1、 標(biāo)稱(chēng)電容量和允許偏差

 

標(biāo)稱(chēng)電容量是標(biāo)志在電容器上的電容量。

 

電解電容器的容值，取決于在交流電壓下工作時(shí)所呈現(xiàn)的阻抗。因此容值，也就是交流電容值，隨著工作頻率、電壓以及測(cè)量方法的變化而變化。在標(biāo)準(zhǔn)JISC 5102 規(guī)定：鋁電解電容的電容量的測(cè)量條件是在頻率為 120Hz，最大交

 

流電壓為 0.5Vrms，DC bias 電壓為1.5 ～ 2.0V 的條件下進(jìn)行?？梢詳嘌?，鋁電解電容器的容量隨頻率的增加而減小。

 

電容器中存儲(chǔ)的能量

 

E = CV^2/2

 

電容器的線(xiàn)性充電量

 

I = C （dV/dt）

 

電容的總阻抗（歐姆）

 

Z = √ ［ RS^2 + （XC – XL）^2 ］

 

容性電抗（歐姆）

 

XC = 1/（2πfC）

 

電容器實(shí)際電容量與標(biāo)稱(chēng)電容量的偏差稱(chēng)誤差，在允許的偏差范圍稱(chēng)精度。

 

精度等級(jí)與允許誤差對(duì)應(yīng)關(guān)系：00（01）-±1%、0（02）-±2%、Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、 Ⅳ-（+20%-10%）、Ⅴ-（+50%-20%）、Ⅵ-（+50%-30%）

 

一般電容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)，電解電容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí)，根據(jù)用途選取。

 

2、額定電壓

 

在最低環(huán)境溫度和額定環(huán)境溫度下可連續(xù)加在電容器的最高直流電壓有效值，一般直接標(biāo)注在電容器外殼上，如果工作電壓超過(guò)電容器的耐壓，電容器擊穿，造成不可修復(fù)的永久損壞。

 

3、絕緣電阻

 

直流電壓加在電容上，并產(chǎn)生漏電電流，兩者之比稱(chēng)為絕緣電阻。

 

當(dāng)電容較小時(shí)，主要取決于電容的表面狀態(tài)，容量〉0.1uf 時(shí)，主要取決于介質(zhì)的性能，絕緣電阻越大越好。

 

電容的時(shí)間常數(shù)：為恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)大容量電容的絕緣情況而引入了時(shí)間常數(shù)，他等于電容的絕緣電阻與容量的乘積。

 

4、損耗

 

電容在電場(chǎng)作用下，在單位時(shí)間內(nèi)因發(fā)熱所消耗的能量叫做損耗。各類(lèi)電容都規(guī)定了其在某頻率范圍內(nèi)的損耗允許值，電容的損耗主要由介質(zhì)損耗，電導(dǎo)損耗和電容所有金屬部分的電阻所引起的。

 

在直流電場(chǎng)的作用下，電容器的損耗以漏導(dǎo)損耗的形式存在，一般較小，在交變電場(chǎng)的作用下，電容的損耗不僅與漏導(dǎo)有關(guān)，而且與周期性的極化建立過(guò)程有關(guān)。

 

5、頻率特性

 

隨著頻率的上升，一般電容器的電容量呈現(xiàn)下降的規(guī)律。

 

電容器參數(shù)的基本公式

 

6、 相位角 Ф

 

理想電容器：超前當(dāng)前電壓 90度

 

理想電感器：滯后當(dāng)前電壓 90度

 

理想電阻器：與當(dāng)前電壓的相位相同

 

7、耗散系數(shù) （%）

 

損耗角正切值 Tan δ

 

在電容器的等效電路中，串聯(lián)等效電阻 ESR 同容抗 1/ωC 之比稱(chēng)之為 Tan δ， 這里的 ESR 是在 120Hz 下計(jì)算獲得的值。顯然，Tan δ 隨著測(cè)量頻率的增加而變大，隨測(cè)量溫度的下降而增大。

 

D.F. = tan δ （損耗角）= ESR / Xc = （2πfC）（ESR）

 

損耗因數(shù)，因?yàn)殡娙萜鞯男孤╇娮?、等效串?lián)電阻和等效串聯(lián)電感，這三項(xiàng)指標(biāo)幾乎總是很難分開(kāi)，所以許多電容器制造廠(chǎng)家將它們合并成一項(xiàng)指標(biāo)，稱(chēng)作損耗因數(shù)，主要用來(lái)描述電容器的無(wú)效程度。損耗因數(shù)定義為電容器每周期損耗能量與儲(chǔ)存能量之比。又稱(chēng)為損耗角正切。

 

 

圖1中，電容的泄露電阻Rp、有效串聯(lián)電阻Rs和有效串聯(lián)電感L式寄生元件，可能會(huì)降低外部電路的性能。一般將這些元件的效應(yīng)合并考慮，定義為損耗因數(shù)或DF。

 

電容的泄漏是指施加電壓時(shí)流過(guò)電介質(zhì)的微小電流。雖然模型中表現(xiàn)為與電容并聯(lián)的簡(jiǎn)單絕緣電阻Rp，但實(shí)際上泄露與電壓并非線(xiàn)性關(guān)系。制造商常常將將泄漏規(guī)定為 MΩ-μF 積，用來(lái)描述電介質(zhì)的自放電時(shí)間常數(shù)，單位為秒。其范圍介于 1 秒或更短與數(shù)百秒之間，前者如鋁和鉭電容，后者如陶瓷電容。玻璃電容的自放電時(shí)間常數(shù)為 1,000 或更大；特氟龍和薄膜電容（聚苯乙烯、聚丙烯）的泄漏性能最佳，時(shí)間常數(shù)超過(guò) 1,000,000 MΩ-μF。對(duì)于這種器件，器件外殼的表面污染或相關(guān)配線(xiàn)、物理裝配會(huì)產(chǎn)生泄漏路徑，其影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電介質(zhì)泄漏。

 

有效串聯(lián)電感 ESL（圖 1）產(chǎn)生自電容引腳和電容板的電感，它能將一般的容抗變成感抗，尤其是在較高頻率時(shí)；其幅值取決于電容內(nèi)部的具體構(gòu)造。管式箔卷電容的引腳電感顯著大于模制輻射式引腳配置的引腳電感。多層陶瓷和薄膜電容的串聯(lián)阻抗通常最低，而鋁電解電容的串聯(lián)阻抗通常最高。因此，電解電容一般不適合高頻旁路應(yīng)用。

 

電容制造商常常通過(guò)阻抗與頻率的關(guān)系圖來(lái)說(shuō)明有效串聯(lián)電感。不出意料的話(huà)，這些圖會(huì)顯示：在低頻時(shí)，器件主要表現(xiàn)出容性電抗；頻率較高時(shí)，由于串聯(lián)電感的存在，阻抗會(huì)升高。

 

有效串聯(lián)電阻 ESR（圖 1 的電阻 Rs）由引腳和電容板的電阻組成。如上文所述，許多制造商將 ESR、ESL 和泄漏的影響合并為一個(gè)參數(shù)，稱(chēng)為“損耗因數(shù)”或 DF。損耗因數(shù)衡量電容的基本無(wú)效性。制造商將它定義為每個(gè)周期電容所損失的能量與所存儲(chǔ)的能量之比。特定頻率的等效串聯(lián)電阻與總?cè)菪噪娍怪冉朴趽p耗因數(shù)，而前者等于品質(zhì)因數(shù) Q 的倒數(shù)。

 

損耗因數(shù)常常隨著溫度和頻率而改變。采用云母和玻璃電介質(zhì)的電容，其 DF 值一般在 0.03% 至 1.0% 之間。室溫時(shí)，陶瓷電容的 DF 范圍是 0.1% 至 2.5%。電解電容的 DF 值通常會(huì)超出上述范圍。薄膜電容通常是最佳的，其 DF 值小于 0.1%。

 

8、品質(zhì)因素

 

Q = cotan δ = 1/ DF

 

9、等效串聯(lián)電阻ESR（歐姆）

 

ESR = （DF） Xc = DF/ 2πfC

 

10、功率消耗

 

Power Loss = （2πfCV2） （DF）

 

11、功率因數(shù)

 

PF = sin δ （loss angle） – cos Ф （相位角）

 

12、阻抗 Z

 

在特定的頻率下，阻礙交流電流通過(guò)的電阻即為所謂的阻抗（Z）。它與電容等效電路中的電容值、電感值密切相關(guān)，且與 ESR 也有關(guān)系。

 

Z = √ ［ESR^2 + （XL - XC）^2 ］

 

式中，XC = 1 / ωC = 1 / 2πfC

 

XL = ωL = 2πfL

 

電容的容抗（XC）在低頻率范圍內(nèi)隨著頻率的增加逐步減小，頻率繼續(xù)增加達(dá)到中頻范圍時(shí)電抗（XL）降至 ESR 的值。當(dāng)頻率達(dá)到高頻范圍時(shí)感抗（XL）變?yōu)橹鲗?dǎo)，所以阻抗是隨著頻率的增加而增加。

 

13、漏電流

 

電容器的介質(zhì)對(duì)直流電流具有很大的阻礙作用。然而，由于鋁氧化膜介質(zhì)上浸有電解液，在施加電壓時(shí)，重新形成的以及修復(fù)氧化膜的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一種很小的稱(chēng)之為漏電流的電流。通常，漏電流會(huì)隨著溫度和電壓的升高而增大。

 

14、紋波電流和紋波電壓

 

在一些資料中將此二者稱(chēng)做“漣波電流”和“漣波電壓”，其實(shí)就是 ripple current，ripple voltage。 含義即為電容器所能耐受紋波電流/電壓值。 它們和ESR 之間的關(guān)系密切，可以用下面的式子表示：

 

Urms = Irms × R

 

式中，Vrms 表示紋波電壓，Irms 表示紋波電流，R 表示電容的ESR

 

由上可見(jiàn)，當(dāng)紋波電流增大的時(shí)候，即使在 ESR 保持不變的情況下，漣波電壓也會(huì)成倍提高。換言之，當(dāng)紋波電壓增大時(shí)，紋波電流也隨之增大，這也是要求電容具備更低 ESR 值的原因。疊加入紋波電流后，由于電容內(nèi)部的等效串連電阻（ESR）引起發(fā)熱，從而影響到電容器的使用壽命。一般的，紋波電流與頻率成正比，因此低頻時(shí)紋波電流也比較低。

 

各種電容關(guān)鍵參數(shù)：

 

1、 鋁電解電容器

 

用浸有糊狀電解質(zhì)的吸水紙夾在兩條鋁箔中間卷繞而成，薄的化氧化膜作介質(zhì)的電容器。因?yàn)檠趸び袉蜗驅(qū)щ娦再|(zhì)，所以電解電容器具有極性。容量大，能耐受大的脈動(dòng)電流，容量誤差大，泄漏電流大；普通的不適于在高頻和低溫下應(yīng)用，不宜使用在25kHz 以上頻率低頻旁路、信號(hào)耦合、電源濾波。

 

電容量：0.47--10000u

 

額定電壓：6.3--450V

 

主要特點(diǎn)：體積小，容量大，損耗大，漏電大

 

應(yīng)用：電源濾波，低頻耦合，去耦，旁路等

 

2、 鉭電解電容器（CA）鈮電解電容（CN）

 

用燒結(jié)的鉭塊作正極，電解質(zhì)使用固體二氧化錳溫度特性、頻率特性和可靠性均優(yōu)于普

 

通電解電容器，特別是漏電流極小，貯存性良好，壽命長(zhǎng)，容量誤差小，而且體積小，單位體積下能得到最大的電容電壓乘積對(duì)脈動(dòng)電流的耐受能力差，若損壞易呈短路狀態(tài)超小型高可靠機(jī)件中。

 

電容量：0.1--1000u

 

額定電壓：6.3--125V

 

主要特點(diǎn)：損耗、漏電小于鋁電解電容

 

應(yīng)用：在要求高的電路中代替鋁電解電容

 

3、 薄膜電容器

 

結(jié)構(gòu)與紙質(zhì)電容器相似，但用聚脂、聚苯乙烯等低損耗塑材作介質(zhì)頻率特性好，介電損

 

耗小不能做成大的容量，耐熱能力差濾波器、積分、振蕩、定時(shí)電路。

 

a 聚酯（滌綸）電容（CL）

 

電容量：40p--4u

 

額定電壓：63--630V

 

主要特點(diǎn)：小體積，大容量，耐熱耐濕，穩(wěn)定性差

 

應(yīng)用：對(duì)穩(wěn)定性和損耗要求不高的低頻電路

 

b 聚苯乙烯電容（CB）

 

電容量：10p--1u

 

額定電壓：100V--30KV

 

主要特點(diǎn)：穩(wěn)定，低損耗，體積較大

 

應(yīng)用：對(duì)穩(wěn)定性和損耗要求較高的電路

 

c 聚丙烯電容（CBB）

 

電容量：1000p--10u

 

額定電壓：63--2000V

 

主要特點(diǎn)：性能與聚苯相似但體積小，穩(wěn)定性略差

 

應(yīng)用：代替大部分聚苯或云母電容，用于要求較高的電路

 

4、 瓷介電容器

 

穿心式或支柱式結(jié)構(gòu)瓷介電容器，它的一個(gè)電極就是安裝螺絲。引線(xiàn)電感極小，頻率特

 

性好，介電損耗小，有溫度補(bǔ)償作用不能做成大的容量，受振動(dòng)會(huì)引起容量變化特別適于高頻旁路。

 

a 高頻瓷介電容（CC）

 

電容量：1--6800p

 

額定電壓：63--500V

 

主要特點(diǎn)：高頻損耗小，穩(wěn)定性好

 

應(yīng)用：高頻電路

 

b 低頻瓷介電容（CT）

 

電容量：10p--4.7u

 

額定電壓：50V--100V

 

主要特點(diǎn)：體積小，價(jià)廉，損耗大，穩(wěn)定性差

 

應(yīng)用：要求不高的低頻電路

 

5、 獨(dú)石電容器

 

（多層陶瓷電容器）在若干片陶瓷薄膜坯上被覆以電極槳材料，疊合后一次繞結(jié)成一塊不可分割的整體，外面再用樹(shù)脂包封而成小體積、大容量、高可靠和耐高溫的新型電容器，高介電常數(shù)的低頻獨(dú)石電容器也具有穩(wěn)定的性能，體積極小，Q 值高容量誤差較大噪聲旁路、濾波器、積分、振蕩電路。

 

容量范圍：0.5PF--1UF

 

耐壓：二倍額定電壓。

 

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(yīng)用范圍：廣泛應(yīng)用于電子精密儀器。各種小型電子設(shè)備作諧振、耦合、濾波、旁路。

 

6、 紙質(zhì)電容器

 

一般是用兩條鋁箔作為電極，中間以厚度為0.008～0.012mm 的電容器紙隔開(kāi)重疊卷繞而成。制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，能得到較大的電容量。

 

一般在低頻電路內(nèi)，通常不能在高于3～4MHz 的頻率上運(yùn)用。油浸電容器的耐壓比普通紙質(zhì)。電容器高，穩(wěn)定性也好，適用于高壓電路。

 

7、 微調(diào)電容器

 

電容量可在某一小范圍內(nèi)調(diào)整，并可在調(diào)整后固定于某個(gè)電容值。 瓷介微調(diào)電容器的Q 值高，體積也小，通常可分為圓管式及圓片式兩種。 云母和聚苯乙烯介質(zhì)的通常都采用彈簧式東，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但穩(wěn)定性較差。 線(xiàn)繞瓷介微調(diào)電容器是拆銅絲〈外電極〉來(lái)變動(dòng)電容量的，故容量只能變小，不適合在需反復(fù)調(diào)試的場(chǎng)合使用。

 

a 空氣介質(zhì)可變電容器

 

可變電容量：100--1500p

 

主要特點(diǎn)：損耗小，效率高；可根據(jù)要求制成直線(xiàn)式、直線(xiàn)波長(zhǎng)式、直線(xiàn)頻率式及對(duì)數(shù)式等

 

應(yīng)用：電子儀器，廣播電視設(shè)備等

 

b 薄膜介質(zhì)可變電容器

 

可變電容量：15--550p

 

主要特點(diǎn)：體積小，重量輕；損耗比空氣介質(zhì)的大

 

應(yīng)用：通訊，廣播接收機(jī)等

 

c 薄膜介質(zhì)微調(diào)電容器

 

可變電容量：1--29p

 

主要特點(diǎn)：損耗較大，體積小

 

應(yīng)用：收錄機(jī)，電子儀器等電路作電路補(bǔ)償

 

d 陶瓷介質(zhì)微調(diào)電容器

 

可變電容量：0.3--22p

 

主要特點(diǎn)：損耗較小，體積較小

 

應(yīng)用：精密調(diào)諧的高頻振蕩回路

 

8、 陶瓷電容器

 

用高介電常數(shù)的電容器陶瓷〈鈦酸鋇一氧化鈦〉擠壓成圓管、圓片或圓盤(pán)作為介質(zhì)，并用燒滲法將銀鍍?cè)谔沾缮献鳛殡姌O制成。它又分高頻瓷介和低頻瓷介兩種。 具有小的正電容溫度系數(shù)的電容器，用于高穩(wěn)定振蕩回路中，作為回路電容器及墊整電容器。低頻瓷介電容器限于在工作頻率較低的回路中作旁路或隔直流用，或?qū)Ψ€(wěn)定性和損耗要求不高的場(chǎng)合〈包括高頻在內(nèi)〉。這種電容器不宜使用在脈沖電路中，因?yàn)樗鼈円子诒幻}沖電壓擊穿。高頻瓷介電容器適用于高頻電路。

 

9、 玻璃釉電容器（CI）

 

由一種濃度適于噴涂的特殊混合物噴涂成薄膜而成，介質(zhì)再以銀層電極經(jīng)燒結(jié)而成“獨(dú)石”結(jié)構(gòu)性能可與云母電容器媲美，能耐受各種氣候環(huán)境，一般可在200℃或更高溫度下工作，額定工作電壓可達(dá)500V，損耗tgδ0.0005～0.008

 

電容量：10p--0.1u

 

額定電壓：63--400V

 

主要特點(diǎn)：穩(wěn)定性較好，損耗小，耐高溫（200 度）

 

應(yīng)用：脈沖、耦合、旁路等電路

 

 

推薦閱讀：