电容简介及应用

1、电容简介及应用概念电容，就是容纳和释放电荷的电子元器件。电容器存储电荷的能力称为电容量C。电容的本质，就是储存和释放电荷。在理解电容器时，可以将它比喻成一个水缸，水缸用来蓄水，电容器用来存储电荷。大的水缸可以储存更多的水，大容量的电容可以储存更多的电荷。大电容的作用有点像水库，使得原来汹涌的水流平滑地输出，并可以保证下游大量用水时的供应。电容的结构，电容的结构非常简单，主要由两块正负电极和夹在中间的绝缘介质组成，所以电容器类型主要是由电极和绝缘介质决定的。电容器的几个重要特性1. 隔直流特性2. 通交流特性3. 容抗特性电容虽然能够让交流通过，但也存在着阻碍作用。Xc = 1/（*C）= 1/

2、（2*f*C）4. 电容两端电压不能突变特性V=Q/C5. 储能特性理论上电容器不消耗电能，所以电容器中充到的电荷会永远储存在电容器中，只要外电路不存在让电容器放电的条件，电荷就一直储存在电容器中。定义式我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。C=S/d=S/4kd(真空)=Q/U电容的单位是法拉，简称法，符号是F,由于法拉这个单位太大,所以常用的电容单位有毫法(mF)、微法(F)、纳法(nF)和皮法(pF)(皮法又称微微法)等，换算关系是：1法拉(F)= 1000毫法(mF)=1000000微法(F)1微法(F)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF

3、)。电容符号下面是各种电容的原理图符号：基本电容符号，如陶瓷电容 电解电容 云母电容 薄膜电容-有极性电容，电解电容符号,弯片为负极，空心为正极可调电容符号微调电容符号电容的分类按照电容是否有极性分： 无极性电容和有极性电容；按照电容容量是否可变分： 可以分为固定电容、可变电容和微调电容；按照电容的安装方式分: 可以分为直插电容和贴片电容；按照电容的构成材料分： 气体介质电容，液体介质电容，无机固体介质电容，有机固体介质电容电解电容各类电容特性及使用场合电容器主要特性参数1.允许偏差电容器实际电容量与标称电容量的偏差称误差，在允许的偏差范围称精度。精度等级与允许误差对应关系：00（01）-&#

4、177;1%、0（02）-±2%、-±5%、-±10%、-±20%、 -（+20%-10%）、-（+50%-20%）、-（+50%-30%）一般电容器常用、级，电解电容器用、级，根据用途选取。2.额定电压电容器在电路中能够长期稳定、可靠工作，所承受的最大直流电压，又称耐压。对于结构、介质、容量相同的器件，耐压越高，体积越大。如果工作电压超过电容器的耐压，电容器击穿，造成不可修复的永久损坏。3.绝缘电阻用来表明漏电大小的。一般小容量的电容，绝缘电阻很大，在几百兆欧姆或几千兆欧姆。电解电容的绝缘电阻一般较小。相对而言，绝缘电阻越大越好，漏电也小。电容的时间常

5、数：为恰当的评价大容量电容的绝缘情况而引入了时间常数，他等于电容的绝缘电阻与容量的乘积。4. 损耗（DF）在电场的作用下，电容器在单位时间内发热而消耗的能量。这些损耗主要来自介质损耗和金属损耗通常用损耗角正切值来表示。对于电子设备来说，要求夹角愈小愈好，也就是说要求损耗功率小。Tg =P/Q其中P是有功功率,Q是无功功率. 是电容器电流与电压间的相位差的余角.它是电容的重要质量的指标之一.散逸因数dissipation factor (DF) 存在于所有电容器中，DF值越小表明电容损耗越小，性能也就越好。但铝电解电容的损失角相当高。DF值与温度、容量、电压、频率.都有关系；当容量相同时，耐压愈

6、高的DF值就愈低。此外温度愈高DF值愈高，频率愈高DF值也会愈高。5.频率特性电容器的电参数随电场频率而变化的性质。在高频条件下工作的电容器，由于介电常数在高频时比低频时小，电容量也相应减小。损耗也随频率的升高而增加。另外，在高频工作时，电容器的分布参数，如极片电阻、引线和极片间的电阻、极片的自身电感、引线电感等，都会影响电容器的性能。所有这些，使得电容器的使用频率受到限制。6.工作温度范围电容器设计所确定的能连续工作的环境温度范围。有些电容规格是105度，有些是85度。7.电容器的温度特性通常是以 20 基准温度的电容量与有关温度的电容量的百分比表示。8.使用寿命电容器的使用寿命随温度的增加

7、而减小。主要原因是温度加速化学反应而使介质随时间退化。 Lx=L0*10(T0-Ta)/20 Lx = 实际工作寿命 L0 = 保证寿命 T0 = 最高额定温度(850C or 1050C) Ta = 电容器实际工作温度相关计算公式定义式：C=Q/U电容容抗计算公式:Xc = 1/（*C）= 1/（2*f*C）Xc-电容容抗值；欧姆-角频率（2f）-3.1415926；f-频率C-电容值 法拉电容器的电势能：E=CU2/2=QU/2=Q2/2C多电容器并联：C=C1+C2+C3+Cn多电容器串联：1/C=1/C1+1/C2+1/Cn电容的等效串联电阻（ESR）理论上，一个完美的电容，自身不会产

8、生任何能量损失，表现为纯容抗性的无阻抗原件，无论何种频率，电流通过电容都比电压提前正好90度的相位。但是实际上，因为制造电容的材料有电阻，电容的绝缘介质有损耗，各种原因导致电容变得不“完美”。这个损耗在外部，表现为就像一个电阻跟电容串连在一起，所以就起了个名字叫做“等效串连电阻”。 ESR的出现导致电容的行为背离了原始的定义。比如，我们认为电容上面电压不能突变，当突然对电容施加一个电流，电容因为自身充电，电压会从0开始上升。但是有了ESR，电阻自身会产生一个压降，这就导致了电容器两端的电压会产生突变。无疑的，这会降低电容的滤波效果，所以很多高质量的电源啦一类的，都使用低ESR的电容器。同样的，

9、在振荡电路等场合，ESR也会引起电路在功能上发生变化，引起电路失效甚至损坏等严重后果。所以在多数场合，低ESR的电容，往往比高ESR的有更好的表现。常用电容之多层陶瓷电容MLCC常用电容之电解电容及polymer CAP1. 普通电解电容-阳极是经过腐蚀的铝或钽、中间隔着电解纸卷绕后，再浸渍工作电解液而形成。介电材料为电解液，容易受热膨胀“鼓包”甚至爆裂2. 固态电解电容-阳极材料为金属钽（a）或铝，阴极为MnO2固体电解质，外壳一般由树脂封装。3. 有机半导体电解电容-也称OS-CAP它的阴极TCNQ（络合盐）是一种有机半导体，阳极为铝或钽。4. POSCAP钽电容器-是三洋公司继OS-CO

10、N电容器后新开发的一种贴片式钽高分子有机 半导体固态电解电容器。该系列电容器主要特点：剖面高度低；高频时阻抗及等效串联电阻(ESR)低，容许的纹波电流大；寿命长，在105时可达2000小时；有极好的噪声吸收能力；良好的温度特性，低温可达-55；可耐20A的冲击电流。5. 固体聚合物导体电容-正极采用钽烧结体或铝箔，负极采用具有高导电性的高分子聚合物薄膜作为固态电解质，导电性是TCNQ盐的100倍，是电解液的10000倍，同时也没有污染。固体聚合物导体电容的温度特性也比较好，可以忍耐300度以上的高温，因此可以使用SMT贴片工艺安装，也适合大规模生产。在0.1MHz10MHz频段有很好的特性。关

11、于电容滤波分析实例滤波电容的选取原则1.大电容,用来滤低频，大电容是防止浪涌，机理就好比大水库防洪能力更强一样2.小电容,用来滤高频(小电容,SFR值大,对高频信号提供了一个对地通路)3. 一般来讲，电容值和你要滤除频率的平方成反比4.比较可靠的做法是,将一大一小两个电容并联,一般要求两个数量级以上,以获得 更大的滤波频段.3. 在电源设计中,滤波电容的选取原则是: C2.5T/R 其中: C为滤波电容,单位为UF T为频率, 单位为Hz R为负载电阻,单位为 当然,这只是一般的选用原则,在实际的应用中,如条件(空间和成本)允许,都选取C5T/R部分电容的谐振频率：电容值 谐振频率

12、SMT (MHz)1.0F 50.1F 1610nF501nF160100 pF50010 pF1.6GHz电容使用中的一些误区:电容容量越大越好 很多人在电容的替换中往往爱用大容量的电容。我们知道虽然电容越大，为IC提供的电流补偿的能力越强。且不说电容容量的增大带来的体积变大，增加成本的同时还影响空气流动和散热。关键在于电容上存在寄生电感，电容放电回路会在某个频点上发生谐振。在谐振点，电容的阻抗小。因此放电回路的阻抗最小，补充能量的效果也最好。但当频率超过谐振点时，放电回路的阻抗开始增加，电容提供电流能力便开始下降。电容的容值越大，谐振频率越低，电容能有效补偿电流的频率范

13、围也越小。从保证电容提供高频电流的能力的角度来说，电容越大越好的观点是错误的，一般的电路设计中都有一个参考值的。 同样容量的电容，并联越多的小电容越好 耐压值、耐温值、容值、ESR(等效电阻)等是电容的几个重要参数，对于ESR自然是越低越好。ESR与电容的容量、频率、电压、温度等都有关系。当电压固定时候，容量越大，ESR越低。在板卡设计中采用多个小电容并连多是出与PCB空间的限制，这样有的人就认为，越多的并联小电阻，ESR越低，效果越好。理论上是如此，但是要考虑到电容接脚焊点的阻抗，采用多个小电容并联，效果并不一定突出。 ESR越低，效果越好。 结合我们上面的提高的供电电路来说，对于输入电容来

14、说，输入电容的容量要大一点。相对容量的要求，对ESR的要求可以适当的降低。因为输入电容主要是耐压，其次是吸收MOSFET的开关脉冲。对于输出电容来说，耐压的要求和容量可以适当的降低一点。ESR的要求则高一点，因为这里要保证的是足够的电流通过量。但这里要注意的是ESR并不是越低越好，低ESR电容会引起开关电路振荡。而消振电路复杂同时会导致成本的增加。板卡设计中，这里一般有一个参考值，此作为元件选用参数，避免消振电路而导致成本的增加。-电容的作用及应用电容在电路中具有隔断直流，通过交流，电容两端的电压不能突变，以及电容的储存和释放电荷的特性，决定了电容在电路设计中具有以下作用 ：电荷缓冲池当外部环

15、境变化时，电容中的电荷能被迅速积累或释放。由公式U=Q/C（U& I6 5 c  S:   N! N& 7 m$ Q表示电容两端电压的变化量，Q表示电容两端电荷的变化量，C为电容值）。当外部环境使驱动器件的工作电压增加或减少时，电容通过积累或释放电荷吸收这种变化，即将器件的工作电压变化转变为电容中电荷的变化，从而保持器件工作电压的稳定！高频噪声的重要泄放通道对高速运行的电路而言，无时无刻不存在状态的转换。这种转变将在电路产生大量的噪声等干扰。从频谱上看，这些干扰在相当大的程度上处于有效信号的2次、3次等倍频频率。由Z=1/jC,当频率较高

16、时，电容表现为低阻抗，因此，可将电容作为高频噪声的泄放通道。实现交流耦合当两个器件通过高速信号互联时，信号两端可能对直流分量的要求不同。这种情况需要将信号所带的直流分量在到达接收端之前滤除掉，即隔离信号两端的直流分量。基于电容通交阻直的天然特性，以实现信号的交流耦合。滤波电容-作用机制是为噪声等干扰提供一条低阻抗回路，在噪声频率点上要求电容的阻抗较小，即当噪声频率落在谐振点附近时，滤波效果最好。常常用多个滤波电容的并联以展宽低阻抗频带。去耦电容-去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。旁路电容-作用是为前级（如电源模块的高频噪声等干扰）提供一条到地平面的低阻抗回

17、路，以避免这些干扰正在高速工作的器件。   去耦电容和旁路电容没有本质的区别，去耦和旁路都可以看作滤波，从应用上说，依据公式Z=1/(2F*C),其F是器件的工作频率，他们在高频下都是为电路中的干扰提供一条流回地平面的低阻抗通道高频消振电容-用在高频消振电路中的电容称为高频消振电容，在音频负反馈放大器中，为了消振可能出现的高频自激，采用这种电容电路，以消除放大器可能出现的高频啸叫。谐振电容-用在LC谐振电路中的电容器称为谐振电容，LC并联和串联谐振电路中都需这种电容电路。中和电容-用在中和电路中的电容器称为中和电容。在收音机高频和中频放大器，电视机高频放大器中，采用这种中和

18、电容电路，以消除自激。定时电容-用在定时电路中的电容器称为定时电容。在需要通过电容充电、放电进行时间控制的电路中使用定时电容电路，电容起控制时间常数大小的作用。积分电容-用在积分电路中的电容器称为积分电容。在电势场扫描的同步分离电路中，采用这种积分电容电路，可以从场复合同步信号中取出场同步信号。微分电容-用在微分电路中的电容器称为微分电容。在触发器电路中为了得到尖顶触发信号，采用这种微分电容电路，以从各类（主要是矩形脉冲）信号中得到尖顶脉冲触发信号。补偿电容-用在补偿电路中的电容器称为补偿电容，在卡座的低音补偿电路中，使用这种低频补偿电容电路，以提升放音信号中的低频信号，此外，还有高频补偿电容

19、电路。自举电容-用在自举电路中的电容器称为自举电容，常用的OTL功率放大器输出级电路采用这种自举电容电路，以通过正反馈的方式少量提升信号的正半周幅度。分频电容-在分频电路中的电容器称为分频电容，在音箱的扬声器分频电路中，使用分频电容电路，以使高频扬声器工作在高频段，中频扬声器工作在中频段，低频扬声器工作在低频段。负载电容-是指与石英晶体谐振器一起决定负载谐振频率的有效外界电容。负载电容常用的标准值有16pF、20pF、30pF、50pF和100pF。负载电容可以根据具体情况作适当的调整，通过调整一般可以将谐振器的工作频率调到标称值。衬垫电容-与谐振电路主电容串联的辅助性电容，调整它可使振荡信号

20、频率范围变小，并能显著地提高低频端的振荡频率。稳频电容-在振荡电路中，起稳定振荡频率的作用。加速电容-接在振荡器反馈电路中，使正反馈过程加速，提高振荡信号的幅度。缩短电容-在UHF高频头电路中，为了缩短振荡电感器长度而串联的电容。克拉波电容-在电容三点式振荡电路中，与电感振荡线圈串联的电容，起到消除晶体管结电容对频率稳定性影响的作用。锡拉电容-在电容三点式振荡电路中，与电感振荡线圈两端并联的电容，起到消除晶体管结电容的影响，使振荡器在高频端容易起振。稳幅电容-在鉴频器中，用于稳定输出信号的幅度。预加重电容-为了避免音频调制信号在处理过程中造成对分频量衰减和丢失，而设置的RC高频分量提升网络电容

21、。去加重电容-为了恢复原伴音信号，要求对音频信号中经预加重所提升的高频分量和噪声一起衰减掉，设置RC在网络中的电容。移相电容-用于改变交流信号相位的电容。反馈电容-跨接于放大器的输入与输出端之间，使输出信号回输到输入端的电容。降压限流电容-串联在交流回路中，利用电容对交流电的容抗特性，对交流电进行限流，从而构成分压电路。逆程电容-用于行扫描输出电路，并接在行输出管的集电极与发射极之间，以产生高压行扫描锯齿波逆程脉冲，其耐压一般在1500伏以上。S校正电容-串接在偏转线圈回路中，用于校正显像管边缘的延伸线性失真。自举升压电容-利用电容器的充、放电储能特性提升电路某点的电位，使该点电位达到供电端电

22、压值的2倍。消亮点电容-设置在视放电路中，用于关机时消除显像管上残余亮点的电容。软启动电容-一般接在开关电源的开关管基极上，防止在开启电源时，过大的浪涌电流或过高的峰值电压加到开关管基极上，导致开关管损坏。启动电容-串接在单相电动机的副绕组上，为电动机提供启动移相交流电压，在电动机正常运转后与副绕组断开。运转电容-与单相电动机的副绕组串联，为电动机副绕组提供移相交流电流。在电动机正常运行时，与副绕组保持串接。关于电容应用的一些注意问题    a、高温-温度超过最高使用温度，会影响电容的使用寿命，甚至永久损坏。    b、过流-电流超过

23、额定纹波电流，会导致电容体过热，容量下降，寿命缩短；    c、过压-电压超过额定电压，电容器的漏电流将上升，其电氧物性将在短期内劣化直至损坏；    d、施加反向电压-当直流铝电解电容器按反极性接入电路时，电容器会导致电子线路短路，由此产生的电流会引致电容器损坏。若电路中有可能在负引线施加正极电压，选用无极性电容器；    e、使用于反复多次急剧充放电的电路中-如快速充电用途，其使用寿命可能会因为容量下降，温度急剧上升等而缩减；    f、在直接与水、盐水、油类相接触的环境

24、、充满有害气体的环境（硫化物、氨水等）、直接日光照射、臭氧、紫外线及有放射性物质的环境、振动及冲击条件超过了样本及说明书规定范围的恶劣环境下，禁止使用电容器；    g、电容器安装时，电容器防爆阀上方留有空间、爆阀上方避免配线及安装其他元件、电容器四周及电路板避免安装发热元件。（针对电解电容）    电容安装的注意事项    a、用过的电容器不能再使用，但作为周期检查可卸下来测试电性能；    b、如果电容器已充电，使用前要用一个约1k的电阻放电；  &#

25、160; c、如果电容器在超过35，湿度大于70%的条件下存放，其漏电流可能上升，使用前可通过一个约1k的电阻施加额定电压处理；    d、安装前要确认电容器的额定容量、电压和极性；    e、掉在地面的电容器不要使用；    f、变形的电容器不要使用；    g、电容器的正负引线间距应与PCB板焊孔的位置相吻合。若将电容器强行插入孔距不配套的电路板，会有应力作用于引出线，会导致电容器短路或漏电流上升；    h、安装时把电容器引脚或焊针插入PCB板，直到电容器底部贴到PCB板表面（引脚过长会带来ESL）；i、 不要施加超过规定的机械压力,或挤压电容器。当拉力施加到电容器引出线，该拉力将作用于电容器内部，会导致电容器内部短路，开路或漏电流上升。在电容器焊装到电路板，不强烈摇动电容器。    电容低电压失效的机理    在电路设计中，有一种常见的认识，“器件的裕度设计在没有把握的情况下，余量尽可能大就会可靠”，事实上这个观点是错误的。对于安规电容来说，耐压余量留的太大，也会导致一种失效，称之为“低电压失效”。    低电压失效的机理是介质