什么是空气电容器?

出处:维库电子市场网 发布于:2024-07-04 16:57:42

  空气电容器是使用空气作为电介质的电容器。简单的空气电容器由两个导电板组成,中间有一个气隙。空气电容器可以制成可变或固定电容形式。固定电容空气电容器很少使用,因为还有许多其他具有优异特性的类型。可变空气电容器由于其结构简单而更常用。它们通常由两组半圆形金属板组成,中间有一个气隙。一组是固定的,另一组连接到轴上,用户可以旋转组件,从而根据需要改变电容。两组板之间的重叠越大,电容越高。当两组板之间的重叠时,电容,而当没有重叠时,电容。

  可变空气电容器动画
  可变空气电容器用于需要改变电容的情况。它们有时用于谐振电路,例如无线电调谐器、混频器或天线阻抗匹配应用。可变电容器的另一个用途是在电子电路设计原型制作时。有时,通过反复试验找到合适的电容值比计算更容易。
  空气电容器定义
  空气电容器是使用空气作为位于导电板之间的电介质的电容器。
  特征
  材料的介电常数值是衡量在给定电压下材料中储存的电能量的指标。由于电容器是用于储存电能的设备,因此介电常数越高越好。但空气的介电值大约等于真空的介电值,这是材料可能达到的介电常数,等于 ε o  = 8.854 * 10 -12 F/m。这意味着为了实现大电容值,需要物理上很大的电容器。另一个重要因素是介电强度。介电强度限制了可施加到材料上的电压,超过该电压材料将失去绝缘体和介电特性,开始像导体一样工作。空气的介电强度不如许多其他材料,这使得空气电容器不适合高电压。
  空气电容器的电容很小,通常在 100pF 和 1nF 之间。工作电压取决于电容器的物理尺寸。高工作电压要求极板之间的距离足够大,以避免空气发生电击穿。如果发生击穿,极板之间会产生火花,电容器将无法正常工作,甚至可能被电弧损坏。因此,在较高电压下工作的电容器通常体积较大,以便在极板之间留出足够的空间。典型的工作电压在几十伏到几千伏之间。对于更高的工作电压,有时会使用类似结构的电容器,但是会从设备中抽出空气并使用真空作为电介质。真空的介电常数几乎与空气的介电常数相同,但击穿电压更高,并且不受空气湿度和颗粒污染的影响。
  空气电容器是非极性的。这意味着空气电容器可以安全地使用,而不必考虑直流极性,这在某些应用中很有用。只要不超过额定电压,它们就可以安全地用于交流应用中。
  空气电容器的结构和特性
  空气电容器示意图可变气隙电容器通常由两组半圆形金属板制成。一组是固定的,而另一组可以使用与其连接的轴旋转。两组夹在中间,每两个板之间有一个气隙。用户通过旋转轴并增加或减少两组板之间的重叠量来改变电容。减速齿轮机构可用于提高精度并允许更精细的调整和更好的电容控制。通过精心设计板的形状,可以实现例如旋转角度与电容的线性或对数函数。为了改善空气电容器的特性,有时从密封室中抽出空气,从而形成真空电容器。其他材料(例如塑料箔)也可用作介电材料。

  尽管空气和真空的击穿电压和介电常数相对较低,但它们仍比其他材料具有一些优势。重要的优势是漏电流低,这意味着空气电容器内部的工作损耗,尤其是在湿度较低的情况下。

  多节可变电容器
  考虑到其结构,可变电容器有几种特殊类型。一种是多段可变电容器,它有两个或多个相同或不同电容的电容器连接到同一轴上。旋转控制轴将影响其上所有电容器的电容,通过精心设计,可以使用一个可变电容器同时调谐多个电路,例如预选器、输入滤波器和接收器单元中的振荡器。
  蝶形可变电容器
  蝶形可变电容器具有两个定子和一个转子,其排列方式使得转动转子将均等地改变转子和任一定子之间的电容。
  差动可变电容器
  差动可变电容器也使用两个定子,但旋转控制轴会增加一个定子的电容,同时会减少另一个定子的电容。因此,两个定子之间的电容保持恒定。
  可变电容器的应用
  可变电容器的应用主要局限于交流电路。大多数应用要求具有高频率、高功率和低损耗特性。它们用于无线电调谐应用、天线调谐等。空气电容器对军事应用很有吸引力,因为它们具有固有的抗电磁脉冲能力,这些电磁脉冲可以故意制造出来以摧毁电子设备,但也是核爆炸的副产品。现代应用包括用于硅晶片上导电材料沉积的等离子体控制的射频匹配网络,以及需要非磁性可变电容器的 MRI 医疗扫描仪。由于空气电容器由非磁性的铝制成,因此它们在强磁场中工作良好。

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