電容的基礎(chǔ)知識(shí)

 

1.電容的分類和作用

 

電容由兩個(gè)金屬極，中間夾有絕緣材料（介質(zhì)）構(gòu)成。由于絕緣材料的不同，所構(gòu)成的電容器的種類也有所不同：

 

（1）按結(jié)構(gòu)可分為：固定電容，可變電容，微調(diào)電容。

 

（2）按介質(zhì)材料可分為：氣體介質(zhì)電容，液體介質(zhì)電容，無機(jī)固體介質(zhì)電容，有機(jī)固體介質(zhì)電容電解電容。

 

（3）按極性分為：有極性電容和無極性電容。 我們最常見到的就是電解電容。

 

（4）電容在電路中具有隔斷直流電，通過交流電的作用。

 

 

2.電容的符號(hào)

 

電容的符號(hào)同樣分為國內(nèi)標(biāo)表示法和國際電子符號(hào)表示法，但電容符號(hào)在國內(nèi)和國際表示都差不多，唯一的區(qū)別就是在有極性電容上，國內(nèi)的是一個(gè)空筐下面一根橫線，而國際的就是普通電容加一個(gè)“+”符號(hào)代表正極。

 

在電路圖示中，電容一般用C符號(hào)標(biāo)識(shí)。

 

3.電容的單位

 

電阻的基本單位是：F （法），此外還有μF（微法）、nF（納法）、pF（皮法），由于電容 F 的容量非常大，所以我們看到的一般都是μF、nF、pF,而不是F. 他們之間的具體換算如下：

 

1F=1000000μF

 

1μF=1000nF=1000000pF

 

4.電容的耐壓 單位：V（伏特）

 

每一個(gè)電容都有它的耐壓值，這是電容的重要參數(shù)之一。普通無極性電容的標(biāo)稱耐壓值有：63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V等，有極性電容的耐壓值相對(duì)要比無極性電容的耐壓要低，一般的標(biāo)稱耐壓值有：4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V、100V、220V、400V等。

 

5.電容的種類

 

電容的種類有很多，可以從原理上分為：無極性可變電容、無極性固定電容、有極性電容等，從材料上可以分為：CBB電容（聚乙烯），滌綸電容、瓷片電容、云母電容、獨(dú)石電容、電解電容、鉭電容等。

 

電路中電容選擇的技巧

 

有了上面的電容基礎(chǔ)知識(shí)做鋪墊，下面我們就來比較一下幾種電容的區(qū)別和特點(diǎn)，總結(jié)一下在實(shí)際電路中選擇電容的一些技巧。

 

（1）鋁電解電容。其主要的組成部分就是鋁箔和電解液。簡單的了解鋁電解電容的生產(chǎn)工藝，即把鋁箔卷成柱狀，注入液態(tài)電解質(zhì)，再引出正負(fù)兩個(gè)端子，然后把電容的芯材密封在金屬外殼里。液態(tài)電解液中存在一定比例的水，當(dāng)電容上有漏電流流過的情況下，水可以被分解為氫氣和氧氣，氧氣通過氧化反應(yīng)可以與陽極形成新的氧化膜，氫氣通過電容的橡膠塞排出。這樣不至于損壞電容。生產(chǎn)工藝簡單，成本低是鋁電解電容的一個(gè)特點(diǎn)。除此之外，鋁電解電容還有以下特點(diǎn)：

 

a. 由于密封殼不是完全的密封，電解液會(huì)容易干涸，因此鋁電解電容的使用壽命有限；

 

b. 由于電解液中水的存在，影響了鋁電解電容在高溫和低溫環(huán)境下的使用性能；

 

c. 工藝特性原因，鋁電解電容的ESR,ESL比較難做小，因此鋁電解電容的自諧振頻率點(diǎn)通常都比較低，大致在幾十KHz到幾MHz范圍；

 

d. 鋁電解電容的容量與鋁箔的尺寸正相關(guān)，容量可以做的很大，容量越大電容尺寸越大。

 

根據(jù)以上特性，鋁電解電容被廣泛應(yīng)用在低頻的濾波場合，特別是在幾十KHz到幾MHz的環(huán)境，比如電源的輸出濾波，我們經(jīng)?？吹降亩际卿X電解電容的身影。在使用鋁電解電容的時(shí)候，要注意電容耐壓滿足電路需求。另外，在其他要求不嚴(yán)格的情況下，容量可以盡量選擇大一些，容量越大ESR越小，更容易滿足電路目標(biāo)阻抗的要求。在某些高溫使用環(huán)境，盡量避免選擇小體積小容量的鋁電解電容，以免由于溫度過高電解液揮發(fā)干涸造成電容失效影響到整個(gè)電路的工作。

 

（2）濾波電容。整流后由于濾波用的電容器容量較大，故必須使用電解電容。濾波電容用于功率放大器時(shí)，其值應(yīng)為10000μF 以上，用于前置放大器時(shí)，容量為 1000μF 左右即可。當(dāng)電源濾波電路直接供給放大器工作時(shí)，其容量越大音質(zhì)越好。但大容量的電容將使阻抗從 10KHz 附近開始上升。這時(shí)應(yīng)采取幾個(gè)稍小電容并聯(lián)成大電容同時(shí)也應(yīng)并聯(lián)幾個(gè)薄膜電容，在大電容旁以抑制高頻阻抗的上升。濾波電容的特點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：

 

a. 諧波濾波器回路由電容器串聯(lián)電抗器組成，在某一諧波階次形成最低阻抗，用以吸收大量諧波電流，電容器的質(zhì)量會(huì)影響諧波濾波器的穩(wěn)定吸收效果，電容器的使用壽命跟溫度有很大的關(guān)系，溫度越高壽命越低，濾波全膜電容器具有溫升低等特點(diǎn)，可以保證其使用壽命；

 

b. 損耗低，介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）：≤0.0003;

 

c. 符合GB、IEC標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)部單體電容器均附裝保護(hù)裝置；

 

d. 體積小且重量輕，搬運(yùn)安裝極為方便。

 

根據(jù)濾波電容的特點(diǎn)我們可以了解到濾波電容是并聯(lián)在整流電源電路輸出端，用以降低交流脈動(dòng)波紋系數(shù)、平滑直流輸出的一種儲(chǔ)能器件。在使用將交流轉(zhuǎn)換為直流供電的電子電路中，濾波電容不僅使電源直流輸出平穩(wěn)，降低了交變脈動(dòng)波紋對(duì)電子電路的影響，同時(shí)還可吸收電子電路工作過程中產(chǎn)生的電流波動(dòng)和經(jīng)由交流電源串入的干擾，使得電子電路的工作性能更加穩(wěn)定。

 

（3）鉭電容。鉭電容是另外一種使用廣泛的電容，同鋁電解電容一樣，鉭電容也是一種電解電容。其主要的工藝流程是將鉭粉壓制成型后燒結(jié)成多孔的實(shí)心塊，經(jīng)過陽極化處理形成氧化膜，然后覆上固體電解質(zhì)，再覆上一層石墨及鉛錫涂層，最后用樹脂封裝成型為固體的鉭電容。鉭電容具有如下特點(diǎn)：

 

a. 與鋁電解電容不同，鉭電容的電解質(zhì)為固體，所以不存在電解液干涸的問題，壽命會(huì)有所提高；

 

b. 由于采用的固體電解質(zhì)，其容量溫度特性比較穩(wěn)定，因此溫度對(duì)電容容量的影響較小，高低溫性能優(yōu)于鋁電解電容；

 

c. 鉭電解電容可以做到較大容量下較小的封裝，因此ESR,ESL都可以控制的比較小，其自諧振頻率比鋁電解電容要高；

 

d. 工藝上比鋁電解電容復(fù)雜，成本較高。

 

通過比較我們可以發(fā)現(xiàn)，鉭電容有很多鋁電解電容不具備的優(yōu)點(diǎn)，在某些濾波的使用場景鉭電容可以很好的替代鋁電解電容。但是有幾個(gè)需要注意的點(diǎn)：由于鉭電容的結(jié)構(gòu)決定了，鉭電容的耐壓普遍不高，在實(shí)際電路重要注意鉭電容的耐壓要求，并留有一定余量。在對(duì)付電源上電瞬間大電流沖擊和和大的電壓瞬變方面鉭電容沒有鋁電解電容優(yōu)秀。溫度對(duì)鉭電容的影響很小，在實(shí)際使用中我們可以忽略溫度對(duì)鉭電容的影響。

 

（4）瓷片電容。瓷片電容是我們?cè)趯?shí)際電路中使用最多的電容，其結(jié)構(gòu)比較簡單，就是把瓷片交替疊在一起燒結(jié)而成。體積小成本低，使用廣泛。其只要特點(diǎn)有：

 

a. 尺寸小。瓷片電容結(jié)構(gòu)簡單，尺寸可以做到很小，0402甚至0201封裝的瓷片電容廣泛應(yīng)用在像手機(jī)這樣對(duì)尺寸有嚴(yán)格要求的場合；

 

b. 電性能穩(wěn)定，溫度影響較小；

 

c. ESR,ESL值很低，自諧振頻率較高，可應(yīng)用于PCB上幾MHz到1GHz的濾波要求；

 

d. 由于多層的結(jié)構(gòu)特性和封裝原因，抵抗彎曲能力較差，PCB彎曲變形有可能引起電容開裂失效。

 

根據(jù)以上器件特性，瓷片電容除了應(yīng)用于濾波場景以外，還廣泛應(yīng)用于隔直，耦合，旁路等多種應(yīng)用場合。其工作頻率較電解電容有很大提高，能滿足幾MHz到1GHz的應(yīng)用環(huán)境。

 

 

推薦閱讀：