電容器的基礎(chǔ)知識及失效模式

1、電容器的基礎(chǔ)知識及失效模式作者:日期:電容器的基礎(chǔ)知識的講義孔星電容器的基本概念電容：使導體每升高單位電位所需要的電量。C=q/U（庫侖/伏特）C=q/U（庫侖/伏特）單位（法拉F）1F=1庫侖/1伏特=1爐卩f=1012pf1卩F=103nF電容器：由多個導電體組成的能夠存儲電荷的容器Ob=Q/(UB)電容器的聯(lián)接：C1C2串聯(lián)：1/Cs=1/C1+1/C2III并聯(lián)：Cp=C1+C2C1_II_fC2電容器的基本參數(shù)2.1電容量平板電容：C=s/d=0rS=L*W2.2損耗角正切DD=tgS=P有/P即通過電容器的總功率與在電容器內(nèi)的熱功耗D=D(fXt);P=P無+P有P有=VIP無=t

2、gS=tgSS+tgSPtgSS=3CRStgSp=1/CRPRs：串聯(lián)電阻Rp：并聯(lián)電阻2.3耐壓Vt-t:穿介電場強度與電應力有關(guān)，V=V（fXt）eg：彈性勢能E=1/2kX2彈性力：f=-?E/?x=-1/2XkX2x=-kx2.4絕緣電阻RI（漏電流）：介質(zhì)內(nèi)部的本征漏電流及吸收電流；本征漏電流：雜質(zhì)決定吸收電流：介質(zhì)極化引起（例如偶極子0）運動2.5過流能力（dv/dt）Ip=Cdv/dt;1=1葉IpIr=2nfcuIp=c*dv/dt2.6耐溫T:電容器的最高/最低使用溫度（-40/105）;2.7熱穩(wěn)定性（t-t）:電容器正常發(fā)熱時溫升達到穩(wěn)定所需要的時間，（2h,48h）；

3、熱穩(wěn)定曲線仃-AtCurA/e熱穩(wěn)定時間越短（同體積），說明熱穩(wěn)定性越好。2.8自愈性（SH：介質(zhì)擊穿后自我恢復能力（C/CW0.5%，自愈次數(shù)v2次）;（1）失效率？A1/（元件數(shù)？小時）1fit=1x10_9/ha.C/C0.5%u3.5un自愈聲0.8un2次介質(zhì)自愈性：碳沉積量：ppa1pp45PET55b.電板自愈性：焦耳熱（cm2）AL:1.6*10-2JZnAL:3.2*10-32.9安全性（1）阻燃性:(UL94V-0級)（2）防爆：P0P1P2三級；（3）灼熱絲:帶焰燃燒t30S(T=750C,10S)2.10耐久性（壽命等級）條件：電壓1.25Un/1.4Un溫度T=Tma

4、x連續(xù)工作A級10000hB級2000hC級600hD級200h2.11可靠性等級（入：失效率10-入）分為五級六級七級八級九級。?平均無故障時間MTBF（R（t）eJ=1/入（2）失效率等級?亞五級Y3*10-5五級W1*10_5六級L七級Q八級B九級Jj十級S1*10-10?民用級軍用級宇航級24168h240h100h1000h2.12熱阻電容器的發(fā)熱點與環(huán)境的溫度與電容器產(chǎn)生的功率耗損的比值R=T/P有(穩(wěn)定態(tài))(2)與P有關(guān)系s3電容器的分類與特點：3.1按介質(zhì)分類金屬化紙介質(zhì)電容器，其代表型號有：CJ10CJ41、CJ48CJ3、CJD、CJZ、CJMJ等。紙介電容器，其代表型號有

5、：CZ、CZM、CZK、CZC、CZY等。這類電容器的比電容較高，體積較小，但損耗較大、絕緣電阻啼低。主要用于交流分量小于額定直流電壓，以及可容許偶然出現(xiàn)低的絕緣電阻及瞬間擊穿的直流或低頻電路中。應用交流峰值不得超過額定直流電壓的20%;直流電壓與交流電壓之和不得超過額定直流電壓值。有機薄膜電容器，適用于高頻范圍的代表型號有：聚苯乙烯CB、CBM、CBF、CBJ-L、CBMJ及聚丙烯CBB、CBBS。這類電容器，其特點是介質(zhì)損耗小，絕緣電阻高、吸收系數(shù)低，溫度穩(wěn)定性好、頻率特性穩(wěn)定；適用于低電壓及儲能的滌綸電容CL及聚碳脂漆膜電容CQ;其特點是耐熱性好、耐壓強度高、比電容大、高溫性能好。而CB

6、MJ適用于標準電容器，其精度最高可達土0.05%。這種電容可用在寬的溫度范圍內(nèi)，要求有較高的絕緣電阻、低的介質(zhì)吸收或低損耗的電路中，其外加電壓的交流分量和直流電壓之和不得超過額定直流電壓值，交流峰值不得超過額定直流電壓值的20%(在60HZ)、15%(120HZ)、在1%(1000HZ)。陶瓷電容器，其代表型號有：1型陶瓷電容器(CC、CCG、CCW、CCWY、CCSD、CCTD、CCM等)主要用于高穩(wěn)定電路和溫度補償電路。它們的損耗角正切較低、介質(zhì)系統(tǒng)變化小范圍較寬。其中，獨石瓷介電容器(CC4D)具有比電容高、介質(zhì)損耗低、絕緣電阻高及電容量穩(wěn)定等特點。它們可有效地工作在高額、超高額或微波段

7、，特別適合于諧振電路或其它要求低損耗和容量穩(wěn)定的電路中，2型陶瓷電容器CT具有很高的介電系數(shù)和較大的損耗角正切值，其容量和和損耗角正切值的頻率一溫度特性都較差。主要用于體積小、大電量的電路中。這些電容器可作為容許容量隨溫度而變化的高頻電路的旁路、濾波及非磁鍵耦合元件。典型的應用有音頻、射頻的電阻一電容性耦合，射頻、中頻的射極旁路等。可以用于損耗系數(shù)不是關(guān)鍵的，即使由于溫度、電壓及頻率變化而引起了中等變化，也不致于影響電路正常功能的電路。云母電容器，其代表型號有：CY、CYRX、CYS、CYM等，其特點是介質(zhì)損耗小、抗電強度高、頻率及溫度特性穩(wěn)定、電容精度高等特性?？捎糜谟懈呔纫蟮碾娐?、或高

8、頻濾波及旁路、耦合電路中；可在對與溫度、頻率及老化等有關(guān)的阻抗容限要求很嚴格的電路上使用；可作為調(diào)諧電路的墊整電容器、二次電容標準使用。云母電容器的工作頻率可達500兆赫，可用于甚高頻的耦合、旁路及調(diào)諧電路中。一般，在提高工作溫度和工作頻率時，要降低電容器的工作電壓。如有適當?shù)姆绬J溫及防潮措施，電容器可具有咼可靠性。否則，受咼溫、咼濕及直流電壓應力的長期作用，電容器被銀云母片上的銀離子遷移過程加劇，將導致電容量、絕緣電阻和工作電場強度降低。元件的失效取決于其應用條件。在常溫下，電容器的壽命與直源工作電壓的8次幕成反比；在恒定直流電壓條件下，溫度每提高10度，電容器的壽命約降低50%。玻璃電容器

9、。其代表型號有：CI、CII等，這類電容器用在需要考慮不同的溫度系數(shù)和介質(zhì)損耗的電路中，可代替云母電容器。在苛刻的工作環(huán)境條件下很穩(wěn)定、壽命長。能耐受高的加速應力。但卻易受中等程度機械沖擊的破壞。因此，應小心操作。它們比云母電容器更能耐受高的速度應力，而且電容量范圍較寬。在高溫、高濕及直流電壓應力的長期作用下，可能產(chǎn)生銀離子遷移，導致工作電壓降低，甚至還能產(chǎn)生電極短路的危險。鋁電解電容器，其代表型號有CD、CDZ、CDA、CDM、CDW、CDS、CDJ、CDDS、CDXW、CDL-T、CDX等，其優(yōu)點是體積小、容量大、價格便宜。臺用于濾波、耦合及旁通電路。在這些場合，只要求大的容量值、而允許容

10、量可以大大超過電容器的標準值。對于有極性的電容器，所加的交流峰值和直流電壓之和不得超過電容器的額定直流工作電壓值。長期不用的鋁電解電容器，由于鋁氧化膜可能受侵蝕，漏電流變大，瞬時加額定直流工作電壓，將使用電容器內(nèi)部產(chǎn)生大量氣體，以致將外殼頂開。因此，對長期不用的電容器應逐步加大電壓，進行老練，高壓電容器尤應注意。一般庫存二年以上的鋁電解容器不要裝機。因體鉭、鈮電解電容器，其代表型號有：CCTF、CCTJ、CCDD、CCM、CCX、CA9、CA41、CA43、CA70、CAP、CAK、CA、CN(鈮)等，這類電容器是現(xiàn)有電解電容器中性能最穩(wěn)定、最可靠、壽命最長、儲存性能最好的電容器。對溫度不敏感

11、。其缺點是，漏電流大、電壓范圍較小(6-120)伏。在正25度，額定直流電壓條件下，最大允許反向電流為1%。這類電容器可在需要對低頻或脈動電流分量進行旁路、濾波的電路中及耦合、反饋電路中使用；在需要大容量、小體積并能耐受較強的沖擊、震動應力是電路上應用。可用于濾波、旁路、耦合、隔直流、儲能及其它低壓直流電路上，有極性電容器在使用時，需要注意直流電壓的極性。同時最大允許的反向電壓不大于1伏。無極性燒結(jié)鉭固體電容器可用于工作電壓6.3-63伏的自動控制系統(tǒng)的校正網(wǎng)絡中，作為積分、濾波和耦合電容；或用于直流電壓極性出現(xiàn)反向的電路中，如調(diào)諧電路、低頻電路、交流馬達電路及計算機電路等。（8）液態(tài)鉭電解電

12、容器，其代表型號有：CAI、CA30、CA51S、CA34A、CA341、CA342等，這類電容器為有極性電容器，其比電容最大，漏電流小，主要用于需要大電容量，而允許容量偏差大的電路上，用作低頻脈動直流分量的旁路或濾波。當用于電子管及晶體管電路作低頻耦合使用時，要允許有漏電流。液態(tài)鉭電解電容器沒有耐反向電壓的能力，故僅用于直流電路中，并應特別注意極性。其密封性差，在低氣壓下工作，容易發(fā)生漏液現(xiàn)象，引起性能蛻變，導致失效。這種電容內(nèi)部電解液呈酸性，對外殼有腐蝕作用，嚴重漏液會造成失效。如有交流分量，峰值交流電壓與所加直流電壓之和不能超過額定的直流電壓值。同時峰值交流電壓不得超過所加的直流電壓。（

13、9）穿心電容器，用于射頻抗干擾濾波器。把流經(jīng)機殼或設備某點的低頻電流或射頻電流（它可能引起干擾）通過盡可能短的通路接地。典型的應用有：旋轉(zhuǎn)式裝置；點火裝置；機電調(diào)壓器、震動器、開關(guān)；電子裝置（發(fā)射機、雷達調(diào)制器、閘流管等）及設備交流濾波。（10）陶瓷微調(diào)電容器，在需要定期進行清密調(diào)節(jié)的電路上使用，常在射頻、中頻、振蕩、相位調(diào)整及鑒頻使用。電容量及其調(diào)整分量是線性的，電容量隨溫度的變化是非線性的，在容量范圍內(nèi)，對溫度的敏感性也非線的。不能把這種電容用于溫度補償。這種小型微調(diào)電容器，在沖擊、振動環(huán)境下相當穩(wěn)定。若需要更高的穩(wěn)定寬，則應使用空氣微調(diào)電容器。（11）空氣微調(diào)電容器，應用情況與“陶瓷微調(diào)電容器”相同，但這種是容器的溫度穩(wěn)定性更穩(wěn)定。3.2按形狀分類：分片式、卷繞式等。電容器的認證制度（1）UL認證（UL810、UL1414）（2）VDE認證（IEC831、IEC384、IEC25