项目3-识别与检测电容器.doc

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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： 2KΩ 1/4W 电阻2只、红色Φ5发光二极管1只、绿色Φ5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R×100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0Ω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）。
① 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。
② 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 2KΩ
（色）

实测阻值：
LED1
发光二极管
Φ5红色

正向阻值： 反向阻值：
LED2
发光二极管
Φ5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
8mm×8mm

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

① LED1接反；
② 电路有未接通之处。
LED2不发光
① LED2接反；
② 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
① 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
② 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
4mA→0 mA
6V→0V
0V→6V
弹起开关S时，电容器的放电过程
4mA→0 mA
5.5V→0V
6V→0V
4. 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1
20
表3.1中，错1空扣1分。
完成时间

任务2
30
1.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3
35
1.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
5
1.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（a～o）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： Ｃ Ｃ Ｗ １ （ 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（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）等表示。
单位之间的换算关系是：１法拉＝10６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=1/2πfC，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6.3×102=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、10Ｖ用红色、16Ｖ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1pF～0.047uF，片状胆电容的容量范围为0.1uF～100uF。
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1μF以下电容器可选用R×10K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5000pF～1μF的电容，可见表针应微微动一下，后回到∞，为正常。
对1μF至50μF的电容，可用R×1K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50μF以上可用R×100挡或R×10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R×10k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（a～o）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
10uF
50V
/
有
R×1K
∞
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
R×10K
∞
开始向右微偏，后回∞

3
瓷片电容
151
陶瓷
150 PF
/
/
无
R×10K
∞
一直不动

4
涤纶电容
2A222J
涤纶
2200PF
100V
±5％
无
R×10K
∞
一直不动

5
CBB电容
CBB22 400V
105J
聚丙稀
1uF

400V
±5％
无
R×1K
∞
开始向右偏5%，后回∞

6
贴片电容
100n
陶瓷
0.1 uF
/
/
无
R×10K
∞
开始向右微偏，后回∞

例如
高压瓷片电容器

陶瓷
220PF
2KV
±10％
无
R×10K
∞
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？

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