电容基础知识[稻谷书屋]

1、 www.pti- 认知电容认知电容初级篇初级篇 Frank.Yao Aug.13, 2007 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 内容提纲内容提纲 概念定义概念定义 电容的分类电容的分类 认识不同的电容认识不同的电容 不同种类电容的剖析不同种类电容的剖析 电容的特性参赛电容的特性参赛 电容的温度特性电容的温度特性 电容的频率特性电容的频率特性 电解电容的失效问题电解电容的失效问题 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容的定义电容的定义 电容器就是一种存储电荷的容器，简称电容。电容器就是一种存储电荷的容器，简称电容。它是它是 一种储能元

2、件，在电路中用于滤波、耦合、隔直、旁路、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。器件之一，基本可以说有电路的地方就会有电容。 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容的定义电容的定义 电容的基本公式是电容的基本公式是 等效模型如下等效模型如下: 显然，减小电显然，减小电 容器极板之间的距容器极板之间的距 离离(d)和增加极板和增加极板 的截面积的截面积(A)将增将增 加电容器的电容量。加电容器的电容量。 而低频时电

3、感可忽而低频时电感可忽 略不计。略不计。 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容的分类电容的分类 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、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，到的电容做一个分类研究介绍：首先还是

4、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？一类？有什么特性？ Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 分类介绍分类介绍认识电容认识电容 1 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 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti

5、- 分类介绍分类介绍认识电容认识电容 2 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 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 分类介绍分类介绍认识电容认识电容 3 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 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 分类介绍分类介绍认识电容认识电容 4 4 名称

6、：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。 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 分类介绍分类介绍认识电容认识电容 5 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 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 分类介绍分类介绍认识电容认识电容 6 6 名称：铝电解

7、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 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 分类介绍分类介绍认识电容认识电容 7 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 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 分类介绍分类介绍认识电容认识电容 8 8* * 名称：独石电容 电容量：0.5PF-1UF 主要特点：

8、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。 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 分类介绍分类介绍认识电容认识电容 9 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 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 主要性能参数主要性能参数 指标参数

9、指标参数 1. 标称容量和允许误差标称容量和允许误差 2. 额定工作电压额定工作电压 3. 绝缘电阻绝缘电阻 4. 介质损耗介质损耗 特性参数特性参数 1. 温度特性温度特性 2. 电压特性电压特性 3. 频率特性频率特性 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 主要性能参数主要性能参数 1. 标称容量和允许误差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。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。常量。电容器的标称容量和它

10、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用固定电容允许误差的等级见下表1。常用固定电容。常用固定电容 的标称容量系列见表的标称容量系列见表2。为了简便起见，大于。为了简便起见，大于100pF 而小于而小于1uF的电容常常不注单位。没有小数点的，它的电容常常不注单位。没有小数点的，它 的单位是的单位是 pF，有小数点的，它的单位是，有小数点的，它的单位是uF。如有的。如有的 电容上标有电容上标有“332”（3300pF）三位有效数字，左起）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 表示在后加表示在后加0的个数，

11、单位是的个数，单位是pF。 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 主要性能参数主要性能参数 1. 标称容量和允许误差标称容量和允许误差 （表（表1） 允许 误差 2 % 5 % 10 % 20 % (+20% -30%) (+50%- 20%) (+100 %- 10%) 级 别 02 常用固定电容允许误差的等级常用固定电容允许误差的等级 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 主要性能参数主要性能参数 1. 标称容量和允许误差标称容量和允许误差 （表（表2） 电容类别 允许误差容量范围标称容量系列 纸介电容、金属化纸介电容、纸 膜复合介质电容

12、、低频（有极性） 有机薄膜介质电容 5% 10% 20% 100pF-1uF1.04.76.8 1uF-100uF 1246810152030 506080100 高频（无极性）有机薄膜介质电 容、瓷介电容、玻璃釉电容、云 母电容 5% 1pF-1uF 2.0 4.3 8.29.1 10% 1.02.22.7 20%1.04.76.8 铝、钽、铌、钛电解电容 10% 20% +50/-20% +1

13、00/-10% 1uF- 1000000uF 1.04.76.8 (容量单位uF) Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 主要性能参数主要性能参数 2. 额定工作电压额定工作电压 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，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，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

14、容工作电压有工作电压值。常用的固定电容工作电压有 6.3V、 10V、16V、25V、50V、63V、100V、250V、 400V、630V、1000V。 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 主要性能参数主要性能参数 3. 绝缘电阻绝缘电阻 由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体，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，一般它的电阻不是无限大，而是一个有限的数值，一般 在在1000兆欧以上，电容两极之间的电阻叫做绝缘电兆欧以上，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阻，或者叫做漏电电阻，

15、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。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。因此，漏电电阻越大越好。 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 主要性能参数主要性能参数 4.介质损耗介质损耗 电容器在电场作用下消耗的能量，通常用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，即损耗角的正切值功率和电容器的

16、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。的电容不适于高频情况下工作。 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 常用电容的主要性能参数常用电容的主要性能参数 电容种类容量范围 直流工作电压 （V） 运用频率（MHz）准确度 漏电电阻 （M） 中小型纸介电容470pF-0.22uF63-6308以下-5000 金属壳密封纸介电容0.01uF-10uF250-1600直流，脉动直流-1000-5000 中小型金属化纸介电容0.01uF-0.22uF160、250、40

17、08以下-2000 金属壳密封金属化纸介电容0.22uF-30uF160-1600直流，脉动电流-30-5000 薄膜电容3pF-0.1uF63-500高频、低频-10000 云母电容10pF-0.51uF100-700075-250以下02-10000 瓷介电容1pF-0.1uF63-630低频、高频02-10000 铝电解电容1uF-10000uF4-500直流，脉动直流 钽、铌电解电容0.47uF-1000uF6.3-160直流，脉动直流 瓷介微调电容2/7pF-7/25pF250-500高频1000-10000 可变电容7pF-1100pF100以上低频，高频500 Date: Aug

18、.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容剖析电容剖析 1 瓷片瓷片 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容剖析电容剖析 1 瓷片瓷片 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容剖析电容剖析 2 涤纶涤纶 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容剖析电容剖析 4 聚丙稀聚丙稀 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容剖析电容剖析 5 云母云母 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容剖析电容剖析 6 电解电解 Date: Aug.13, 2006参

19、考幻灯 www.pti- 电容剖析电容剖析 7 钽电解钽电解 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容剖析电容剖析 8 独石独石 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究-瓷片瓷片 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究-瓷片瓷片 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究-瓷片瓷片 从上面两个瓷片电容的温度特性可以发现从上面两个瓷片电容的温度特性可以发现103瓷片的电瓷片的电 容值容值25oC时时1

20、2.63nF,到到100oC时却只有时却只有4.36nF,下降了下降了 65.4%. 而而102的瓷片电容的瓷片电容25oC时位时位1061pF, 到到100oC时为时为 918pF, 下降下降13.5%. 都是瓷片都是瓷片,为什么温度特性就有这么大的差异呢为什么温度特性就有这么大的差异呢?! Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究-瓷片瓷片 图解区别 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究-瓷片瓷片 从上面几张图片可以发现几个问题从上面几张图片可以发现几个问题; 1. 102内

21、部电极比内部电极比103的还要大的还要大 2. 102中的介质是黄色的中的介质是黄色的,而而103中的介质是黑色的中的介质是黑色的. 3. 回头看看外观回头看看外观,发现发现103的颜色比的颜色比102深深. 所有我们可以作出如下结论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这两个电容中使用了不同的电介质,所以具有不同的温所以具有不同的温 度特性度特性. 我们这个结论有没有其它依据呢我们这个结论有没有其它依据呢? Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究-瓷片瓷片 陶瓷电容器种类陶瓷电容器种类: 依照细部材质依照细部材质,

22、 形状形状, 及功能特性可再区分为及功能特性可再区分为Class-1 (T.C. Type)温度补偿型温度补偿型, Class-2 (Hi-K Type)高诱电型高诱电型, Class-3 (S.C. Type)半导体型等半导体型等. 按照行业的名称分为按照行业的名称分为 NPO材质系列；材质系列；X7R材质系列；材质系列；Y5V材质材质 系列；系列；X5R材质系列；材质系列；Z5U材质系列材质系列 NPO材质系列材质系列 NPO (COG):一类电介质（一类电介质（Class-1），电气性能最稳定，），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，适用于对稳定性要基本上不随温度、

23、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，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。因为其他材质电容的容值随温度变化误差较大。 NPO材质电容温度特性材质电容温度特性 55125 |容值变化容值变化| 30PPM/C (PPM为百万分之一为百万分之一)。 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究-瓷片瓷片 X7R材质系列材质系列 X7R (2X1):二类电介质，电气性能较稳定，在温度电压与二类电介质，电气性能较稳定，在温度

24、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，是一种强电介质， 因而能造出容量比因而能造出容量比NPO介质更大的电容。介质更大的电容。 X7R材质电容温度特性材质电容温度特性 55125 |容值变化容值变化| 15% 老老 化特性化特性 10年小于年小于1% X5R材质系列材质系列 X5R :二类电介质，类似二类电介质，类似X7R Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究

25、-瓷片瓷片 Y5V&Z5U材质系列材质系列 Y5V (2F4)(Z5U):三类电介质，具有较高的介电常数，常三类电介质，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 容量稳定性较容量稳定性较X7R差，容量、损耗对温度、电压等测试条件较敏差，容量、损耗对温度、电压等测试条件较敏 感。感。 温度特性：温度特性： 3085 82% 容值变化容值变化 +22% 老化特性：老化特性： 10年年 5% 以上可见以上可见1类材料最好类材料最好,那为什么不都用一类材料来做呢那为什么不都用一类材料来做呢?! Date:

26、Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究-瓷片瓷片 陶瓷电容器容量范围陶瓷电容器容量范围 a、T/C type(一类材料一类材料)的电容量范围为的电容量范围为1 pF-680pF, 测试频率为测试频率为1MHz. b、Hi-K type(二类材料二类材料)的电容量范围为的电容量范围为100pF- 0.047uF, 测试频率为测试频率为1KHz. c、S/C type(三类材料三类材料)的电容量范围为的电容量范围为0.01uF- 0.33uF. Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究涤纶涤纶 D

27、ate: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究涤纶涤纶 涤纶电容的温度特性涤纶电容的温度特性 可见涤纶电容的温度特性比较平坦可见涤纶电容的温度特性比较平坦,超过超过70oC的时候才的时候才 开始略有上升开始略有上升,25oC时容量为时容量为3.45nF, 而而100oC时为时为 3.79nF, 变化率为变化率为9.85%. Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究聚丙稀聚丙稀 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究聚丙稀聚丙稀 聚丙稀

28、电容的温度特性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可见聚丙稀电容的温度特性也很好,25oC时时3.54nF, 而而100oC时为时为3.70nF, 变化率仅为变化率仅为4.52%, 超过了涤纶超过了涤纶 电容电容. Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究独石独石 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究独石独石 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究独石独石 独石电容的温度特性独石电容的温度特性 可见两种独石

29、电容也是温度差距非常大可见两种独石电容也是温度差距非常大,绿色的绿色的 204从从25oC到到100oC变化了变化了18.7%, 而黄色的而黄色的224从从 25oC到到100oC则变化了则变化了70%. 这就是这就是1类材料和类材料和 2类材料的问题。类材料的问题。 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究其它其它 类别类别25oC容量容量100oC容量容量变化率变化率 云母云母 100pF102.8pF108.8pF5.84% 蓝色高压瓷片蓝色高压瓷片 331/1KV292pF300pF2.74% 橙色橙色0.1uF 106.0nF1

30、06.2nF0.02% 蓝色蓝色224/400V0.227uF0.231uF1.76% 黄色黄色CBB 154/275VAC0.147uF0.144uF-2.04% 电解电容电解电容10uF/25V10.75uF11.32uF5.30% 电解电容电解电容100uF/16V108.4uF118.6uF9.41% 黑色钽电容黑色钽电容47uF/16V49.2uF52.4uF6.50% 黄色钽电容黄色钽电容47uF47.5uF50.8uF6.95% Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究曲线比较曲线比较 Date: Aug.13, 2006参

31、考幻灯 www.pti- 电容温度特性研究电容温度特性研究资料回顾资料回顾 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容频率特性研究电容频率特性研究 对于不同的频率电容特性会不会有所改变呢？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？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？我们使用中应该如何选择呢？ 电容真的和右图等效吗？电容真的和右图等效吗？ Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容频率特性研究电容频率特性研究-102 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容频率特性研究

32、电容频率特性研究-103 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容频率特性研究电容频率特性研究-104 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容频率特性研究电容频率特性研究-104L Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容频率特性研究电容频率特性研究-104L 104 104L（长腿） Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容频率特性研究电容频率特性研究 电容电容谐振频率谐振频率 独石独石1051.21MHz 瓷片瓷片104（长腿）（长腿）6.10MHz 瓷片瓷片10411.16M

33、Hz 瓷片瓷片10329.34MHz 瓷片瓷片10250.99MHz 瓷片瓷片100p155.92MHz 瓷片瓷片20p380.23MHz 瓷片瓷片5p（长腿）（长腿）423.96MHz 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 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电容频率特性研究电容频率特性研究-资料资料 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。 Date: Aug.13, 2006参考幻灯 www.pti- 电解电容的失效问题电解电容的失效问题 电解电容的概况电解电容的概况 重要