電容簡介及應(yīng)用

1、電容簡介及應(yīng)用概念電容，就是容納和釋放電荷的電子元器件。電容器存儲電荷的能力稱為電容量C。電容的本質(zhì)，就是儲存和釋放電荷。在理解電容器時，可以將它比喻成一個水缸，水缸用來蓄水，電容器用來存儲電荷。大的水缸可以儲存更多的水，大容量的電容可以儲存更多的電荷。大電容的作用有點像水庫，使得原來洶涌的水流平滑地輸出，并可以保證下游大量用水時的供應(yīng)。電容的結(jié)構(gòu)，電容的結(jié)構(gòu)非常簡單，主要由兩塊正負電極和夾在中間的絕緣介質(zhì)組成，所以電容器類型主要是由電極和絕緣介質(zhì)決定的。電容器的幾個重要特性1. 隔直流特性2. 通交流特性3. 容抗特性電容雖然能夠讓交流通過，但也存在著阻礙作用。Xc = 1/（*C）= 1/

2、（2*f*C）4. 電容兩端電壓不能突變特性V=Q/C5. 儲能特性理論上電容器不消耗電能，所以電容器中充到的電荷會永遠儲存在電容器中，只要外電路不存在讓電容器放電的條件，電荷就一直儲存在電容器中。定義式我們把電容器的兩極板間的電勢差增加1伏所需的電量，叫做電容器的電容。C=S/d=S/4kd(真空)=Q/U電容的單位是法拉，簡稱法，符號是F,由于法拉這個單位太大,所以常用的電容單位有毫法(mF)、微法(F)、納法(nF)和皮法(pF)(皮法又稱微微法)等，換算關(guān)系是：1法拉(F)= 1000毫法(mF)=1000000微法(F)1微法(F)= 1000納法(nF)= 1000000皮法(pF

3、)。電容符號下面是各種電容的原理圖符號：基本電容符號，如陶瓷電容 電解電容 云母電容 薄膜電容-有極性電容，電解電容符號,彎片為負極，空心為正極可調(diào)電容符號微調(diào)電容符號電容的分類按照電容是否有極性分： 無極性電容和有極性電容；按照電容容量是否可變分： 可以分為固定電容、可變電容和微調(diào)電容；按照電容的安裝方式分: 可以分為直插電容和貼片電容；按照電容的構(gòu)成材料分： 氣體介質(zhì)電容，液體介質(zhì)電容，無機固體介質(zhì)電容，有機固體介質(zhì)電容電解電容各類電容特性及使用場合電容器主要特性參數(shù)1.允許偏差電容器實際電容量與標稱電容量的偏差稱誤差，在允許的偏差范圍稱精度。精度等級與允許誤差對應(yīng)關(guān)系：00（01）-&#

4、177;1%、0（02）-±2%、-±5%、-±10%、-±20%、 -（+20%-10%）、-（+50%-20%）、-（+50%-30%）一般電容器常用、級，電解電容器用、級，根據(jù)用途選取。2.額定電壓電容器在電路中能夠長期穩(wěn)定、可靠工作，所承受的最大直流電壓，又稱耐壓。對于結(jié)構(gòu)、介質(zhì)、容量相同的器件，耐壓越高，體積越大。如果工作電壓超過電容器的耐壓，電容器擊穿，造成不可修復(fù)的永久損壞。3.絕緣電阻用來表明漏電大小的。一般小容量的電容，絕緣電阻很大，在幾百兆歐姆或幾千兆歐姆。電解電容的絕緣電阻一般較小。相對而言，絕緣電阻越大越好，漏電也小。電容的時間常

5、數(shù)：為恰當?shù)脑u價大容量電容的絕緣情況而引入了時間常數(shù)，他等于電容的絕緣電阻與容量的乘積。4. 損耗（DF）在電場的作用下，電容器在單位時間內(nèi)發(fā)熱而消耗的能量。這些損耗主要來自介質(zhì)損耗和金屬損耗通常用損耗角正切值來表示。對于電子設(shè)備來說，要求夾角愈小愈好，也就是說要求損耗功率小。Tg =P/Q其中P是有功功率,Q是無功功率. 是電容器電流與電壓間的相位差的余角.它是電容的重要質(zhì)量的指標之一.散逸因數(shù)dissipation factor (DF) 存在于所有電容器中，DF值越小表明電容損耗越小，性能也就越好。但鋁電解電容的損失角相當高。DF值與溫度、容量、電壓、頻率.都有關(guān)系；當容量相同時，耐壓愈

6、高的DF值就愈低。此外溫度愈高DF值愈高，頻率愈高DF值也會愈高。5.頻率特性電容器的電參數(shù)隨電場頻率而變化的性質(zhì)。在高頻條件下工作的電容器，由于介電常數(shù)在高頻時比低頻時小，電容量也相應(yīng)減小。損耗也隨頻率的升高而增加。另外，在高頻工作時，電容器的分布參數(shù)，如極片電阻、引線和極片間的電阻、極片的自身電感、引線電感等，都會影響電容器的性能。所有這些，使得電容器的使用頻率受到限制。6.工作溫度范圍電容器設(shè)計所確定的能連續(xù)工作的環(huán)境溫度范圍。有些電容規(guī)格是105度，有些是85度。7.電容器的溫度特性通常是以 20 基準溫度的電容量與有關(guān)溫度的電容量的百分比表示。8.使用壽命電容器的使用壽命隨溫度的增加

7、而減小。主要原因是溫度加速化學反應(yīng)而使介質(zhì)隨時間退化。 Lx=L0*10(T0-Ta)/20 Lx = 實際工作壽命 L0 = 保證壽命 T0 = 最高額定溫度(850C or 1050C) Ta = 電容器實際工作溫度相關(guān)計算公式定義式：C=Q/U電容容抗計算公式:Xc = 1/（*C）= 1/（2*f*C）Xc-電容容抗值；歐姆-角頻率（2f）-3.1415926；f-頻率C-電容值 法拉電容器的電勢能：E=CU2/2=QU/2=Q2/2C多電容器并聯(lián)：C=C1+C2+C3+Cn多電容器串聯(lián)：1/C=1/C1+1/C2+1/Cn電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）理論上，一個完美的電容，自身不會產(chǎn)

8、生任何能量損失，表現(xiàn)為純?nèi)菘剐缘臒o阻抗原件，無論何種頻率，電流通過電容都比電壓提前正好90度的相位。但是實際上，因為制造電容的材料有電阻，電容的絕緣介質(zhì)有損耗，各種原因?qū)е码娙葑兊貌弧巴昝馈?。這個損耗在外部，表現(xiàn)為就像一個電阻跟電容串連在一起，所以就起了個名字叫做“等效串連電阻”。 ESR的出現(xiàn)導(dǎo)致電容的行為背離了原始的定義。比如，我們認為電容上面電壓不能突變，當突然對電容施加一個電流，電容因為自身充電，電壓會從0開始上升。但是有了ESR，電阻自身會產(chǎn)生一個壓降，這就導(dǎo)致了電容器兩端的電壓會產(chǎn)生突變。無疑的，這會降低電容的濾波效果，所以很多高質(zhì)量的電源啦一類的，都使用低ESR的電容器。同樣的，

9、在振蕩電路等場合，ESR也會引起電路在功能上發(fā)生變化，引起電路失效甚至損壞等嚴重后果。所以在多數(shù)場合，低ESR的電容，往往比高ESR的有更好的表現(xiàn)。常用電容之多層陶瓷電容MLCC常用電容之電解電容及polymer CAP1. 普通電解電容-陽極是經(jīng)過腐蝕的鋁或鉭、中間隔著電解紙卷繞后，再浸漬工作電解液而形成。介電材料為電解液，容易受熱膨脹“鼓包”甚至爆裂2. 固態(tài)電解電容-陽極材料為金屬鉭（a）或鋁，陰極為MnO2固體電解質(zhì)，外殼一般由樹脂封裝。3. 有機半導(dǎo)體電解電容-也稱OS-CAP它的陰極TCNQ（絡(luò)合鹽）是一種有機半導(dǎo)體，陽極為鋁或鉭。4. POSCAP鉭電容器-是三洋公司繼OS-CO

10、N電容器后新開發(fā)的一種貼片式鉭高分子有機 半導(dǎo)體固態(tài)電解電容器。該系列電容器主要特點：剖面高度低；高頻時阻抗及等效串聯(lián)電阻(ESR)低，容許的紋波電流大；壽命長，在105時可達2000小時；有極好的噪聲吸收能力；良好的溫度特性，低溫可達-55；可耐20A的沖擊電流。5. 固體聚合物導(dǎo)體電容-正極采用鉭燒結(jié)體或鋁箔，負極采用具有高導(dǎo)電性的高分子聚合物薄膜作為固態(tài)電解質(zhì)，導(dǎo)電性是TCNQ鹽的100倍，是電解液的10000倍，同時也沒有污染。固體聚合物導(dǎo)體電容的溫度特性也比較好，可以忍耐300度以上的高溫，因此可以使用SMT貼片工藝安裝，也適合大規(guī)模生產(chǎn)。在0.1MHz10MHz頻段有很好的特性。關(guān)

11、于電容濾波分析實例濾波電容的選取原則1.大電容,用來濾低頻，大電容是防止浪涌，機理就好比大水庫防洪能力更強一樣2.小電容,用來濾高頻(小電容,SFR值大,對高頻信號提供了一個對地通路)3. 一般來講，電容值和你要濾除頻率的平方成反比4.比較可靠的做法是,將一大一小兩個電容并聯(lián),一般要求兩個數(shù)量級以上,以獲得 更大的濾波頻段.3. 在電源設(shè)計中,濾波電容的選取原則是: C2.5T/R 其中: C為濾波電容,單位為UF T為頻率, 單位為Hz R為負載電阻,單位為 當然,這只是一般的選用原則,在實際的應(yīng)用中,如條件(空間和成本)允許,都選取C5T/R部分電容的諧振頻率：電容值 諧振頻率

12、SMT (MHz)1.0F 50.1F 1610nF501nF160100 pF50010 pF1.6GHz電容使用中的一些誤區(qū):電容容量越大越好 很多人在電容的替換中往往愛用大容量的電容。我們知道雖然電容越大，為IC提供的電流補償?shù)哪芰υ綇姟Ｇ也徽f電容容量的增大帶來的體積變大，增加成本的同時還影響空氣流動和散熱。關(guān)鍵在于電容上存在寄生電感，電容放電回路會在某個頻點上發(fā)生諧振。在諧振點，電容的阻抗小。因此放電回路的阻抗最小，補充能量的效果也最好。但當頻率超過諧振點時，放電回路的阻抗開始增加，電容提供電流能力便開始下降。電容的容值越大，諧振頻率越低，電容能有效補償電流的頻率范

13、圍也越小。從保證電容提供高頻電流的能力的角度來說，電容越大越好的觀點是錯誤的，一般的電路設(shè)計中都有一個參考值的。 同樣容量的電容，并聯(lián)越多的小電容越好 耐壓值、耐溫值、容值、ESR(等效電阻)等是電容的幾個重要參數(shù)，對于ESR自然是越低越好。ESR與電容的容量、頻率、電壓、溫度等都有關(guān)系。當電壓固定時候，容量越大，ESR越低。在板卡設(shè)計中采用多個小電容并連多是出與PCB空間的限制，這樣有的人就認為，越多的并聯(lián)小電阻，ESR越低，效果越好。理論上是如此，但是要考慮到電容接腳焊點的阻抗，采用多個小電容并聯(lián)，效果并不一定突出。 ESR越低，效果越好。 結(jié)合我們上面的提高的供電電路來說，對于輸入電容來

14、說，輸入電容的容量要大一點。相對容量的要求，對ESR的要求可以適當?shù)慕档?。因為輸入電容主要是耐壓，其次是吸收MOSFET的開關(guān)脈沖。對于輸出電容來說，耐壓的要求和容量可以適當?shù)慕档鸵稽c。ESR的要求則高一點，因為這里要保證的是足夠的電流通過量。但這里要注意的是ESR并不是越低越好，低ESR電容會引起開關(guān)電路振蕩。而消振電路復(fù)雜同時會導(dǎo)致成本的增加。板卡設(shè)計中，這里一般有一個參考值，此作為元件選用參數(shù)，避免消振電路而導(dǎo)致成本的增加。-電容的作用及應(yīng)用電容在電路中具有隔斷直流，通過交流，電容兩端的電壓不能突變，以及電容的儲存和釋放電荷的特性，決定了電容在電路設(shè)計中具有以下作用 ：電荷緩沖池當外部環(huán)

15、境變化時，電容中的電荷能被迅速積累或釋放。由公式U=Q/C（U& I6 5 c  S:   N! N& 7 m$ Q表示電容兩端電壓的變化量，Q表示電容兩端電荷的變化量，C為電容值）。當外部環(huán)境使驅(qū)動器件的工作電壓增加或減少時，電容通過積累或釋放電荷吸收這種變化，即將器件的工作電壓變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙葜须姾傻淖兓?，從而保持器件工作電壓的穩(wěn)定！高頻噪聲的重要泄放通道對高速運行的電路而言，無時無刻不存在狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)變將在電路產(chǎn)生大量的噪聲等干擾。從頻譜上看，這些干擾在相當大的程度上處于有效信號的2次、3次等倍頻頻率。由Z=1/jC,當頻率較高

16、時，電容表現(xiàn)為低阻抗，因此，可將電容作為高頻噪聲的泄放通道。實現(xiàn)交流耦合當兩個器件通過高速信號互聯(lián)時，信號兩端可能對直流分量的要求不同。這種情況需要將信號所帶的直流分量在到達接收端之前濾除掉，即隔離信號兩端的直流分量?；陔娙萃ń蛔柚钡奶烊惶匦裕詫崿F(xiàn)信號的交流耦合。濾波電容-作用機制是為噪聲等干擾提供一條低阻抗回路，在噪聲頻率點上要求電容的阻抗較小，即當噪聲頻率落在諧振點附近時，濾波效果最好。常常用多個濾波電容的并聯(lián)以展寬低阻抗頻帶。去耦電容-去耦電容用在放大電路中不需要交流的地方，用來消除自激，使放大器穩(wěn)定工作。旁路電容-作用是為前級（如電源模塊的高頻噪聲等干擾）提供一條到地平面的低阻抗回

17、路，以避免這些干擾正在高速工作的器件。   去耦電容和旁路電容沒有本質(zhì)的區(qū)別，去耦和旁路都可以看作濾波，從應(yīng)用上說，依據(jù)公式Z=1/(2F*C),其F是器件的工作頻率，他們在高頻下都是為電路中的干擾提供一條流回地平面的低阻抗通道高頻消振電容-用在高頻消振電路中的電容稱為高頻消振電容，在音頻負反饋放大器中，為了消振可能出現(xiàn)的高頻自激，采用這種電容電路，以消除放大器可能出現(xiàn)的高頻嘯叫。諧振電容-用在LC諧振電路中的電容器稱為諧振電容，LC并聯(lián)和串聯(lián)諧振電路中都需這種電容電路。中和電容-用在中和電路中的電容器稱為中和電容。在收音機高頻和中頻放大器，電視機高頻放大器中，采用這種中和

18、電容電路，以消除自激。定時電容-用在定時電路中的電容器稱為定時電容。在需要通過電容充電、放電進行時間控制的電路中使用定時電容電路，電容起控制時間常數(shù)大小的作用。積分電容-用在積分電路中的電容器稱為積分電容。在電勢場掃描的同步分離電路中，采用這種積分電容電路，可以從場復(fù)合同步信號中取出場同步信號。微分電容-用在微分電路中的電容器稱為微分電容。在觸發(fā)器電路中為了得到尖頂觸發(fā)信號，采用這種微分電容電路，以從各類（主要是矩形脈沖）信號中得到尖頂脈沖觸發(fā)信號。補償電容-用在補償電路中的電容器稱為補償電容，在卡座的低音補償電路中，使用這種低頻補償電容電路，以提升放音信號中的低頻信號，此外，還有高頻補償電容

19、電路。自舉電容-用在自舉電路中的電容器稱為自舉電容，常用的OTL功率放大器輸出級電路采用這種自舉電容電路，以通過正反饋的方式少量提升信號的正半周幅度。分頻電容-在分頻電路中的電容器稱為分頻電容，在音箱的揚聲器分頻電路中，使用分頻電容電路，以使高頻揚聲器工作在高頻段，中頻揚聲器工作在中頻段，低頻揚聲器工作在低頻段。負載電容-是指與石英晶體諧振器一起決定負載諧振頻率的有效外界電容。負載電容常用的標準值有16pF、20pF、30pF、50pF和100pF。負載電容可以根據(jù)具體情況作適當?shù)恼{(diào)整，通過調(diào)整一般可以將諧振器的工作頻率調(diào)到標稱值。襯墊電容-與諧振電路主電容串聯(lián)的輔助性電容，調(diào)整它可使振蕩信號

20、頻率范圍變小，并能顯著地提高低頻端的振蕩頻率。穩(wěn)頻電容-在振蕩電路中，起穩(wěn)定振蕩頻率的作用。加速電容-接在振蕩器反饋電路中，使正反饋過程加速，提高振蕩信號的幅度?？s短電容-在UHF高頻頭電路中，為了縮短振蕩電感器長度而串聯(lián)的電容。克拉波電容-在電容三點式振蕩電路中，與電感振蕩線圈串聯(lián)的電容，起到消除晶體管結(jié)電容對頻率穩(wěn)定性影響的作用。錫拉電容-在電容三點式振蕩電路中，與電感振蕩線圈兩端并聯(lián)的電容，起到消除晶體管結(jié)電容的影響，使振蕩器在高頻端容易起振。穩(wěn)幅電容-在鑒頻器中，用于穩(wěn)定輸出信號的幅度。預(yù)加重電容-為了避免音頻調(diào)制信號在處理過程中造成對分頻量衰減和丟失，而設(shè)置的RC高頻分量提升網(wǎng)絡(luò)電容

21、。去加重電容-為了恢復(fù)原伴音信號，要求對音頻信號中經(jīng)預(yù)加重所提升的高頻分量和噪聲一起衰減掉，設(shè)置RC在網(wǎng)絡(luò)中的電容。移相電容-用于改變交流信號相位的電容。反饋電容-跨接于放大器的輸入與輸出端之間，使輸出信號回輸?shù)捷斎攵说碾娙?。降壓限流電?串聯(lián)在交流回路中，利用電容對交流電的容抗特性，對交流電進行限流，從而構(gòu)成分壓電路。逆程電容-用于行掃描輸出電路，并接在行輸出管的集電極與發(fā)射極之間，以產(chǎn)生高壓行掃描鋸齒波逆程脈沖，其耐壓一般在1500伏以上。S校正電容-串接在偏轉(zhuǎn)線圈回路中，用于校正顯像管邊緣的延伸線性失真。自舉升壓電容-利用電容器的充、放電儲能特性提升電路某點的電位，使該點電位達到供電端電

22、壓值的2倍。消亮點電容-設(shè)置在視放電路中，用于關(guān)機時消除顯像管上殘余亮點的電容。軟啟動電容-一般接在開關(guān)電源的開關(guān)管基極上，防止在開啟電源時，過大的浪涌電流或過高的峰值電壓加到開關(guān)管基極上，導(dǎo)致開關(guān)管損壞。啟動電容-串接在單相電動機的副繞組上，為電動機提供啟動移相交流電壓，在電動機正常運轉(zhuǎn)后與副繞組斷開。運轉(zhuǎn)電容-與單相電動機的副繞組串聯(lián)，為電動機副繞組提供移相交流電流。在電動機正常運行時，與副繞組保持串接。關(guān)于電容應(yīng)用的一些注意問題    a、高溫-溫度超過最高使用溫度，會影響電容的使用壽命，甚至永久損壞。    b、過流-電流超過

23、額定紋波電流，會導(dǎo)致電容體過熱，容量下降，壽命縮短；    c、過壓-電壓超過額定電壓，電容器的漏電流將上升，其電氧物性將在短期內(nèi)劣化直至損壞；    d、施加反向電壓-當直流鋁電解電容器按反極性接入電路時，電容器會導(dǎo)致電子線路短路，由此產(chǎn)生的電流會引致電容器損壞。若電路中有可能在負引線施加正極電壓，選用無極性電容器；    e、使用于反復(fù)多次急劇充放電的電路中-如快速充電用途，其使用壽命可能會因為容量下降，溫度急劇上升等而縮減；    f、在直接與水、鹽水、油類相接觸的環(huán)境

24、、充滿有害氣體的環(huán)境（硫化物、氨水等）、直接日光照射、臭氧、紫外線及有放射性物質(zhì)的環(huán)境、振動及沖擊條件超過了樣本及說明書規(guī)定范圍的惡劣環(huán)境下，禁止使用電容器；    g、電容器安裝時，電容器防爆閥上方留有空間、爆閥上方避免配線及安裝其他元件、電容器四周及電路板避免安裝發(fā)熱元件。（針對電解電容）    電容安裝的注意事項    a、用過的電容器不能再使用，但作為周期檢查可卸下來測試電性能；    b、如果電容器已充電，使用前要用一個約1k的電阻放電；  &#

25、160; c、如果電容器在超過35，濕度大于70%的條件下存放，其漏電流可能上升，使用前可通過一個約1k的電阻施加額定電壓處理；    d、安裝前要確認電容器的額定容量、電壓和極性；    e、掉在地面的電容器不要使用；    f、變形的電容器不要使用；    g、電容器的正負引線間距應(yīng)與PCB板焊孔的位置相吻合。若將電容器強行插入孔距不配套的電路板，會有應(yīng)力作用于引出線，會導(dǎo)致電容器短路或漏電流上升；    h、安裝時把電容器引腳或焊針插入PCB板，直到電容器底部貼到PCB板表面（引腳過長會帶來ESL）；i、 不要施加超過規(guī)定的機械壓力,或擠壓電容器。當拉力施加到電容器引出線，該拉力將作用于電容器內(nèi)部，會導(dǎo)致電容器內(nèi)部短路，開路或漏電流上升。在電容器焊裝到電路板，不強烈搖動電容器。    電容低電壓失效的機理    在電路設(shè)計中，有一種常見的認識，“器件的裕度設(shè)計在沒有把握的情況下，余量盡可能大就會可靠”，事實上這個觀點是錯誤的。對于安規(guī)電容來說，耐壓余量留的太大，也會導(dǎo)致一種失效，稱之為“低電壓失效”。    低電壓失效的機理是介質(zhì)