絕了電容獨有的特性和功能就這么被總結(jié)清楚了

1、 絕了，電容獨有的特性和功能就這么被總結(jié)清楚了 導(dǎo)讀作為無源元件之一的電容，其作用不外乎應(yīng)用于電源電路，實現(xiàn)旁路、去耦、濾波和儲能這幾種。一、電容的作用作為無源元件之一的電容，其作用不外乎以下幾種：應(yīng)用于電源電路，實現(xiàn)旁路、去耦、濾波和儲能的作用。下面分類詳述之：1）旁路旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負(fù)載需求。就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，并向器件進行放電。為盡量減少阻抗，旁路電容要盡量靠近負(fù)載器件的供電電源管腳和地管腳。這能夠很好地防止輸入值過大而導(dǎo)致的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。2）去耦去耦，又稱解耦。從

2、電路來說，總是可以區(qū)分為驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大，驅(qū)動電路要把電容充電、放電，才能完成信號的跳變，在上升沿比較陡峭的時候，電流比較大，這樣驅(qū)動的電流就會吸收很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻（特別是芯片管腳上的電感，會產(chǎn)生反彈），這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲，會影響前級的正常工作，這就是所謂的“耦合”。去耦電容就是起到一個“電池”的作用，滿足驅(qū)動電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾。將旁路電容和去耦電容結(jié)合起來將更容易理解。旁路電容實際也是去耦合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小，根據(jù)諧振

3、頻率一般取 0.1f、0.01f 等；而去耦合電容的容量一般較大，可能是 10f 或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)、以及驅(qū)動電流的變化大小來確定。旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象，而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象，防止干擾信號返回電源。這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別。3）濾波從理論上（即假設(shè)電容為純電容）說，電容越大，阻抗越小，通過的頻率也越高。但實際上超過 1f 的電容大多為電解電容，有很大的電感成份，所以頻 率高后反而阻抗會增大。有時會看到有一個電容量較大電解電容并聯(lián)了一個小電容，這時大電容通低頻，小電容通高頻。電容的作用就是通高阻低，通高頻阻低頻。電容越大低頻越容易通過，電容越小高頻越容易通

4、過。具體用在濾波中，大電容（1000f）濾低頻，小電容（20pf）濾高頻。曾有網(wǎng)友形象地將濾波電容比作“水塘”。由于電容的兩端電壓不會突變，由此可知，信號頻率越高則衰減越大，可很形象的說電容像個水塘，不會因幾滴水的加入或蒸發(fā)而引起水量的變化。它把電壓的變動轉(zhuǎn)化為電流的變化，頻率越高，峰值電流就越大，從而緩沖了電壓。濾波就是充電，放電的過程。4）儲能儲能型電容器通過整流器收集電荷，并將存儲的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出端。電壓額定值為 40450vdc、電容值在 220150 000f 之間的鋁電解電容器是較為常用的。根不同的電源要求，器件有時會采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式，對于功率級超過

5、 10kw 的電源，通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。應(yīng)用于信號電路，主要完成耦合、振蕩/同步及時間常數(shù)的作用：1）耦合舉個例子來講，晶體管放大器發(fā)射極有一個自給偏壓電阻，它同時又使信號 產(chǎn)生壓降反饋到輸入端形成了輸入輸出信號耦合，這個電阻就是產(chǎn)生了耦合的元件，如果在這個電阻兩端并聯(lián)一個電容，由于適當(dāng)容量的電容器對交流信號 較小的阻抗，這樣就減小了電阻產(chǎn)生的耦合效應(yīng)，故稱此電容為去耦電容。2）振蕩/同步包括 rc、lc 振蕩器及晶體的負(fù)載電容都屬于這一范疇。3）時間常數(shù)這就是常見的 r、c 串聯(lián)構(gòu)成的積分電路。當(dāng)輸入信號電壓加在輸入端時，電容（c）上的電壓逐漸上升。而其充電電流則隨著電壓的

6、上升而減小。電流通過電阻（r）、電容（c）的特性通過下面的公式描述：i = (v / r)e- (t / cr)二、電容的選擇通常，應(yīng)該如何為我們的電路選擇一顆合適的電容呢？筆者認(rèn)為，應(yīng)基于以下幾點考慮：1）靜電容量；2）額定耐壓；3）容值誤差；4）直流偏壓下的電容變化量；5）噪聲等級；6）電容的類型；7）電容的規(guī)格。那么，是否有捷徑可尋呢？其實，電容作為器件的外圍元件，幾乎每個器件的 datasheet 或者 solutions，都比較明確地指明了外圍元件的選擇參數(shù)，也就是說，據(jù)此可以獲得基本的器件選擇要求，然后再進一步完善細(xì)化之。其實選用電容時不僅僅是只看容量和封裝，具體要看產(chǎn)品所使用環(huán)境

7、，特殊的電路必須用特殊的電容。下面是 chip capacitor 根據(jù)電介質(zhì)的介電常數(shù)分類，介電常數(shù)直接影響電路的穩(wěn)定性。np0 or ch （k 150）：電氣性能最穩(wěn)定，基本上不隨溫度電壓與時間的改變而改變，適用于對穩(wěn)定性要求高的高頻電路。鑒于 k 值較小，所以在 0402、0603、0805 封裝下很難有大容量的電容。如 0603 一般最大的 10nf 以下。x7r or yb （2000 k 4000）：電氣性能較穩(wěn)定，在溫度、電壓與時間改變時性能的變化并不顯著（c 15000）：容量穩(wěn)定性較 x7r 差（c +20% -8 0%），容量損耗對溫度、電壓等測試條件較敏感，但由于其 k

8、 值較大，所以適用于一些容值要求較高的場合。三、電容的分類電容的分類方式及種類很多，基于電容的材料特性，其可分為以下幾大類：1）鋁電解電容電容容量范圍為 0.1f 22000f，高脈動電流、長壽命、大容量的不二之選，廣泛應(yīng)用于電源濾波、解耦等場合。2）薄膜電容電容容量范圍為 0.1pf 10f，具有較小公差、較高容量穩(wěn)定性及極低的壓電效應(yīng)，因此是 x、y 安全電容、emi/emc 的首選。3）鉭電容電容容量范圍為 2.2f 560f，低等效串聯(lián)電阻（esr）、低等效串聯(lián)電感（esl）。脈動吸收、瞬態(tài)響應(yīng)及噪聲抑制都優(yōu)于鋁電解電容，是高穩(wěn)定電源的理想選擇。4）陶瓷電容電容容量范圍為 0.5pf

9、100f，獨特的材料和薄膜技術(shù)的結(jié)晶，迎合了當(dāng)今“更輕、更薄、更節(jié)能“的設(shè)計理念。5）超級電容電容容量范圍為 0.022f 70f，極高的容值，因此又稱做“金電容”或者“法拉電容”。主要特點是：超高容值、良好的充/放電特性，適合于電能存儲和電源備份。缺點是耐壓較低，工作溫度范圍較窄。四、多層陶瓷電容對于電容而言，小型化和高容量是永恒不變的發(fā)展趨勢。其中，要數(shù)多層陶瓷電容（mlcc）的發(fā)展最快。多層陶瓷電容在便攜產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用極為廣泛，但近年來數(shù)字產(chǎn)品的技術(shù)進步對其提出了新要求。例如，手機要求更高的傳輸速率和更高的性能；基帶處理 器要求高速度、低電壓；lcd 模塊要求低厚度（0.5mm）、大容量

10、電容。而汽車環(huán)境的苛刻性對多層陶瓷電容更有特殊的要求：首先是耐高溫，放置于其中的多層陶瓷電容必須能滿足 150 的工作溫度；其次是在電池電路上需要短路失 效保護設(shè)計。也就是說，小型化、高速度和高性能、耐高溫條件、高可靠性已成為陶瓷電容的關(guān)鍵特性。陶瓷電容的容量隨直流偏置電壓的變化而變化。直流偏置電壓降低了介電常數(shù)，因此需要從材料方面，降低介電常數(shù)對電壓的依賴，優(yōu)化直流偏置電壓特性。應(yīng)用中較為常見的是 x7r（x5r）類多層陶瓷電容， 它的容量主要集中在1000pf以上，該類電容器主要性能指標(biāo)是等效串聯(lián)電阻（esr），在高波紋電流的電源去耦、濾波及低頻信號耦合電路的低功耗表現(xiàn)比較突出。另一類多層

11、陶瓷電容是c0g類，它的容量多在 1000pf 以下，該類電容器主要性能指標(biāo)是損耗角正切值 tg(df)。傳統(tǒng)的貴金屬電極（nme）的 c0g 產(chǎn)品 df 值范圍是（2.0 8.0） 10-4，而技術(shù)創(chuàng)新型賤金屬電極（bme）的c0g產(chǎn)品df值范圍為 (1.0 2.5)10-4，約是前者的31 50%。該類產(chǎn)品在載有t/r模塊電路的gsm、cdma、無繩電話、藍(lán)牙、gps系統(tǒng)中低功耗特性較為顯著。較多用于各種高頻電路，如振蕩/同步器、定時器電路等。五、鉭電容替代電解電容的誤區(qū)通常的看法是鉭電容性能比鋁電容好，因為鉭電容的介質(zhì)為陽極氧化后生成的五氧化二鉭，它的介電能力（通常用 表示）比鋁電容的三

12、氧化二鋁介質(zhì)要高。因此在同樣容量的情況下，鉭電容的體積能比鋁電容做得更小。（電解電容的電容量取決于介質(zhì)的介電能力和體積，在容量一定的情況下，介電能力越高，體積就可以做得越小，反之，體積就需要做得越大）再加上鉭的性質(zhì)比較穩(wěn)定，所以通常認(rèn)為鉭電容性能比鋁電容好。但這種憑陽極判斷電容性能的方法已經(jīng)過時了，目前決定電解電容性能的關(guān)鍵并不在于陽極，而在于電解質(zhì)，也就是陰極。因為不同的陰極和不同的陽極可以組合成不同種類的電解電容，其性能也大不相同。采用同一種陽極的電容由于電解質(zhì)的不同，性能可以差距很大，總之陽極對于電容性能的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于陰極。還有一種看法是認(rèn)為鉭電容比鋁電容性能好，主要是由于鉭加上二氧化錳

13、陰極助威后才有明顯好于鋁電解液電容的表現(xiàn)。如果把鋁電解液電容的陰極更換為二氧化錳， 那么它的性能其實也能提升不少?？梢钥隙?，esr 是衡量一個電容特性的主要參數(shù)之一。但是，選擇電容，應(yīng)避免 esr 越低越好，品質(zhì)越高越好等誤區(qū)。衡量一個產(chǎn)品，一定要全方位、多角度的去考慮，切不可把電容的作用有意無意的夸大。-以上引用了部分網(wǎng)友的經(jīng)驗總結(jié)。普通電解電容的結(jié)構(gòu)是陽極和陰極和電解質(zhì)，陽極是鈍化鋁，陰極是純鋁，所以關(guān)鍵是在陽極和電解質(zhì)。陽極的好壞關(guān)系著耐壓電介系數(shù)等問題。一般來說，鉭電解電容的 esr 要比同等容量同等耐壓的鋁電解電容小很多，高頻性能更好。如果那個電容是用在濾波器電路（比如中心為 50h

14、z 的帶通濾波器）的話，要注意容量變化后對濾波器性能（通帶.）的影響。六、旁路電容的應(yīng)用問題嵌入式設(shè)計中，要求 mcu 從耗電量很大的處理密集型工作模式進入耗電量很少的空閑/休眠模式。這些轉(zhuǎn)換很容易引起線路損耗的急劇增加，增加的速率很高，達(dá)到 20a/ms 甚至更快。通常采用旁路電容來解決穩(wěn)壓器無法適應(yīng)系統(tǒng)中高速器件引起的負(fù)載變化，以確保電源輸出的穩(wěn)定性及良好的瞬態(tài)響應(yīng)。旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負(fù)載需求。就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，并向器件進行放電。為盡量減少阻抗，旁路電容要盡量靠近負(fù)載器件的供電電源管腳和地管腳。這能夠很好地防止輸

15、入值過大而導(dǎo)致的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。應(yīng)該明白，大容量和小容量的旁路電容都可能是必需的，有的甚至是多個陶瓷電容和鉭電容。這樣的組合能夠解決上述負(fù)載電流或許為階梯變化所帶來的問題，而且還能提供足夠的去耦以抑制電壓和電流毛刺。在負(fù)載變化非常劇烈的情況下，則需要三個或更多不同容量的電容，以保證在穩(wěn)壓器穩(wěn)壓前提供足夠的電流?？焖俚乃矐B(tài)過程由高頻小容量電容來抑制，中速的瞬態(tài)過程由低頻大容量來抑制，剩下則交給穩(wěn)壓器完成了。還應(yīng)記住一點，穩(wěn)壓器也要求電容盡量靠近電壓輸出端。七、電容的等效串聯(lián)電阻 esr普遍的觀點是：一個等效串聯(lián)電阻（esr）很小的相對較大容量的外部電容

16、能很好地吸收快速轉(zhuǎn)換時的峰值（紋波）電流。但是，有時這樣的選擇容易引起穩(wěn)壓器（特別是線性穩(wěn)壓器 ldo）的不穩(wěn)定，所以必須合理選擇小容量和大容量電容的容值。永遠(yuǎn)記住，穩(wěn)壓器就是一個放大器，放大器可能出現(xiàn)的各種情況 它都會出現(xiàn)。由于 dc/dc 轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)速度相對較慢，輸出去耦電容在負(fù)載階躍的初始階段起主導(dǎo)的作用，因此需要額外大容量的電容來減緩相對于 dc/dc 轉(zhuǎn)換器的快速轉(zhuǎn)換，同時用高頻電容減緩相對于大電容的快速變換。通常，大容量電容的等效串聯(lián)電阻應(yīng)該選擇為合適的值，以便使輸出電壓的峰值和毛刺在器件的 dasheet 規(guī)定之內(nèi)。高頻轉(zhuǎn)換中，小容量電容在 0.01f 到 0.1f 量級就能很

17、好滿足要求。表貼陶瓷電容或者多層陶瓷電容（mlcc）具有更小的 esr。另外，在這些容值下，它們的體積和 bom 成本都比較合理。如果局部低頻去耦不充分，則從低頻向高頻轉(zhuǎn)換時將引起輸入電壓降低。電壓下降過程可能持續(xù)數(shù)毫秒，時間長短主要取決于穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)增益和提供較大負(fù)載電流的時間。用 esr 大的電容并聯(lián)比用 esr 恰好那么低的單個電容當(dāng)然更具成本效益。然而，這需要你在 pcb 面積、器件數(shù)目與成本之間尋求折衷。八、電解電容的電參數(shù)這里的電解電容器主要指鋁電解電容器，其基本的電參數(shù)包括下列五點：1）電容值電解電容器的容值，取決于在交流電壓下工作時所呈現(xiàn)的阻抗。因此容值，也就是交流電容值，隨著工

18、作頻率、電壓以及測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 的條件下進行。可以斷言，鋁電解電容器的容量隨頻率的增加而減小。2）損耗角正切值 tan 在電容器的等效電路中，串聯(lián)等效電阻 esr 同容抗 1/c 之比稱之為 tan ， 這里的 esr 是在 120hz 下計算獲得的值。顯然，tan 隨著測量頻率的增加而變大，隨測量溫度的下降而增大。3）阻抗 z在特定的頻率下，阻礙交流電流通過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)，

19、且與 esr 也有關(guān)系。z = esr2+ (xl - xc)2式中，xc= 1 / c = 1 / 2fcxl = l = 2fl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)到中頻范圍時電抗（xl）降至 esr 的值。當(dāng)頻率達(dá)到高頻范圍時感抗（xl）變?yōu)橹鲗?dǎo)，所以阻抗是隨著頻率的增加而增加。4）漏電流電容器的介質(zhì)對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，重新形成的以及修復(fù)氧化膜的時候會產(chǎn)生一種很小的稱之為漏電流的電流。通常，漏電流會隨著溫度和電壓的升高而增大。5）紋波電流和紋波電壓在一些資料中將此二者稱做“漣波電流”和“漣波電壓

20、”，其實就是 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，當(dāng)紋波電流增大的時候，即使在 esr 保持不變的情況下，漣波電壓也會成倍提高。換言之，當(dāng)紋波電壓增大時，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，因此低頻時紋波電流也比較低。九、電容

21、器參數(shù)的基本公式1）容量（法拉）英制：c = ( 0.224 k a) / td公制：c = ( 0.0884 k a) / td2）電容器中存儲的能量1/2cv23）電容器的線性充電量i = c (dv/dt)4）電容的總阻抗（歐姆）z = rs2+ (xc xl)25）容性電抗（歐姆）xc= 1/(2fc)6）相位角 理想電容器：超前當(dāng)前電壓 90理想電感器：滯后當(dāng)前電壓 90理想電阻器：與當(dāng)前電壓的相位相同7）耗散系數(shù) (%)d.f. = tan （損耗角）= esr / xc= (2fc)(esr)8）品質(zhì)因素q = cotan = 1/ df9）等效串聯(lián)電阻 esr（歐姆）esr =

22、 (df) xc = df/ 2fc10）功率消耗power loss = (2fcv2) (df)11）功率因數(shù)pf = sin (loss angle) cos (相位角)12）均方根rms = 0.707 vp13）千伏安 kva （千瓦）kva = 2fcv2 10-314）電容器的溫度系數(shù)t.c. = (ct c25) / c25(tt 25) 10615）容量損耗(%)cd = (c1 c2) / c1 10016）陶瓷電容的可靠性l0/ lt= (vt/ v0)x(tt/ t0)y17）串聯(lián)時的容值n 個電容串聯(lián)：1/ct = 1/c1 + 1/c2 + . + 1/cn兩個電容

23、串聯(lián)：ct = c1 c2 / (c1 + c2)18）并聯(lián)時的容值ct= c1+ c2+ . + cn19）重復(fù)次數(shù)（againg rate）a.r. = % c / decade of time上述公式中的符號說明如下：k = 介電常數(shù)；a = 面積；td = 絕緣層厚度；v = 電壓；rs = 串聯(lián)電阻；f = 頻率；l = 電感感性系數(shù)； = 損耗角； = 相位角；l0= 使用壽命；lt = 試驗壽命；vt = 測試電壓；v0= 工作電壓；tt = 測試溫度；t0= 工作溫度；x , y = 電壓與溫度的效應(yīng)指數(shù)。十、電源輸入端的 x,y 安全電容在交流電源輸入端，一般需要增加三個電容

24、來抑制 emi 傳導(dǎo)干擾。交流電源的輸入一般可分為三根線：火線（l）/零線（n）/地線（g）。在火線和地線之間及在零線和地線之間并接的電容，一般稱之為 y 電容。這兩個 y 電容連接的位置比較關(guān)鍵，必須需要符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，以防引起電子設(shè)備漏電 或機殼帶電，容易危及人身安全及生命，所以它們都屬于安全電容，要求電容值不能偏大，而耐壓必須較高。一般地，工作在亞熱帶的機器，要求對地漏電電流不能超過 0.7ma；工作在溫帶機器，要求對地漏電電流不能超過 0.35ma。因此， y 電容的總?cè)萘恳话愣疾荒艹^ 4700pf特別提示：y 電容為安全電容，必須取得安全檢測機構(gòu)的認(rèn)證。y 電容的耐壓一般都標(biāo)有安

25、全認(rèn)證標(biāo)志和 ac250v 或 ac275v 字樣，但其真正的直流耐壓高達(dá) 5000v 以上。因此，y 電容不能隨意使用標(biāo)稱耐壓 ac250v，或 dc400v 之類的普通電容來代用。在火線和零線抑制之間并聯(lián)的電容，一般稱之為 x 電容。由于這個電容連接的位置也比較關(guān)鍵，同樣需要符合安全標(biāo)準(zhǔn)。因此，x 電容同樣也屬于安全電容 之一。x 電容的容值允許比 y 電容大，但必須在 x 電容的兩端并聯(lián)一個安全電阻，用于防止電源線拔插時，由于該電容的充放電過程而致電源線插頭長時間帶電。安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)正在工作之中的機器電源線被拔掉時，在兩秒鐘內(nèi)，電源線插頭兩端帶電的電壓(或?qū)Φ仉娢?必須小于原來額定工作電壓的 30%。同理，x 電容也是安全電容，必須取得安全檢測機構(gòu)的認(rèn)證。x 電容的耐壓一般都標(biāo)有安全認(rèn)證標(biāo)志和 ac250v 或 ac275v 字樣，但其真正的直流耐壓高達(dá) 2000v 以上，使用的時候不要隨意使用標(biāo)稱耐壓 ac250v，或 dc400v 之類的普通電容來代用。x 電容一般都選用紋波電流比較大的聚脂薄膜類電容，這種電容體積一般都很大，但其允許瞬間充放電的電流也很大，而其內(nèi)阻相應(yīng)較小。普通電容紋波電流的指標(biāo)都很低，動態(tài)內(nèi)阻較高。用普通電容代替 x 電容，除了耐壓條件不能 滿足以外，一般紋波