電容的基礎(chǔ)知識(shí)

 

1.電容的分類(lèi)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(lèi)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(wú)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(wú)極性電容。 我們最常見(jiàn)到的就是電解電容。

 

（4）電容在電路中具有隔斷直流電，通過(guò)交流電的作用。

 

 

2.電容的符號(hào)

 

電容的符號(hào)同樣分為國(guó)內(nèi)標(biāo)表示法和國(guó)際電子符號(hào)表示法，但電容符號(hào)在國(guó)內(nèi)和國(guó)際表示都差不多，唯一的區(qū)別就是在有極性電容上，國(guó)內(nèi)的是一個(gè)空筐下面一根橫線，而國(guó)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(wú)極性電容的標(biāo)稱(chēng)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(wú)極性電容的耐壓要低，一般的標(biāo)稱(chēng)耐壓值有：4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V、100V、220V、400V等。

 

5.電容的種類(lèi)

 

電容的種類(lèi)有很多，可以從原理上分為：無(wú)極性可變電容、無(wú)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(lái)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(jiǎn)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(guò)的情況下，水可以被分解為氫氣和氧氣，氧氣通過(guò)氧化反應(yīng)可以與陽(yáng)極形成新的氧化膜，氫氣通過(guò)電容的橡膠塞排出。這樣不至于損壞電容。生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)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(chǎng)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(mǎn)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(mǎn)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(guò)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(kāi)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(guò)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(guò)陽(yáng)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(shù)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(wèn)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(guò)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(chǎng)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(méi)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(jiǎn)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(jiǎn)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(chǎng)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(kāi)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(chǎng)景以外，還廣泛應(yīng)用于隔直，耦合，旁路等多種應(yīng)用場(chǎng)合。其工作頻率較電解電容有很大提高，能滿(mǎn)足幾MHz到1GHz的應(yīng)用環(huán)境。

 

 

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