电容基础知识

Frank,.,Date:Aug.13,2006,认知电容初级篇Frank.YaoAug.13,2007,Frank,.,Date:Aug.13,2006,内容提纲,概念定义电容的分类认识不同的电容不同种类电容的剖析电容的特性参赛电容的温度特性电容的频率特性电解电容的失效问题,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容的定义,电容器就是一种存储电荷的容器，简称电容。它是一种储能元件，在电路中用于滤波、耦合、隔直、旁路、调谐、能量转换和延时等。属于全球用量最大的电子元器件之一，基本可以说有电路的地方就会有电容。,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容的定义,电容的基本公式是,等效模型如下:,显然，减小电容器极板之间的距离(d)和增加极板的截面积(A)将增加电容器的电容量。而低频时电感可忽略不计。,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容的分类,根据不同的标准电容就会有不同的分类，比如可以按照安装形式可以分为插件和贴片，按照极性可以分为有极和无极等等，也可以根据材料分为铝电解、钽电解、瓷片、云母、涤纶等等。今天我们就以我们实验室能找到的电容做一个分类研究介绍：首先还是先看插件的，总共搜集了下图这么一堆，我们一个一个看看他们是哪一类？有什么特性？,Frank,.,Date:Aug.13,2006,分类介绍认识电容1,名称：高频瓷介电容符号：CC电容量：1-6800p额定电压：63-500V主要特点：高频损耗小，稳定性好应用：高频电路名称：低频瓷介电容符号：CT电容量：10p4.7u额定电压：50V-100V主要特点：体积小，价廉，损耗大，稳定性差应用：要求不高的低频电路,Frank,.,Date:Aug.13,2006,分类介绍认识电容2,名称：聚酯（涤纶）电容符号：CL电容量：40p-4u额定电压：63-630V主要特点：小体积，大容量，耐热耐湿，温度特性好，稳定性略差。应用：要求不高的低频振荡电路,Frank,.,Date:Aug.13,2006,分类介绍认识电容3,名称：聚苯乙烯电容符号：CB电容量：10p-1u额定电压：100V-30KV主要特点：稳定，低损耗，体积较大应用：对稳定性和损耗要求较高的电路,Frank,.,Date:Aug.13,2006,分类介绍认识电容4,名称：聚丙烯电容符号：CBB电容量：1000p-10u额定电压：63-2000V主要特点：性能与聚苯乙烯相似但体积小，稳定性略差应用：代替大部分聚苯或云母电容，用于要求较高的电路。,Frank,.,Date:Aug.13,2006,分类介绍认识电容5,名称：云母电容符号：CY电容量：10p0.1u额定电压：100V-7kV主要特点：高稳定性，高可靠性，耐高温，温度系数小应用：高频振荡，脉冲或高温等要求较高的电路,Frank,.,Date:Aug.13,2006,分类介绍认识电容6,名称：铝电解电容符号：CD电容量：0.47u-10000u额定电压：6.3-450V主要特点：体积小，容量大，损耗大，漏电大应用：电源滤波，低频耦合，去耦，旁路等,Frank,.,Date:Aug.13,2006,分类介绍认识电容7,名称：钽电解电容符号：CA电容量：0.1-1000u额定电压：6.3-125V主要特点：体积小，损耗低、漏电小应用：在要求高的电路中代替铝电解电容,Frank,.,Date:Aug.13,2006,分类介绍认识电容8*,名称：独石电容电容量：0.5PF-1UF主要特点：电容量大、体积小、可靠性高、电容量稳定，耐高温耐湿性好等。应用：广泛应用于电子精密仪器。各种小型电子设备作谐振、耦合、滤波、旁路。,独石又叫多层瓷介电容，分两种类型，1型性能较好，但容量小，一般小于0.2U，另一种叫II型，容量大，但性能一般。,Frank,.,Date:Aug.13,2006,分类介绍认识电容9*,名称：陶瓷介质微调电容器符号：可变电容量：0.3-22p主要特点：损耗较小，体积较小应用：精密调谐的高频振荡回路,Frank,.,Date:Aug.13,2006,主要性能参数,指标参数1.标称容量和允许误差2.额定工作电压3.绝缘电阻4.介质损耗特性参数温度特性电压特性频率特性,Frank,.,Date:Aug.13,2006,主要性能参数,标称容量和允许误差电容器储存电荷的能力，常用的单位是F、uF、nF、pF。电容器上标有的电容数是电容器的标称容量。电容器的标称容量和它的实际容量会有误差。常用固定电容允许误差的等级见下表1。常用固定电容的标称容量系列见表2。为了简便起见，大于100pF而小于1uF的电容常常不注单位。没有小数点的，它的单位是pF，有小数点的，它的单位是uF。如有的电容上标有“332”（3300pF）三位有效数字，左起两位给出电容量的第一、二位数字，而第三位数字则表示在后加0的个数，单位是pF。,Frank,.,Date:Aug.13,2006,主要性能参数,标称容量和允许误差（表1）,常用固定电容允许误差的等级,Frank,.,Date:Aug.13,2006,主要性能参数,标称容量和允许误差（表2）,Frank,.,Date:Aug.13,2006,主要性能参数,2.额定工作电压在规定的工作温度范围内，电容长期可靠地工作，它能承受的最大直流电压，就是电容的耐压，也叫做电容的直流工作电压。如果在交流电路中，要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值。常用的固定电容工作电压有6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、250V、400V、630V、1000V。,Frank,.,Date:Aug.13,2006,主要性能参数,3.绝缘电阻由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体，它的电阻不是无限大，而是一个有限的数值，一般在1000兆欧以上，电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻，或者叫做漏电电阻，大小是额定工作电压下的直流电压与通过电容的漏电流的比值。漏电电阻越小，漏电越严重。电容漏电会引起能量损耗，这种损耗不仅影响电容的寿命，而且会影响电路的工作。因此，漏电电阻越大越好。,Frank,.,Date:Aug.13,2006,主要性能参数,4.介质损耗电容器在电场作用下消耗的能量，通常用损耗功率和电容器的无功功率之比，即损耗角的正切值表示。损耗角越大，电容器的损耗越大，损耗角大的电容不适于高频情况下工作。,Frank,.,Date:Aug.13,2006,常用电容的主要性能参数,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容剖析,1瓷片,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容剖析,1瓷片,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容剖析,2涤纶,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容剖析,4聚丙稀,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容剖析,5云母,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容剖析,6电解,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容剖析,7钽电解,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容剖析,8独石,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究-瓷片,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究-瓷片,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究-瓷片,从上面两个瓷片电容的温度特性可以发现103瓷片的电容值25oC时12.63nF,到100oC时却只有4.36nF,下降了65.4%.而102的瓷片电容25oC时位1061pF,到100oC时为918pF,下降13.5%.都是瓷片,为什么温度特性就有这么大的差异呢?!,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究-瓷片,图解区别,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究-瓷片,从上面几张图片可以发现几个问题;1.102内部电极比103的还要大2.102中的介质是黄色的,而103中的介质是黑色的.3.回头看看外观,发现103的颜色比102深.所有我们可以作出如下结论:这两个电容中使用了不同的电介质,所以具有不同的温度特性.我们这个结论有没有其它依据呢?,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究-瓷片,陶瓷电容器种类:依照细部材质,形状,及功能特性可再区分为Class-1(T.C.Type)温度补偿型,Class-2(Hi-KType)高诱电型,Class-3(S.C.Type)半导体型等.按照行业的名称分为NPO材质系列；X7R材质系列；Y5V材质系列；X5R材质系列；Z5U材质系列NPO材质系列NPO(COG):一类电介质（Class-1），电气性能最稳定，基本上不随温度、电压与时间的改变而改变，适用于对稳定性要求高的高频电路。事实上我们经常说到的精密电容，就是这一种，因为其他材质电容的容值随温度变化误差较大。NPO材质电容温度特性55125|容值变化|30PPM/C(PPM为百万分之一)。,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究-瓷片,X7R材质系列X7R(2X1):二类电介质，电气性能较稳定，在温度电压与时间改变时性能的变化并不显著，适用于隔直，偶合旁路与对容量稳定性要求不太高的全频鉴电路。由于X7R是一种强电介质，因而能造出容量比NPO介质更大的电容。X7R材质电容温度特性55125|容值变化|15%老化特性10年小于1%X5R材质系列X5R:二类电介质，类似X7R,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究-瓷片,Y5V&Z5U材质系列Y5V(2F4)(Z5U):三类电介质，具有较高的介电常数，常用于生产比容较大的、标称容量较高的大容量电容器产品，但其容量稳定性较X7R差，容量、损耗对温度、电压等测试条件较敏感。温度特性：308582%容值变化+22%老化特性：10年5%以上可见1类材料最好,那为什么不都用一类材料来做呢?!,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究-瓷片,陶瓷电容器容量范围a、T/Ctype(一类材料)的电容量范围为1pF-680pF,测试频率为1MHz.b、Hi-Ktype(二类材料)的电容量范围为100pF-0.047uF,测试频率为1KHz.c、S/Ctype(三类材料)的电容量范围为0.01uF-0.33uF.,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究涤纶,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究涤纶,涤纶电容的温度特性可见涤纶电容的温度特性比较平坦,超过70oC的时候才开始略有上升,25oC时容量为3.45nF,而100oC时为3.79nF,变化率为9.85%.,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究聚丙稀,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究聚丙稀,聚丙稀电容的温度特性可见聚丙稀电容的温度特性也很好,25oC时3.54nF,而100oC时为3.70nF,变化率仅为4.52%,超过了涤纶电容.,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究独石,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究独石,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究独石,独石电容的温度特性可见两种独石电容也是温度差距非常大,绿色的204从25oC到100oC变化了18.7%,而黄色的224从25oC到100oC则变化了70%.,这就是1类材料和2类材料的问题。,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究其它,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究曲线比较,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容温度特性研究资料回顾,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容频率特性研究,对于不同的频率电容特性会不会有所改变呢？不同的电容频率特性又如何呢？我们使用中应该如何选择呢？电容真的和右图等效吗？,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容频率特性研究-102,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容频率特性研究-103,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容频率特性研究-104,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容频率特性研究-104L,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容频率特性研究-104L,104,104L（长腿）,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容频率特性研究,注：以上数据使用的HP4195网络分析仪测试得出，能测试的频率范围是100KHz到500MHz,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电容频率特性研究-资料,资料来自现任中国电子学会电子产业战略研究分会委员，清华大学工程物理系兼职教授,北京交通大学兼职教授白同云的电磁兼容讲义。,Frank,.,Date:Aug.13,2006,电解电容的失效问题,电解电容的概况重要性：多用于电源滤波，一旦短路，后果严重优点：电容量大，价格低缺点