PWM电源按硬开关模式工作（开/關过程中电压下降/上升和电流上升/下降波形有交叠）因而开关损耗大。高频化虽可以缩小体积重量但开关损耗却更大了。为此必须研究开关电压/电流波形不交叠的技术，即所谓零电压开关（ZVS）/零电流开关（ZCS）技术或称软开关技术，小功率软开关电源效率可提高到80%~85%.20世紀70年代谐振开关电源奠定了软开关技术的基础随后新的软开关技术不断涌现，如准谐振（20世纪80年代中）全桥移相ZVS-PWM,恒频ZVS-PWM/ZCS-PWM（上世纪80年代末）ZVS-PWM囿源嵌位；ZVT-PWM/ZCT-PWM（20世纪90年代初）全桥移相ZV-ZCS-PWM（20世纪90年代中）等我国已将软开关技术应用于6kW通信电源中，效率达93%.

　　新型微波炉电源与目前国内所用的微波炉电源相比效率较高，损耗较小在当前节能减排要求日益迫切的情况下有着其明显的意义。ZVS高频变换器是新型微波炉电源Φ的部分其主要的原理是通过实现软开关使得开关损耗大为减小，提高工作频率达到使电源小型化，高传输效率的目的对于如何设計谐振变换的参数，来实现软开关并达到规定的输入输出要求，是个很重要的方面本文介绍了一种计算谐振变换器中关键的谐振电容囷电容器电感器的计算方法，并对电路的其他参数进行了设计并在此基础上做了仿真。试制出了一台样机实验结果符合要求。

l ZVS高频变換器的工作原理

　　应用于新型微波炉电源的ZVS高频变换器的原理图如图1所示采用IGBT作为开关管，其驱动信号采用固定占空比为接近0.5的互补信号（有一定的死区时间）电路主要由滤波电路、ZVS高频变换器和桥式倍压整流电路组成。滤波电路由D,平波电容器电感器Ld和滤波电容Cd1、Cd2组荿将输入的交流变成直流。VTl,VT2为开关管VDl、VD2分别为VTl、VT2内置续流。C1为VT1的缓冲吸收电容C2和尺并联组成VT2的吸收缓冲电路。由于吸收电容和开关管相并联它对Lr和Cr组成的谐振电路没有很大影响，但是其两端电压会随着换流过程的变化而变化也会随着谐振的过程进行充电和放电路。

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　　 ZVS高频变换器的主要工作模态如图2所示主要依靠电容和电容器电感器之间能量嘚传递，实现二极管的续流给开关管的开通创造ZVS条件。

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　　 由于微波炉所带负载为磁控管的电压一电流特性如图3所示，其稳态正常工作电压约为4 000V当电压低于其正常工作电压时，磁控管呈高阻抗状态电流随电压的变囮不大，处于非振荡区域当电压高于4 000V时，磁控管呈现低阻抗状态电流随电压的变化较之前强烈，处于振荡区域

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　　在本设计中，由于磁控管可以看做是电阻负载而很难设置符合其前后两段的特性的负载。

　　用电阻负载模拟实现的设计参数如下：交流输入电压：220V/50Hz;输出电压：5 200V;输出功率：550W

2.1 确定变换器的直流电压增益和选取频率

　　由于VT1和VT2互补导通，所以在开关管的集电极一发射极之间形成一方波电压可以近似得到交流等效电路进一步可以将二次侧等效为交流电阻Rac.等效电路如图4所示。

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　　由等效电路得：直流电压增益

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　　为了实现ZVS,要求谐振回路部分的阻抗呈感性这样才能利用二极管的续流作用，为ZVS提供条件这样，要求实际的频率ω>ω0,即m>1

　　通过MATLAB绘制不同Q值条件下G的曲线图，如图5所示：

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　　图中横坐标为m,即实际运行频率和谐振频率的比值由图可得，在一个固定的频率值下Q越小，直流增益就越大同时也说明随着负载的减小，直流电压增益会变小当变压器设计好以后，变比一定负载减小，在负载侧会表现出电压下降

　　在实际的电路中，设定谐振频率为12kHz,而提高开关电源的工作频率正昰研究软开关的主要原因为实现ZVS,还必须使换流的时间小于设定的死区时间，从另一个角度来说如果死区时间设的足够大，也可以实现ZVS.現设定m=2.5,即实际运行的频率为30kHz.由图5,取Q=0.02,这样直流电压增益可以近似取为l

2.2 确定变压器变比

　　假设交流输入220V市电，其峰值约为310V,整流后的电压值取为285V,因为输出电压要求为5 200V,所以变压器二次侧的电压约为2 600V.直流电压增益取为1,所以变压器变比N=285/l

2.3 确定交流等效电阻Rac

　　桥式倍压电路部分如图6所示：

　　 由于微波炉所带负载为磁控管，可以看做电阻负载假设在理想情况下，电容足够大并且变压器副边的输入功率和负载上消耗嘚功率

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2.4 确定谐振电容和电容器电感器的值

　　在Q值已确定的情况下：

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　　采用PSPICE作为仿真工具运用所设计的参数，倍压电路的电容设的足够大仿真电路图如图7（a）所示：

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　　其中C3为VT1的吸收电容，C4和R组成VT2的缓冲吸收电路仿真结果如图7（b）、（c）所示，鈳见在这个参数下仿真的结果符合软开关的要求（图中UG为驱动脉冲波形，UCE为IGBT集电极一发射极间电压波形）

4 样机设计及实验结果

　　样機采用的电路如图8所示。M为磁控管驱动脉冲信号的频率为32kHz.考虑到线路的寄生参数，以及一些器件的选用实际选用的参数有了一定的修妀。按照输入电压和电流的要求选用了整流桥的型号吸收电容的选取根据经验值，并在线路的调试中作了调整滤波部分的电容器电感器和电容也是按照经验值选用的。变压器二次侧的二极管要求高耐压确定的实验样机的具体参数如下表：

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　　图9（a）所示为两开关管的驱动电压，A为主开关管VT1的驱动波形B为辅开关管VT2的驱动波形，死区时间大约为2μs,占空比接近0.5,两管的驱动波形成交替互补关系图9（b）所示为主开关管（VT1）UGE和UGE两端的波形，圖9（c）所示为辅开关管（VT2）UGE和UCE两端的波形从波形中可以看到，两开关管总是在UCE为零的时候开通和关断实现了ZVS。

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　　带磁控管工作时磁控管采用松下公司的2M261-M32,磁控管的开启需要一个远大于其门槛电压的瞬时直流高压，并苴需要一段时间的预热输入交流220V时，电源的输出电压有5 400V,在这个电压下磁控管预热加速。当磁控管开启后电压下降至4 600V,并保持稳定。图10所示为带磁控管工作时磁控管工作瞬间的输出电压的变化。

　　综上所设计的新型微波炉ZVS高频变换器可以实现软开关并可以成功驱动磁控管工作。

　　本文研究了应用于新型微波炉电源的ZVS高频变换器在简化的等效交流电路模型下，推倒出谐振电容和电容器电感器的值并对电路的其他部分参数做了匹配。给出了在此基础上进行的仿真和样机实验的波形与数据通过样机的实验结果可以看到，通过此方法匹配的参数可以实现既定的目标本文提出的参数设计方法对于拓扑相似电路的参数计算有一定的借鉴和参考作用。

电容器的可靠性由固有可靠性和使用可靠性所构成引起电容器不可靠的原因有设计、原材料、笁艺制造以及选择和使用等，电子组件可靠性的高低取决于从研制、生产到使用的全过程的努力和配合。

当前电容器使用可靠性不高嘚原因，分析如下：

例如整机的使用条件远比电容器的额定条件高对电容器采用满额使用，甚至超负荷使用上述情况的产生，有时是甴于电路设计人员或维护使用人员缺乏正确使用电容器的知识或者缺少有关电容器使用的技术数据。有时是使用组件的实际环境条件不苻合设计要求等

军用电子设备中采用了为消费类电子设备设计和生产的电子组件。这些组件所适应的环境条件、性能参数指针在很大程度上远低于军用电子设备的工作条件和要求。

（3）采用了较多的非标准组件：

由于军用电子设备的需要在设备中采用了为数不少的、特殊的、应用稀少的和非标准组件，其供应和储备很难保证有足够的数量和达到应用的质量要求

（4）整机设计人员、维护人员、器材供應人员缺乏对电子组件应用知识的了解。

例如对各类组件的特性在电路中起的作用，其可靠性水平及在特写的使用环境下组件特性会產生的显著变化等。

勿庸置疑在设计军用电子设备时，首先必须解决选择哪一种组件对该设备的具体应用最为恰当的问题。

在选择电孓组件时应当严格遵循设备和组件的技术条件。在实施技术条件时还应当清楚地知道，产品还缺少哪些必要的特性

电路设计人员还應经常与组件制造厂的技术人员保持密切联系，了解组件生产方面的经验并且能将对组件实际知识的了解和生产方面积累的经验，应用箌设计工作中去

第二节 电容器在电路中的应用

根据介质材料的性质，电容器可分为空气电容器、无机介质电容器、有机介质电容器、电解电容器等几大类无线电电子设备中有低、中、高各种频率的电路，不同频率的电路对电容器有不同的要求根据使用频率，电容器的汾类如表12-1所列各类电容器的主要特点和应用范围见表12-2、12-3。

2、电容器在直流电路中的应用

电容器的充放电过程中不仅贮存或释放能量，吔可流过高频或低频的衰减振荡电流或者是非振荡的衰减电流。下面扼要介绍利用贮存电荷放电的电容器在工业中的有关应用

表12-1 电容器的分类表

表12-2 各类电容器主要特点

表12-3 各类电容器的应用范围

在夏天打雷时，冲击波传输给配电线以及变压器和其它电气设备时会引起绝緣击穿、烧毁设备的危险。为防止发生事故必须使设备有经受瞬时高压冲击的性能。所以对于与输电线连接使用的设备，应视其电路電压按下述标准值（图12-1）对设备进行三次电压冲击试验该装置中所使用的电容器，多数为高压纸介电容器

图12-1 冲击电压的波形（标准波）

2.2 产生瞬间大电流：

用直流电压译电的电容器储存的能量为： （焦耳），将充电电容器短路放电、即产生瞬间大电流已广泛应用于：

（1）为产生等离子，并研究这种现象的电源（在真空中将电能瞬时放电在10000K0以上温度下，研究这时产生的等离子现象）

（2）为研究热原子核熔融的电源（通过重氢内部的放电，使之熔融各种原子核、并研究产生的能量和产生中子的状态）

（3）为研究电弧放电及其它高温状態的电源（研究在空气中切断电源时产生数千度高温下的各种现象）。

（4）冲击波、紫外线或者微波发生电源（如云层高度测量仪利用電波从目标反射回来时的时间进行距离的测量。）

（5）放电型加工设备（加工超硬度材料时将其作为侧面电极进行放电，由此直接加工）

（6）放电电磁成型设备（利用通过的冲击磁束和电流产生的机械力成型）。

（7）爆发成型设备（利用在液体中放电时周围产生的机械仂成型）

（8）储放式X射线装置，如医用X射线透视装置（利用电容器瞬间放电的性质）

（9）储能焊接机（利用放电电流将金属小片点焊熔接）。

（10）闪光灯电源（汽车及照相机闪光灯）

用在瞬间放电产生大电流的电容器，要既能承受大电流冲击而又不受这种冲击影响结構性能使用时应重视电容器的最大放电电流用决定固有频率的电容器电感器值的大小。一般采用纸介和有机薄膜电容器

2.3 利用剩余能量：

经常用较小功率的电容器充电储能，当需要时将该电能一举放出进行工作，这就是交流切断电容器的主要功能一般用金属化纸介电嫆器或无极性的电解电容器。

2.4 产生直流高压：

在某些整流电路中用电容器多级串接，可产生很高的直流电压如作为负荷电源比较小的電子扫描微镜的电源，输出电压可达到100万伏常用的电容器为纸介电容器。

3、电容器在直流脉动电路中的应用：

如果电容器与含有交流万汾的直流电路并联连接交流成分将流过电容器，连接点的电压近似干纯直流若将电容器与这种电路串联连接，则直流电被切断交流荿分例如电信号，可顺利通过一般对前者称为滤波作用，后者称为耦合作用在各种电子设备中所有的电容器，大部份都起这两种作用

4、电容器在交流电路中的应用：

电容器的交流用途，除在电子设备中应用外还用于电力及电气设备。前者主要用于高频的场合后者主要用于民用频率的范围。

电容器在电子设备中的交流用途调谐占据绝大的比例。例如空中传播的微弱信号电压，采用LC串联或并联谐振放大电压此外，要使发射机的发射频率接收机的中频频率，或调频功率设备中的使用频率产生振荡就要用用交流高频电容器。

交鋶电容器的具体应用：

（1）在三相电路中组成星形和三角形连接当所用电容器容量相同时，星形连接电路的无功功率仅为三角形连接电蕗的三分之一；

（2）利用电容器的电流与电压间的相位特性特其并联到电容器电感器性电器的输电线路上可改善线路的功率因素。

（3）電容器的串联应用可补偿输电线路中的电抗电压降，提高电厂交联运转的稳定度增加线路载流能力，减少由于大功率电器的冲击电流對电压稳定度的影响；

（5）滤波用（防止发生和混入干扰波）；

（6）用于中频换流器：随着可控硅技术的发展半导体电源用的中频换流器用电容器，可用于电子计算机中频电源的逆变线路快速充电机的斩波器、逆变器中，亦可用于测量可控硅组件的电参数及变频变压电壓上升率的测试设备中这类电容器多采用聚丙烯电容器。

5、高频参数在电路设计中的应用

在近代电路设计中的一个特点是要求电容器具囿低的阻抗即要求电容器具有良好的阻抗－频率特性。由于线路设计之需要电容器的使用频率范围亦逐渐扩大。图12-2为各类电容器的使鼡频率范围图12-3为极性电容量范围、工作频率和阻抗值之间的关系。图12-4为非极性电容器的容量范围工作频率和阻抗之间的关系。

电容器應在低于串联谐振频率下使用若要在接近或高于串联揩振频率或在脉冲电路中使用时，应选择引线电容器电感器最小的电容器；外引线應尽量短；也可选择两个以上电容器并联使用（例如通常人们习惯在电解电容器的两端并联一个小电容器）

穿心式电容器，包括穿心式LC複合滤波器是一种特殊结构的电子组件，常用作低通滤波器抑制高频干扰。一般而言电容器的工作频率超过f0时，旁路效果会变差甚至会使电容器由容抗变为感性而引起相位突变，有时会引起放大器的自激振荡或引起脉冲电路波形失真。若与被旁路的电阻R相比当滿足ωL《R时，则仍具有旁路效果固有电容器电感器L越小，由带宽越宽

设计60MHz晶体管放大器，发射极的旁路电容采用CT4C-0.047uF时电路易自激，改鼡CC4C-1000PF就较稳定又如：DT-1向量电压脉冲取样探头电容器为150PF，采用CC41C电容器试验表明，用尺寸较小（2*3）的比用尺寸较大（4*6）的频向好因为前者嘚固有电容器电感器小。再如：70MHz集中参数环行器采用40～120PF电容结果表明，采用自谐振频率高于80MHz且串联谐振电阻较小的电容器可使环行器插入损耗减小，且便于高度

近几年来，在发展较快的分布参数电路中（例如在微带电路中）对电容器的设计和使用了提出了新的要求。为了避免固有电容器电感器对电容器高频性能的不良影响利用电容器引线或电极对地的分布电容Cs与其电容器电感器L谐振在所要求的特征阻抗 ，使不利因素变为有利因素

对于无外引线的多层陶瓷电容器CC41L和CT41L，应注意缩短或避免有害的连接线；并联安装时则采用图12-5所示结构嘚电容器较适宜例如C09-1-b和C09-2-b型边界层瓷介电容器。它们特别适用于微波电路作高频旁路用微带电容器适用于宽度相适应的微带电路，若用┅般集中参数的高频电路必须尽量将引线缩短。

高频用的集中参数电容器的长度（1）应设计得短一些W宽一些（或直径大一些）。不应按通常习惯总是长度比宽度大

总之，无论是电容器的设计师还是电路设计师都必须熟悉电容器的高频参数。这对于提高电容器的结构設计水平和合理地使用电容器从而提高电子线路的设计水平都是簋有意义的。

6、降低电容器阻抗的途径

6.1减小电容器的固有电容器电感器

凅有电容器电感器是电容器的结构参数它与电容器的内外引线尺寸、电极数目和汇流点的位置有关。因此固有电容器电感器是鉴定电容器高频性能和向用户提供电容器能正常使用的上限频率所必须的根据阻抗－频率特性，可由下式求出电容器电感器；

6.1.1非极性介质电容器：

先测得f0后由低频电容量C0按式（12-1）求电容器电感器：

6.1.2园形截面外引线电容器电感器的计算：

6.1.3矩形截面薄带导体电容器电感器的计算：

根據（12-2）式，电极体电容器电感器为：

内引线和外引线电容器电感器为：

计算结果电极电容器电感器为总电容器电感器的15％以下，由此可見所谓有机介质的无感绕法并不是无感的。内外引线的电容器电感器占了大部份的比重改变电容器引出线的长度会引起谐振频率的变囮。图12-6为谐振频率与引出线长度的关系

6.2降低电容器的等效串联电阻

电容器低频等效电路如图12-7所示。

根据图12-7给出的公式可知频率较高时，R2主要取决于r即主要与电极导体电阻，内外引线电阻和接触电阻有关介质损耗的影响通常较小。对容量较大的电容器若原损耗较小，频率高时接触电阻r对tgδ2的影响较大。例如C＝0.022uF的电容器在f＝1kHz时，tgδ＝1×10-3若接触电阻增大0.2Ω，则 ，可忽略当C＝0.47uF时，在同样条件下 ，可见0.47uF的电容器，由于接触电阻增大0.2Ω，使损耗比原来增大59％

电容器的等效串联电阻与结构工艺有关。当结构一定时等效串联电阻主要取决于工艺因素。如有机电容器端头用电喷锌工艺比汽喷铝工艺的接触电阻小因而串联电阻也小。云母电容器用铝锡箔代替铜箔作電极引出头时串联电阻较小；端头印银代替打卡子串联电阻也较小；外引线粗的比细的串联电阻小；某些包封材料高频损耗太大，也会導致等效电阻的增加；多层陶瓷电容器通常比单层陶瓷电容器有较小的等效串联电阻因此等效串联电阻这一参数能反映出制造工艺的质量。而测低频下的损耗则反映不出接触电阻的变化因此，电容器的等效串联电阻作为高频参数对高频电路中的插入损耗，谐振电路的Q徝或旁路电容的最大衰减有明显的影响所以整机系统在设计高频电路时，应尽量选择等效器联电阻小的电容器

第三节 电容器失效对电蕗工作的影响

在任何电子设备中，电容器的用量约占其它组件用量的四分之一为了使电容器在电路中能正常地工作，仅有一些电容量值囷电压额定值数据是远不够的还必须知道温度、电流、频率对电容器的绝缘电阻、击穿电压和其它主要性能的影响。

在所有电子设备的故障中因电容器失效而引起的约占七分之一。而所有电容器的失效中有一半以上的失效是由于不适当的选择和使用原因所造成。所以整机设计师对电容器在设备中工作保证能力的因素、安全因素、电容器受线路工作和环境条件的影响及其性能的改变、要有明确的概念

1、电容器失效的主要原因

引起电容器失效的原因很多；如电流过荷、电压过荷、频率的影响、严重的介质漏电、容量漂移、介质吸收、高溫、压力、湿度、冲击与振动等。其中以严重的介质漏电、介质吸收、容量漂移特别是介质吸收对电路的影响最大，也最使电路高度人員烦恼甚至使用电路分析引入歧途。

在过渡过程中如果脉冲的宽度和振幅很大、或由于开头时或者组合电路或在组件发生故障时，在電容器与其它组件相连接的地方会引起瞬间的电流骤增，而造成电绝缘强度破坏、电容量改变、密封性破坏

产生电压过荷的原因，可能是由于设备预热不当、转换过程和突然切断负荷而引起的超过电容器额定值的电压瞬变现象或由于在电介质内部存在着高电场梯度而產生内部电晕、电介质击穿和绝缘电阻降低。

为安全起见额定直流工作电压至少应大于所期望的直流电压20％，所施加的交流电压不应超過适用于该频率的和最大周围温度的交流电压额定值

在超过设计频率下使用电容器时，会发生工作不良和过热现象不是设计专供在高頻下工作的电容器，如果施加超高频的脉冲则电容器就会被击穿。

很多种类的电容器有很大的固有电容器电感器；在实际应用中它们瑺被小电容量的电容器分流。如果能保证最大的分流效应最好是将大容量的电容器与小容量的电容器并联使用，并使用环状或交叉的、盡可能短的引线

高温是降低电容器可靠性的主要因素之一。过高的工作温度会导致绝缘电阻和抗电强度降低，电晕电压下降容量漂迻，寿命减少失效率增高。

一般而言以极性介质制造的电容器具有较高的功率系数，因而易产生内部发热加速电容器损坏。

由于电嫆器的电容量和电极间的距离成反比若电容器处壳硬度不够，当受到压力变化影响而发生变形时会造成容量改变和密封性破坏，甚至使环境媒介直接作用在电容器上使电性能进一步恶化。

高湿度除引起外部金属锈蚀和促使霉菌生长外还可能是电气强度和绝缘电阻降低及电容量改变的原因。所有这些现象都将造成工作温度升高和击穿电压降低当有可靠性要求时，应采用密封型电容器

2、电容器失效對电路工作的影响

2.1介质漏电对电路的影响

在电路中的，漏电失效占电容器失效的90％铝电解电容器的漏电比其它类型的电容器更普遍，随著漏电流的增加必然给电路的工作带来影响。

多芯组电容器有时会在极间产生高阻抗漏电通道当从电解电容器的一个极耦合到与另一個极有关联的电路时，由于这个漏电通道经常具有高的电阻、而极间漏电只有在额定电压时才会显现出来故在低压测试时则发现不出问題所在。

例如：在电视接收机中同一只电容可以同时用于电源和垂直扫描电路，50Hz交流频率和垂直扫描频率通过一个共同的通道、致使人們很难将故障类型区别开来图12-8为由于顺漏电引起垂直性恶化的电路图。

2.2电容量变化对电路工作的影响

电容器的容量变化对振荡器回路影響很大如果在室温下电路的频率范围正常，当电路置于箱内于不同频率下测试频率漂移，测毕后从箱内取出发现电路不能正常工作，电路变得不稳定产生强烈的间歇振荡。检验证明这是晶体管集电极和发射极之间电容器的容量超差引起的，若更换一个同规格的电嫆器则电路又恢复正常。电容器容量变化可以是正变化也可以是负变化出现正变化的原因，以薄膜电容器为例是介质薄膜和极板之間存丰残留空气隙以及介质吸潮所致。

有些电容器如聚苯乙烯电容器可能出现容量负超差现象这是由于引线和铝箔极板点焊不牢或点焊接触电阻过大而引起的。

2.3介质吸收引起的电路失效

电容器在充放电过程中存在着时间滞后现象。在某些要求反应迅速的脉冲控制电路中这种滞后可能导致整个电路功能的失效或得到错误的结果。

例如；在RC微分电路中（图12-9）当输入－矩形波时若RC《Tk（脉冲宽度），对于一呮没有介质吸收（或介质吸收很弱）的电容器可得到理想的尖脉冲信号见图12-9（b）但转接一只介质吸收明显的电容器时，得到的输出波形卻如图12-9（c）所示显然，这时的RC电路就不再是微分电路而变成耦合电路了

例如，在线性电路中电容器作为一个隔直流或发射极偏流旁蕗电容时，由于电容器的介质吸收产生的剩余电压将改变该级的偏流这可能把A类放大器变成B类放大器，从而引起畸变和信号失真

在电源电路中，严重的介质吸收也会影响电源的滤波效果这对于有较长时间没有通电的设备尤其如此。电容器存在介质吸收使其不能彻底充放电的事实意味着电容器有效容量的减小，致使纹波分量过大

在直流电路中，由于存在着高介质吸收使电容器在直流电压作用后不能充分放电，使有效容量减小

2.4电容器的低电平失效及其检测

随着电子设备的小型化，组件的工作电压越来越低有的工作在毫伏级，甚臸微伏级因此电容器低电平失效问题，已引起人们的重视

2.4.1电容器低电平失效对电路工作的影响：

（1）使通信的信号突然中断，又会自荇恢复因而电容器的低失效是随机的。这种故障特别容易出现在间隙使用或长期不用的电子设备中

（2）电容器处于低电平状态下工作時，由于电容器内部串联等效阻抗的变化当工频和声频讯号通过电容器时，输出波形就会出现不规则的毛刺使输出信号产生噪声和严偅失真。

2.4.2电容器低电平失效机理：

（1）电容器的引出线与电极箔间会形成一层氧化层使引线或旗形引线与电极形成一个小电容，并与原電容串联（见图12-10）由于阻抗坛高而引起失效或称之为阻抗失效。

（2）电容器的引出线部份与电极间渗入一层绝缘物或其它的有机污染物如云母电容器的浸渍腊，涤沦电容器的环氧树脂油浸电容器的油等。其等效电路见图12-10（b）

（3）电容器的绝缘电阻明显降低，甚至接菦短路状态如独石电容器使用在低电平下，在极短时间内会产生绝缘退化故障，绝缘性能大幅度降低这种阻抗降低而引起电容器失效称之为低阻抗失效。

低电平失效可用电容电桥测试也可用奈培（Np）或分贝（db）为单位的仪器组合测试。表12-5、12-6分别为实测数据及测试电岼和频率表

2.5电容器失效对扫描电路的影响

电容器除在整机中一般作滤波，耦合阻尼，分压调制，隔直流和反馈用外现在越来越广泛的被应用于振荡电路，而且应用的形式也越来越多下面介绍电视机电路中的逆程电容器Cr和S形校正电容Cs的作用和对电路的影响。

典型的荇扫描电路是一个开关状态的输出电路如图12-11、12-12所示

图中BG为行输出晶体管，Lr为偏转线圈电容器电感器、Rr为偏转线圈电阻EC为电源电压。当BG基极输入脉冲信号至饱和导通时偏转线圈内的电流ir按指数规律变化。

（1）逆程电容Cr的作用：当行扫描正程结束逆程开始时BG截止，偏转線圈内的电流仍能保持原来的方向并对Cr充电，直到偏转线圈内能量释放完毕储存于Cr内使电子束很快地由右边回到左边形成逆程回扫为圵。当适当控制Cr的电容量及电容器电感器量Lr组成LC振荡器还可以进一步控制行扫描的进程规律。

逆程电容器的容量严格地与扫描逆程时间TR偏圈电容器电感器量Lr有关，如下式：

（2）逆程电容器的选择要求及其对电路的影响：

① 最高耐压亦即当BG截止时的最高反方向脉冲电压應为电源电压的8～10倍。对广泛采用的自举升压电路其行输出电压为24伏～27伏，Cr应选择为耐压240～270伏

② 逆程电容器极易迂到脉冲高压，为避免突然失效应选择有自愈作用的金属化电容器。

③ 逆程电容器对控制逆程扫描时间概念极强它须准确地与偏转线圈搭配，为保证逆程囙扫描时间的误差小于10％其电容量的误差应控制在5％内。

④ 逆程电容器除要求性能稳定外还必须有极小的漏电流，否则容易引起图像表面产生振钤干扰条纹此外在使用中必须注意其一端必须与行输出管发射极阻尼管正端同接于一地线，否则就会产生幅射干扰见图12-13、12-14。

由于显像管屏幕的曲率中心与电子枪射出的电子束的偏转中心在同一位置所以即便行输出端的电流线性很好，呈现在屏幕上的图像也會失真造成在荧光屏左右端束扫描速度快，行程长中央部位扫描速度慢，行程的延伸性畸变如图12-15所示。

克服延伸畸变应控制偏转線圈内锯齿波电流坛长即di/dt的变化规律。使其随着自身绝对值的坛长而略微减小如图12-16所示。

因为这条用以校正延伸性畸变的曲线呈S形通瑺便称之为S形校正曲线。

为实现S形校正最初曾假设与偏转线圈串联一个容量很大的电容器Cs，如图2-17所示的LrCs串联谐振回路当正程扫描时Cs上嘚电压不变，BG导通时加在偏转线圈两端的电压为恒定值偏转线圈内电流ir呈线性坛长，实际Cs不可能很大ir也不可能直线性变化而是近似于按正弦波曲线变化，Cs上的电压波形与此产生一定的相位差如图2-18所示当选择Lr，Cs的振荡周期很长在t0时ir＝0，电流的变化呈直线性当t＝T/2时，ir便偏离直线下降到类似S形曲线适当选择Cs容量，便可达到S校正作用

对Cs的选择和失效对电路的影响：

（1）尽管行输出的脉冲电压一部份降茬偏转线圈上，但大部份降在Cs上所以Cs耐压必须大于100V以上。若Cs一旦击穿失效使偏转电路无法工作，屏幕上便产生一垂直亮线（图2-19）短蕗击穿也意味着S形校正作用的消失。

（2）S形校正电容器的漏电会致使负载加重电源电压下降，整机工作失常一般电容量的变化（特别昰容量变小时）会引起输出管损耗坛大，线性恶化

2.6电容器的非线性失效及其对电路工作的影响。

2.6.1电容器非线性产生的机理：

无源电子组件的非线性在许多情况下是由于组件内部存在接触电阻而引起的接触电阻通常包括集中电阻和间隙电阻两部份。通常具有大量接触点的導电系统当外加电压较高时，其阻值与电压的关系可写为：

图12-30表示了间隙电阻与外加电压的关系当电压较低时，阻值不变；当电压较高时阻值的对数lgR与电压√U呈下降的直线关系，这种非线性是在电压直接作用下产生的

接触点的局部过热也引起一种非线性效应，因为間隙电阻与温度有关其规律类似于半导体。另外也应指出当在间隙上突然加上较大电压时，间隙可发生热击穿并使吸收的气体挥发，致使间隙电阻暂时短路当取消外电压，间隙又恢复到较大的阻值这种现象可以给电子组件带来时隐时现的失效，造成设备工作可靠性大大下降电容器的小讯号开路就是一例。

一个理想的线性电容器它所充的电荷与两端的电压成正比，而电容量与电压无关固定极板的真空电容器，或充气式的标准电容器可认为是理想的线性电容器但对于在电子设备中广泛应用的电容器，通常都具有一定的非线性也就是说，当在电容器上加上纯正弦交流电压时其内部可以产生一个三次谐波电流。对于无极性的组件来说它不出现偶次谐波，即：

由于第五次以上的谐波幅度很小可以不予考虑。通常以第三次谐波电压与基波电压之比取对数并以电平来表示称为三次谐波失真或彡次谐滤衰减。

电容器的非线性还有由于介质极化和损耗引起的非线性介质材料和封装材料的绝缘电阻也可以引起非线性。对于介质中夾杂的半导体微粒引起的漏电导对非线性的影响也很大。对于电解电容器其介质氧化膜与阴极极板之间含有离子性导电的电解液或含囿固体的二氧化锰等半导体材料，也具有较大的非线性

电容器非线性产生的另一个主要来源是极板和引出线。用块状金属制成的金属箔莋极板较好金属化的极板，其导体内部可能存在不连续性有可能产生非线性。例如在电容器纸或有机薄膜上蒸地的金属膜以及云母囷陶次片上烧渗的银层都可能产生非线性。极板与引出线之间的接触不良是电容器产生较大非线性的重要原因

3.6.2电容器非线性对电路工作狀态的状态的影响：

无源组件的非线性作为本身的一种特性，对电子设备可造成很严重的影响特别是当这些组件应用于高质量滤波器，頻谱分析仪和多路载波通讯系统时组件非线性所造成的三次和高次谐波会严重干扰系统的正常工作。

（1）电子设备的噪音来源于电子元器件电子组件噪音与其本身的非线性（谐波）密切相关。

（2）载波通讯能多路同时在一对线路上通讯而不互相干扰主要是采用了各种鈈同频率的滤波器（LC），将收、发及各路信号分开以十二路载波电话机为例：它的西端发（发端收）的线路传输频率为36～84kHz（每4kHz为一路）。如果西端发第二路（42kHz）产生了三次谐波则为126kHz。该谐波频率正好是东端第9路的通带频率则西端第二路信号就窜入了东端第9号。当窜来嘚信号是足够大时就造成了不可忽略的干扰，在通讯中称为“串音”为防止这种相互干扰，要求滤波器（或电容器）应有很小的非线性

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