角度，万用表读数不为无穷大而是出现一定阻值，说明可变电容器动片与定片之间存在漏电现象。若要对电容器容量和介质损耗等参数进行精确的测量，则要用电桥或Q表等进行测量。示负极，片状电解电容器在元件本体的一端用反色条表示负极。值得一提还有变容二极管，在应用中相当于可变电容使用。如图3.9的（ao）所示为常见电容器的外形。做一做1.识别与检测6种以上不同类型的电容器，将结果记录于表3.6中。（使用指针万用表MF47检测） 表3.6 识别、检测各种电容器编号电容器名称识 别 情 况检 测 情 况外形示意图（有极性需标记）介质材料标称容量耐压（V）误差有无极性万用表挡位绝缘电阻指针偏转情况1铝电解电容10uF50V铝电解10uF50V/有R1K黑笔接电容器正极，红笔接负极，开始向右偏转15%，后回2独石电容224独石0.22 uF/无R10K开始向右微偏，后回3瓷片电容151陶瓷150 PF/无R10K一直不动4涤纶电容2A222J涤纶2200PF100V5无R10K一直不动5CBB电容CBB22 400V 105J聚丙稀1uF400V5无R1K开始向右偏5%，后回6贴片电容100n陶瓷0.1 uF/无R10K开始向右微偏，后回例如高压瓷片电容器陶瓷220PF2KV10无R10K一直不动正常 2.使用数字万用表DT9205的电容测试档检测第1题中6个电容器的电容量，结果填入表3.7中。表3.6 数字万用表检测各种电容器容量电容器1 铝电解电容2 胆电解电容3 瓷片电容4 涤纶电容5 CBB电容6 贴片电容万用表档位实测值想一想1.电容器在电路中起什么作用？2.电容器两端电压为什么不可突变？ 3.如何检测电容器的容量及好坏？Welcome ToDownload !欢迎您的下载，资料仅供参考！精品资料