電容基礎知識

認知電容—初級篇Frank.YaoAug.13,2007Frank1內(nèi)容提綱概念定義電容的分類認識不同的電容不同種類電容的剖析電容的特性參賽電容的溫度特性電容的頻率特性電解電容的失效問題Frank2電容的定義

電容器就是一種存儲電荷的容器，簡稱電容。它是一種儲能元件，在電路中用于濾波、耦合、隔直、旁路、調(diào)諧、能量轉換和延時等。屬于全球用量最大的電子元器件之一，基本可以說有電路的地方就會有電容。

Frank3電容的定義

電容的基本公式是等效模型如下:顯然，減小電容器極板之間的距離(d)和增加極板的截面積(A)將增加電容器的電容量。而低頻時電感可忽略不計。Frank4電容的分類

根據(jù)不同的標準電容就會有不同的分類，比如可以按照安裝形式可以分為插件和貼片，按照極性可以分為有極和無極等等，也可以根據(jù)材料分為鋁電解、鉭電解、瓷片、云母、滌綸等等。今天我們就以我們實驗室能找到的電容做一個分類研究介紹：首先還是先看插件的，總共搜集了下圖這么一堆，我們一個一個看看他們是哪一類？有什么特性？

Frank5分類介紹—認識電容1

名稱：高頻瓷介電容

符號：CC

電容量：1--6800p

額定電壓：63--500V

主要特點：高頻損耗小，穩(wěn)定性好

應用：高頻電路名稱：低頻瓷介電容

符號：CT

電容量：10p—4.7u

額定電壓：50V--100V

主要特點：體積小，價廉，損耗大，穩(wěn)定性差

應用：要求不高的低頻電路Frank6分類介紹—認識電容2

名稱：聚酯（滌綸）電容

符號：CL

電容量：40p--4u

額定電壓：63--630V

主要特點：小體積，大容量，耐熱耐濕，溫度特性好，穩(wěn)定性略差。

應用：要求不高的低頻振蕩電路Frank7分類介紹—認識電容3

名稱：聚苯乙烯電容

符號：CB

電容量：10p--1u

額定電壓：100V--30KV

主要特點：穩(wěn)定，低損耗，體積較大

應用：對穩(wěn)定性和損耗要求較高的電路Frank8分類介紹—認識電容4

名稱：聚丙烯電容

符號：CBB

電容量：1000p--10u

額定電壓：63--2000V

主要特點：性能與聚苯乙烯相似但體積小，穩(wěn)定性略差

應用：代替大部分聚苯或云母電容，用于要求較高的電路。Frank9分類介紹—認識電容5

名稱：云母電容

符號：CY

電容量：10p—0.1u

額定電壓：100V--7kV

主要特點：高穩(wěn)定性，高可靠性，耐高溫，溫度系數(shù)小

應用：高頻振蕩，脈沖或高溫等要求較高的電路Frank10分類介紹—認識電容6

名稱：鋁電解電容

符號：CD

電容量：0.47u--10000u

額定電壓：6.3--450V

主要特點：體積小，容量大，損耗大，漏電大

應用：電源濾波，低頻耦合，去耦，旁路等Frank11分類介紹—認識電容7

名稱：鉭電解電容符號：CA

電容量：0.1--1000u

額定電壓：6.3--125V

主要特點：體積小，損耗低、漏電小

應用：在要求高的電路中代替鋁電解電容Frank12分類介紹—認識電容8*名稱：獨石電容

電容量：0.5PF--1UF主要特點：電容量大、體積小、可靠性高、電容量穩(wěn)定，耐高溫耐濕性好等。應用：廣泛應用于電子精密儀器。各種小型電子設備作諧振、耦合、濾波、旁路。獨石又叫多層瓷介電容，分兩種類型，1型

性能較好，但容量小，一般小于0.2U，另一種叫

II型，容量大，但性能一般。Frank13分類介紹—認識電容9*

名稱：陶瓷介質(zhì)微調(diào)電容器

符號：

可變電容量：0.3--22p

主要特點：損耗較小，體積較小

應用：精密調(diào)諧的高頻振蕩回路Frank14主要性能參數(shù)指標參數(shù)1.標稱容量和允許誤差2.額定工作電壓3.絕緣電阻4.介質(zhì)損耗特性參數(shù)溫度特性電壓特性頻率特性Frank15主要性能參數(shù)標稱容量和允許誤差電容器儲存電荷的能力，常用的單位是F、uF、nF

、

pF。電容器上標有的電容數(shù)是電容器的標稱容量。電容器的標稱容量和它的實際容量會有誤差。常用固定電容允許誤差的等級見下表1。常用固定電容的標稱容量系列見表2。為了簡便起見，大于100pF而小于1uF的電容常常不注單位。沒有小數(shù)點的，它的單位是pF，有小數(shù)點的，它的單位是uF。如有的電容上標有“332”（3300pF）三位有效數(shù)字，左起兩位給出電容量的第一、二位數(shù)字，而第三位數(shù)字則表示在后加0的個數(shù)，單位是pF。

Frank16主要性能參數(shù)標稱容量和允許誤差（表1）

允許誤差±2%±5%±10%±20%(+20%-30%)(+50%-20%)(+100%-10%)級別

02ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ常用固定電容允許誤差的等級

Frank17主要性能參數(shù)標稱容量和允許誤差（表2）

電容類別允許誤差容量范圍標稱容量系列紙介電容、金屬化紙介電容、紙膜復合介質(zhì)電容、低頻（有極性）有機薄膜介質(zhì)電容5%

±10%

±20%100pF-1uF1.01.52.23.34.76.81uF-100uF1246810152030

506080100高頻（無極性）有機薄膜介質(zhì)電容、瓷介電容、玻璃釉電容、云母電容5%1pF-1uF1.11.21.31.51.61.82.0

2.42.73.03.33.63.94.3

4.75.15.66.26.87.58.29.110%1.01.21.51.82.22.7

3.33.94.75.66.88.220%1.01.52.23.34.76.8鋁、鉭、鈮、鈦電解電容10%

±20%

+50/-20%

+100/-10%1uF-1000000uF1.01.52.23.34.76.8

(容量單位uF)Frank18主要性能參數(shù)2.額定工作電壓在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)，電容長期可靠地工作，它能承受的最大直流電壓，就是電容的耐壓，也叫做電容的直流工作電壓。如果在交流電路中，要注意所加的交流電壓最大值不能超過電容的直流工作電壓值。常用的固定電容工作電壓有6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、250V、400V、630V、1000V。

Frank19主要性能參數(shù)3.絕緣電阻由于電容兩極之間的介質(zhì)不是絕對的絕緣體，它的電阻不是無限大，而是一個有限的數(shù)值，一般在1000兆歐以上，電容兩極之間的電阻叫做絕緣電阻，或者叫做漏電電阻，大小是額定工作電壓下的直流電壓與通過電容的漏電流的比值。漏電電阻越小，漏電越嚴重。電容漏電會引起能量損耗，這種損耗不僅影響電容的壽命，而且會影響電路的工作。因此，漏電電阻越大越好。

Frank20主要性能參數(shù)4.介質(zhì)損耗電容器在電場作用下消耗的能量，通常用損耗功率和電容器的無功功率之比，即損耗角的正切值表示。損耗角越大，電容器的損耗越大，損耗角大的電容不適于高頻情況下工作。

Frank21常用電容的主要性能參數(shù)

電容種類容量范圍直流工作電壓（V）運用頻率（MHz）準確度漏電電阻（>MΩ）中小型紙介電容470pF-0.22uF63-6308以下-Ⅲ>5000金屬殼密封紙介電容0.01uF-10uF250-1600直流，脈動直流Ⅰ>-Ⅲ>1000-5000中小型金屬化紙介電容0.01uF-0.22uF160、250、4008以下Ⅰ>-Ⅲ>2000金屬殼密封金屬化紙介電容0.22uF-30uF160-1600直流，脈動電流Ⅰ>-Ⅲ>30-5000薄膜電容3pF-0.1uF63-500高頻、低頻Ⅰ>-Ⅲ>10000云母電容10pF-0.51uF100-700075-250以下02-Ⅲ>10000瓷介電容1pF-0.1uF63-630低頻、高頻02-Ⅲ>10000鋁電解電容1uF-10000uF4-500直流，脈動直流ⅣⅤ

鉭、鈮電解電容0.47uF-1000uF6.3-160直流，脈動直流ⅢⅣ

瓷介微調(diào)電容2/7pF-7/25pF250-500高頻

>1000-10000可變電容7pF-1100pF100以上低頻，高頻

>500Frank22電容剖析1瓷片

Frank23電容剖析1瓷片

Frank24電容剖析2滌綸

Frank25電容剖析4聚丙稀

Frank26電容剖析5云母

Frank27電容剖析6電解

Frank28電容剖析7鉭電解

Frank29電容剖析8獨石

Frank30電容溫度特性研究--瓷片F(xiàn)rank31電容溫度特性研究--瓷片F(xiàn)rank32電容溫度特性研究--瓷片從上面兩個瓷片電容的溫度特性可以發(fā)現(xiàn)103瓷片的電容值25oC時12.63nF,到100oC時卻只有4.36nF,下降了65.4%.而102的瓷片電容25oC時位1061pF,到100oC時為918pF,下降13.5%.都是瓷片,為什么溫度特性就有這么大的差異呢?!Frank33電容溫度特性研究--瓷片圖解區(qū)別Frank34電容溫度特性研究--瓷片從上面幾張圖片可以發(fā)現(xiàn)幾個問題;1.102內(nèi)部電極比103的還要大2.102中的介質(zhì)是黃色的,而103中的介質(zhì)是黑色的.3.回頭看看外觀,發(fā)現(xiàn)103的顏色比102深.所有我們可以作出如下結論:這兩個電容中使用了不同的電介質(zhì),所以具有不同的溫度特性.我們這個結論有沒有其它依據(jù)呢?Frank35電容溫度特性研究--瓷片陶瓷電容器種類:

依照細部材質(zhì),形狀,及功能特性可再區(qū)分為Class-1(T.C.Type)溫度補償型,Class-2(Hi-KType)高誘電型,Class-3(S.C.Type)半導體型等.

按照行業(yè)的名稱分為NPO材質(zhì)系列；X7R材質(zhì)系列；Y5V材質(zhì)系列；X5R材質(zhì)系列；Z5U材質(zhì)系列

NPO材質(zhì)系列

NPO(COG):一類電介質(zhì)（Class-1），電氣性能最穩(wěn)定，基本上不隨溫度、電壓與時間的改變而改變，適用于對穩(wěn)定性要求高的高頻電路。事實上我們經(jīng)常說到的精密電容，就是這一種，因為其他材質(zhì)電容的容值隨溫度變化誤差較大。

NPO材質(zhì)電容溫度特性－55°～＋125°|容值變化|<30PPM/°C(PPM為百萬分之一)。Frank36電容溫度特性研究--瓷片X7R材質(zhì)系列

X7R(2X1):二類電介質(zhì)，電氣性能較穩(wěn)定，在溫度電壓與時間改變時性能的變化并不顯著，適用于隔直，偶合旁路與對容量穩(wěn)定性要求不太高的全頻鑒電路。由于X7R是一種強電介質(zhì)，因而能造出容量比NPO介質(zhì)更大的電容。

X7R材質(zhì)電容溫度特性－55°～＋125°|容值變化|<15%老化特性10年小于1%

X5R材質(zhì)系列

X5R:二類電介質(zhì)，類似X7R

Frank37電容溫度特性研究--瓷片Y5V&Z5U材質(zhì)系列

Y5V(2F4)(Z5U):三類電介質(zhì)，具有較高的介電常數(shù)，常用于生產(chǎn)比容較大的、標稱容量較高的大容量電容器產(chǎn)品，但其容量穩(wěn)定性較X7R差，容量、損耗對溫度、電壓等測試條件較敏感。

溫度特性：－30°～85°－82%<容值變化<+22%

老化特性：10年5%

以上可見1類材料最好,那為什么不都用一類材料來做呢?!Frank38電容溫度特性研究--瓷片

陶瓷電容器容量范圍

a、T/Ctype(一類材料)的電容量范圍為1pF-680pF,測試頻率為1MHz.

b、Hi-Ktype(二類材料)的電容量范圍為100pF-0.047uF,測試頻率為1KHz.

c、S/Ctype(三類材料)的電容量范圍為0.01uF-0.33uF.

Frank39電容溫度特性研究—滌綸Frank40電容溫度特性研究—滌綸

滌綸電容的溫度特性

可見滌綸電容的溫度特性比較平坦,超過70oC的時候才開始略有上升,25oC時容量為3.45nF,而100oC時為3.79nF,變化率為9.85%.Frank41電容溫度特性研究—聚丙稀Frank42電容溫度特性研究—聚丙稀

聚丙稀電容的溫度特性

可見聚丙稀電容的溫度特性也很好,25oC時3.54nF,而100oC時為3.70nF,變化率僅為4.52%,超過了滌綸電容.Frank43電容溫度特性研究—獨石Frank44電容溫度特性研究—獨石Frank45電容溫度特性研究—獨石

獨石電容的溫度特性

可見兩種獨石電容也是溫度差距非常大,綠色的204從25oC到100oC變化了18.7%,而黃色的224從25oC到100oC則變化了70%.

這就是1類材料和2類材料的問題。Frank46電容溫度特性研究—其它類別25oC容量100oC容量變化率云母100pF102.8pF108.8pF5.84%藍色高壓瓷片331/1KV292pF300pF2.74%橙色0.1uF106.0nF106.2nF0.02%藍色224/400V0.227uF0.231uF1.76%黃色CBB154/275VAC0.147uF0.144uF-2.04%電解電容10uF/25V10.75uF11.32uF5.30%電解電容100uF/16V108.4uF118.6uF9.41%黑色鉭電容47uF/16V49.2uF52.4uF6.50%黃色鉭電容47uF47.5uF50.8uF6.95%Frank47電容溫度特性研究—曲線比較Frank48電容溫度特性研究—資料回顧Frank49電容頻率特性研究

對于不同的頻率電容特性會不會有所改變呢？不同的電容頻率特性又如何呢？我們使用中應該如何選擇呢？電容真的和右圖等效嗎？

Frank50電容頻率特性研究-102Frank51電容頻率特性研究-103Frank52電容頻率特性研究-104Frank53電容頻率特性研究-104LFrank54電容頻率特性研究-104L104104L（長腿）Frank55電容頻率特性研究電容諧振頻率獨石1051.21MHz瓷片104（長腿）6.10MHz瓷片10411.16MHz瓷片10329.34MHz瓷片10250.99MHz瓷片100p155.92MHz瓷片20p380.23MHz瓷片5p（長腿）423.96MHz注：以上數(shù)據(jù)使用的HP4195網(wǎng)絡分析儀測試得出，能測試的頻率范圍是100KHz到500MHzFrank56電容頻率特性研究-資料資料來自現(xiàn)任中國電子學會電子產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略研究分會委員，清華大學工程物理系兼職教授,北京交通大學兼職教授白同云的電磁兼容講義。Frank57電解電容的失效問題電解電容的概況重要性：多用于電源濾波，一旦短路，后果嚴重優(yōu)點：電容量大，價格低缺點：壽命短，漏電流大，易燃延長壽命的方法：降溫使用，選用標稱溫度高的產(chǎn)品Frank58電解電容的失效問題--十度法則溫度應力－時間模型的簡化：十度法則

內(nèi)容：從室溫算起，溫度每升高10度，壽命減半。應用舉例：推算鋁電解電容壽命105C，壽命1000h（標稱值）55C,壽命1000*2e5=32000h35C，壽命1000*2e7=128000h