什么是空气电容器?
空气电容器是使用空气作为电介质的电容器。最简单的空气电容器是由两块被气隙隔开的导电板制成的。空气电容器可以制成可变或固定电容器的形式。固定电容器空气电容器很少使用,因为有许多其他类型具有优越的特性。可变空气电容器由于其简单的结构而更常用。它们通常由两组被气隙隔开的半圆形金属板制成。一组是固定的,另一组连接到轴上,允许用户旋转部件,因此可以根据需要改变电容。两组板之间的重叠越大,电容就越高。当两组板之间的重叠最高时,达到最大电容状态。
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,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的原型设计中。有时,通过重复实验比精确计算更容易找到合适的电容值。
空气电容器的定义
空气电容器是使用空气作为导电板之间的电介质的电容器。
特征
材料的介电常数是在给定电压下存储在材料中的电能的量度。由于电容器是用于存储电能的装置,因此较高的介电常数是有利的。然而,空气的介电常数约为真空的介电系数,这是介电常数最低的材料,等于εö=8.854×10-12频率调制。这意味着为了获得大的电容值,需要物理上大的电容器。另一个重要因素是介电强度。介电强度限制了在材料失去绝缘和介电性能并开始像导体一样起作用之前可以施加到材料上的最大电压。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。
空气电容器的电容非常小,通常在100pF到1nF之间。最大工作电压取决于电容器的物理尺寸。高工作电压要求板之间的距离足以避免被空气击穿。如果发生击穿,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在物理上更大,以在板之间留出足够的空间。典型的工作电压范围从几十伏到几千伏。对于更高的工作电压,有时使用类似结构的电容器,但从设备中排出空气,并使用真空作为电介质。
空气电容器是非极性的。这意味着空气电容器可以在不考虑直流极性的情况下安全使用,这在某些应用中是有用的。只要不超过最大额定电压,它们就可以安全地用于交流应用。
空气电容器的结构与性能
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,另一组可以使用连接到它的轴旋转。每两块板之间夹着两组,有空气间隙。用户通过旋转轴和增加或减少两组板之间的重叠来改变电容。减速齿轮机构可用于提高精度,并允许更精细的调谐和更好的电容控制。通过仔细设计板的形状,可以实现旋转角度和电容等线性或对数函数。为了改善空气电容器的特性,有时会从密封室中排出空气,从而产生真空电容器。其他材料,
尽管空气和真空的击穿电压和介电常数相对较低,但它们与其他材料相比仍有一些优势。最重要的优点是低漏电流,这意味着空气电容器内部的工作损耗非常小,尤其是在低湿度条件下。
多段可变电容器
考虑到它们的结构,有几种特殊类型的可变电容器。一种类型是多段可变电容器,其具有连接到同一轴的两个或多个相同或不同电容的电容器。旋转控制轴会影响其上所有电容器的电容。通过仔细设计,可以使用可变电容器同时调谐多个电路,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,其布置方式使得旋转转子将导致转子和任何定子之间的电容相等地变化。
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上的电容,同时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。大多数应用需要高频率、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有意义,因为它们固有地抵抗电磁脉冲,电磁脉冲可能会故意损坏电子设备,但也是核爆炸的副产品。现代应用包括用于在硅片上沉积导电材料的等离子体控制RF匹配网络,以及需要非磁性可变电容器的MRI医疗扫描仪。由于空气电容器是由非磁性铝制成的,它们在强磁场中工作良好。