电容基础知识

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1、www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006认知电容认知电容初级篇初级篇Frank.YaoAug.13,www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006内容提纲内容提纲 概念定义概念定义 电容的分类电容的分类 认识不同的电容认识不同的电容 不同种类电容的剖析不同种类电容的剖析 电容的特性参赛电容的特性参赛 电容的温度特性电容的温度特性 电容的频率特性电容的频率特性 电解电容的失效问题电解电容的失效问题www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容的定义电容的定义电容器就是一种存储电荷的容器，简称电容。电容器就是一种存储电荷的容器，

2、简称电容。它是它是一种储能元件，在电路中用于滤波、耦合、隔直、旁路、一种储能元件，在电路中用于滤波、耦合、隔直、旁路、调谐、能量转换和延时等。属于全球用量最大的电子元调谐、能量转换和延时等。属于全球用量最大的电子元器件之一，基本可以说有电路的地方就会有电容。器件之一，基本可以说有电路的地方就会有电容。www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容的定义电容的定义电容的基本公式是电容的基本公式是等效模型如下等效模型如下:显然，减小电显然，减小电容器极板之间的距容器极板之间的距离离(d)和增加极板和增加极板的截面积的截面积(A)将增将增加电容器的电容量。加电容器的电容量。而

3、低频时电感可忽而低频时电感可忽略不计。略不计。www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容的分类电容的分类 根据不同的标准电容就会有不同的分类，比如可以根据不同的标准电容就会有不同的分类，比如可以按照安装形式可以分为插件和贴片，按照极性可以分为按照安装形式可以分为插件和贴片，按照极性可以分为有极和无极等等，也可以根据材料分为铝电解、钽电解、有极和无极等等，也可以根据材料分为铝电解、钽电解、瓷片、云母、涤纶等等。今天我们就以我们实验室能找瓷片、云母、涤纶等等。今天我们就以我们实验室能找到的电容做一个分类研究介绍：首先还是先看插件的，到的电容做一个分类研究介绍：首先还是先

4、看插件的，总共搜集了下图这么一堆，我们一个一个看看他们是哪总共搜集了下图这么一堆，我们一个一个看看他们是哪一类？有什么特性？一类？有什么特性？www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006分类介绍分类介绍认识电容认识电容 1 1名称：高频瓷介电容符号：CC电容量：1-6800p额定电压：63-500V主要特点：高频损耗小，稳定性好应用：高频电路名称：低频瓷介电容符号：CT电容量：10p4.7u额定电压：50V-100V主要特点：体积小，价廉，损耗大，稳定性差应用：要求不高的低频电路www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006分类介绍分类介绍认识电容认识

5、电容 2 2名称：聚酯（涤纶）电容符号：CL电容量：40p-4u额定电压：63-630V主要特点：小体积，大容量，耐热耐湿，温度特性好，稳定性略差。应用：要求不高的低频振荡电路www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006分类介绍分类介绍认识电容认识电容 3 3名称：聚苯乙烯电容符号：CB电容量：10p-1u额定电压：100V-30KV主要特点：稳定，低损耗，体积较大应用：对稳定性和损耗要求较高的电路www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006分类介绍分类介绍认识电容认识电容 4 4名称：聚丙烯电容符号：CBB电容量：1000p-10u额定电压：63-

6、2000V主要特点：性能与聚苯乙烯相似但体积小，稳定性略差应用：代替大部分聚苯或云母电容，用于要求较高的电路。www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006分类介绍分类介绍认识电容认识电容 5 5名称：云母电容符号：CY电容量：10p0.1u额定电压：100V-7kV主要特点：高稳定性，高可靠性，耐高温，温度系数小应用：高频振荡，脉冲或高温等要求较高的电路www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006分类介绍分类介绍认识电容认识电容 6 6名称：铝电解电容符号：CD电容量：0.47u-10000u额定电压：6.3-450V主要特点：体积小，容量大，损耗大

7、，漏电大应用：电源滤波，低频耦合，去耦，旁路等www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006分类介绍分类介绍认识电容认识电容 7 7名称：钽电解电容符号：CA电容量：0.1-1000u额定电压：6.3-125V主要特点：体积小，损耗低、漏电小应用：在要求高的电路中代替铝电解电容www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006分类介绍分类介绍认识电容认识电容 8 8*名称：独石电容电容量：0.5PF-1UF主要特点：电容量大、体积小、可靠性高、电容量稳定，耐高温耐湿性好等。应用：广泛应用于电子精密仪器。各种小型电子设备作谐振、耦合、滤波、旁路。独石又叫多层瓷

8、介电容，分两种类型，1型性能较好，但容量小，一般小于0.2U，另一种叫II型，容量大，但性能一般。www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006分类介绍分类介绍认识电容认识电容 9 9*名称：陶瓷介质微调电容器符号：可变电容量：0.3-22p主要特点：损耗较小，体积较小应用：精密调谐的高频振荡回路www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006主要性能参数主要性能参数指标参数指标参数1.标称容量和允许误差标称容量和允许误差 2.额定工作电压额定工作电压 3.绝缘电阻绝缘电阻 4.介质损耗介质损耗特性参数特性参数温度特性温度特性电压特性电压特性1.频率特性频

9、率特性www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006主要性能参数主要性能参数标称容量和允许误差标称容量和允许误差 电容器储存电荷的能力，常用的单位是电容器储存电荷的能力，常用的单位是F、uF、nF、pF。电容器上标有的电容数是电容器的标称容。电容器上标有的电容数是电容器的标称容量。电容器的标称容量和它的实际容量会有误差。常量。电容器的标称容量和它的实际容量会有误差。常用固定电容允许误差的等级见下表用固定电容允许误差的等级见下表1。常用固定电容。常用固定电容的标称容量系列见表的标称容量系列见表2。为了简便起见，大于。为了简便起见，大于100pF而小于而小于1uF的电容常常不注

10、单位。没有小数点的，它的电容常常不注单位。没有小数点的，它的单位是的单位是 pF，有小数点的，它的单位是，有小数点的，它的单位是uF。如有的。如有的电容上标有电容上标有“332”（3300pF）三位有效数字，左起）三位有效数字，左起两位给出电容量的第一、二位数字，而第三位数字则两位给出电容量的第一、二位数字，而第三位数字则表示在后加表示在后加0的个数，单位是的个数，单位是pF。www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006主要性能参数主要性能参数标称容量和允许误差标称容量和允许误差（表（表1）允许误差2%5%10%20%(+20%-30%)(+50%-20%)(+100%-

11、10%)级别02常用固定电容允许误差的等级常用固定电容允许误差的等级www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006主要性能参数主要性能参数标称容量和允许误差标称容量和允许误差 （表（表2）电容类别允许误差容量范围标称容量系列纸介电容、金属化纸介电容、纸膜复合介质电容、低频（有极性）有机薄膜介质电容5%10%20%100pF-1uF1.01.52.23.34.76.81uF-100uF1246810152030506080100高频（无极性）有机薄膜介质电容、瓷介电容、玻璃釉电容、云母电容5%1pF-1uF1.11.21.31.51.61.82.02.42.73.03.33.

12、63.94.34.75.15.66.26.87.58.29.110%1.01.21.51.82.22.73.33.94.75.66.88.220%1.01.52.23.34.76.8铝、钽、铌、钛电解电容10%20%+50/-20%+100/-10%1uF-1000000uF1.01.52.23.34.76.8(容量单位uF)www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006主要性能参数主要性能参数2.额定工作电压额定工作电压 在规定的工作温度范围内，电容长期可靠地工在规定的工作温度范围内，电容长期可靠地工作，它能承受的最大直流电压，就是电容的耐压，作，它能承受的最大直流电压，

13、就是电容的耐压，也叫做电容的直流工作电压。如果在交流电路中，也叫做电容的直流工作电压。如果在交流电路中，要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值。常用的固定电容工作电压有工作电压值。常用的固定电容工作电压有 6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、250V、400V、630V、1000V。www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006主要性能参数主要性能参数3.绝缘电阻绝缘电阻 由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体，由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体，它的电阻不是无限大，而是一个有限的数值，

14、一般它的电阻不是无限大，而是一个有限的数值，一般在在1000兆欧以上，电容两极之间的电阻叫做绝缘电兆欧以上，电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻，或者叫做漏电电阻，大小是额定工作电压下的阻，或者叫做漏电电阻，大小是额定工作电压下的直流电压与通过电容的漏电流的比值。漏电电阻越直流电压与通过电容的漏电流的比值。漏电电阻越小，漏电越严重。电容漏电会引起能量损耗，这种小，漏电越严重。电容漏电会引起能量损耗，这种损耗不仅影响电容的寿命，而且会影响电路的工作。损耗不仅影响电容的寿命，而且会影响电路的工作。因此，漏电电阻越大越好。因此，漏电电阻越大越好。www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2

15、006主要性能参数主要性能参数4.介质损耗介质损耗 电容器在电场作用下消耗的能量，通常用损耗电容器在电场作用下消耗的能量，通常用损耗功率和电容器的无功功率之比，即损耗角的正切值功率和电容器的无功功率之比，即损耗角的正切值表示。损耗角越大，电容器的损耗越大，损耗角大表示。损耗角越大，电容器的损耗越大，损耗角大的电容不适于高频情况下工作。的电容不适于高频情况下工作。www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006常用电容的主要性能参数常用电容的主要性能参数www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容剖析电容剖析1 瓷片瓷片www.pti-2021/5/2

16、3Date:Aug.13,2006电容剖析电容剖析1 瓷片瓷片www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容剖析电容剖析2 涤纶涤纶www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容剖析电容剖析4 聚丙稀聚丙稀www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容剖析电容剖析5 云母云母www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容剖析电容剖析6 电解电解www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容剖析电容剖析7 钽电解钽电解www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2

17、006电容剖析电容剖析8 独石独石www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究-瓷片瓷片www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究-瓷片瓷片www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究-瓷片瓷片 从上面两个瓷片电容的温度特性可以发现从上面两个瓷片电容的温度特性可以发现103瓷片的电瓷片的电容值容值25oC时时12.63nF,到到100oC时却只有时却只有4.36nF,下降了下降了65.4%.而而102的瓷片电容的瓷片电容25oC时位

18、时位1061pF,到到100oC时为时为918pF,下降下降13.5%.都是瓷片都是瓷片,为什么温度特性就有这么大的差异呢为什么温度特性就有这么大的差异呢?!www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究-瓷片瓷片图解区别www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究-瓷片瓷片从上面几张图片可以发现几个问题从上面几张图片可以发现几个问题;1.102内部电极比内部电极比103的还要大的还要大2.102中的介质是黄色的中的介质是黄色的,而而103中的介质是黑色的中的介质是黑色的.3.回头看看外观

19、回头看看外观,发现发现103的颜色比的颜色比102深深.所有我们可以作出如下结论所有我们可以作出如下结论:这两个电容中使用了不同的电介质这两个电容中使用了不同的电介质,所以具有不同的温所以具有不同的温度特性度特性.我们这个结论有没有其它依据呢我们这个结论有没有其它依据呢?www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究-瓷片瓷片陶瓷电容器种类陶瓷电容器种类:依照细部材质依照细部材质,形状形状,及功能特性可再区分为及功能特性可再区分为Class-1(T.C.Type)温度补偿型温度补偿型,Class-2(Hi-K Type)高诱电型高诱电型,Cl

20、ass-3(S.C.Type)半导体型等半导体型等.按照行业的名称分为按照行业的名称分为 NPO材质系列；材质系列；X7R材质系列；材质系列；Y5V材质材质系列；系列；X5R材质系列；材质系列；Z5U材质系列材质系列 NPO材质系列材质系列 NPO(COG):一类电介质（一类电介质（Class-1），电气性能最稳定，），电气性能最稳定，基本上不随温度、电压与时间的改变而改变，适用于对稳定性要基本上不随温度、电压与时间的改变而改变，适用于对稳定性要求高的高频电路。事实上我们经常说到的精密电容，就是这一种，求高的高频电路。事实上我们经常说到的精密电容，就是这一种，因为其他材质电容的容值随温度变化误

21、差较大。因为其他材质电容的容值随温度变化误差较大。NPO材质电容温度特性材质电容温度特性 55125|容值变化容值变化|30PPM/C(PPM为百万分之一为百万分之一)。www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究-瓷片瓷片X7R材质系列材质系列 X7R(2X1):二类电介质，电气性能较稳定，在温度电压与二类电介质，电气性能较稳定，在温度电压与时间改变时性能的变化并不显著，适用于隔直，偶合旁路与对容时间改变时性能的变化并不显著，适用于隔直，偶合旁路与对容量稳定性要求不太高的全频鉴电路。由于量稳定性要求不太高的全频鉴电路。由于X7R是一种强电

22、介质，是一种强电介质，因而能造出容量比因而能造出容量比NPO介质更大的电容。介质更大的电容。X7R材质电容温度特性材质电容温度特性 55125|容值变化容值变化|15%老老化特性化特性 10年小于年小于1%X5R材质系列材质系列 X5R:二类电介质，类似二类电介质，类似X7Rwww.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究-瓷片瓷片Y5V&Z5U材质系列材质系列 Y5V(2F4)(Z5U):三类电介质，具有较高的介电常数，常三类电介质，具有较高的介电常数，常用于生产比容较大的、标称容量较高的大容量电容器产品，但其用于生产比容较大的、标称容量较高

23、的大容量电容器产品，但其容量稳定性较容量稳定性较X7R差，容量、损耗对温度、电压等测试条件较敏差，容量、损耗对温度、电压等测试条件较敏感。感。温度特性：温度特性：3085 82%容值变化容值变化 +22%老化特性：老化特性：10年年 5%以上可见以上可见1类材料最好类材料最好,那为什么不都用一类材料来做呢那为什么不都用一类材料来做呢?!www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究-瓷片瓷片 陶瓷电容器容量范围陶瓷电容器容量范围 a、T/C type(一类材料一类材料)的电容量范围为的电容量范围为1 pF-680pF,测试频率为测试频率为1M

24、Hz.b、Hi-K type(二类材料二类材料)的电容量范围为的电容量范围为100pF-0.047uF,测试频率为测试频率为1KHz.c、S/C type(三类材料三类材料)的电容量范围为的电容量范围为0.01uF-0.33uFwww.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究涤纶涤纶www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究涤纶涤纶 涤纶电容的温度特性涤纶电容的温度特性 可见涤纶电容的温度特性比较平坦可见涤纶电容的温度特性比较平坦,超过超过70oC的时候才的时候才开始略有上升开始略有上升,

25、25oC时容量为时容量为3.45nF,而而100oC时为时为3.79nF,变化率为变化率为9.85%www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究聚丙稀聚丙稀www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究聚丙稀聚丙稀 聚丙稀电容的温度特性聚丙稀电容的温度特性 可见聚丙稀电容的温度特性也很好可见聚丙稀电容的温度特性也很好,25oC时时3.54nF,而而100oC时为时为3.70nF,变化率仅为变化率仅为4.52%,超过了涤纶超过了涤纶电容电容www.pti-2021/5/23Date:Aug.

26、13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究独石独石www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究独石独石www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究独石独石 独石电容的温度特性独石电容的温度特性 可见两种独石电容也是温度差距非常大可见两种独石电容也是温度差距非常大,绿色的绿色的204从从25oC到到100oC变化了变化了18.7%,而黄色的而黄色的224从从25oC到到100oC则变化了则变化了70%.这就是这就是1类材料和类材料和2类材料的问题。类材料的问题。www.pti-2021

27、/5/23Date:Aug.13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究其它其它类别类别25oC容量容量100oC容量容量变化率变化率云母云母 100pF102.8pF108.8pF5.84%蓝色高压瓷片蓝色高压瓷片 331/1KV292pF300pF2.74%橙色橙色0.1uF 106.0nF106.2nF0.02%蓝色蓝色224/400V0.227uF0.231uF1.76%黄色黄色CBB 154/275VAC0.147uF0.144uF-2.04%电解电容电解电容10uF/25V10.75uF11.32uF5.30%电解电容电解电容100uF/16V108.4uF118.6uF9.41

28、%黑色钽电容黑色钽电容47uF/16V49.2uF52.4uF6.50%黄色钽电容黄色钽电容47uF47.5uF50.8uF6.95%www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究曲线比较曲线比较www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容温度特性研究电容温度特性研究资料回顾资料回顾www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容频率特性研究电容频率特性研究 对于不同的频率电容特性会不会有所改变呢？对于不同的频率电容特性会不会有所改变呢？不同的电容频率特性又如何呢？不同的电容频率特性又如何呢？我

29、们使用中应该如何选择呢？我们使用中应该如何选择呢？电容真的和右图等效吗？电容真的和右图等效吗？www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容频率特性研究电容频率特性研究-www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容频率特性研究电容频率特性研究-www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容频率特性研究电容频率特性研究-www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容频率特性研究电容频率特性研究-104Lwww.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容频率特性研究电容频率特性研究

30、-104L104104L（长腿）www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容频率特性研究电容频率特性研究电容电容谐振频率谐振频率独石独石1051.21MHz瓷片瓷片104（长腿）（长腿）6.10MHz瓷片瓷片10411.16MHz瓷片瓷片10329.34MHz瓷片瓷片10250.99MHz瓷片瓷片100p155.92MHz瓷片瓷片20p380.23MHz瓷片瓷片5p（长腿）（长腿）423.96MHz注：以上数据使用的HP4195网络分析仪测试得出，能测试的频率范围是100KHz到500MHwww.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电容频率特性研

31、究电容频率特性研究-资料资料资料来自现任中国电子学会电子产业战略研究分会委员，清华大学工程物理系兼职教授,北京交通大学兼职教授白同云的电磁兼容讲义。www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电解电容的失效问题电解电容的失效问题电解电容的概况电解电容的概况 重要性：多用于电源滤波，重要性：多用于电源滤波，一旦短路，后果严重一旦短路，后果严重 优点：电容量大，价格低优点：电容量大，价格低 缺点：寿命短，漏电流大，缺点：寿命短，漏电流大，易燃易燃 延长寿命的方法：降温使延长寿命的方法：降温使用，选用标称温度高的产用，选用标称温度高的产品品www.pti-2021/5/23Da

32、te:Aug.13,2006电解电容的失效问题电解电容的失效问题-十度法则十度法则温度应力时间模型的简化：十度法则温度应力时间模型的简化：十度法则 内容：从室温算起，温度每升高内容：从室温算起，温度每升高10度，寿命减半。度，寿命减半。应用举例：推算铝电解电容寿命应用举例：推算铝电解电容寿命 105C，寿命，寿命1000h（标称值）（标称值）55C,寿命寿命1000*2e5=32000h 35C，寿命，寿命1000*2e7=128000h =128000/365/24=14.81年年www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电解电容的失效问题电解电容的失效问题标称温度（

33、标称温度（）85 105 125标称温度寿命（标称温度寿命（h)1000 1000 1000工作温度（工作温度（）35 35 35工作温度寿命工作温度寿命(h)1000*2e5 1000*2e7 1000*2e9 32000 128000 912000 3.65 年年 14.6 年年 59.26年年电解电容的标称温度与寿命的关系电解电容的标称温度与寿命的关系www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电解电容的失效问题电解电容的失效问题-失效机理失效机理 漏液：电容减小漏液：电容减小 阳极氧化膜损伤难以修补，漏电阳极氧化膜损伤难以修补，漏电 流增大。流增大。短路放电：大电

34、流烧坏电极短路放电：大电流烧坏电极 电源反接：大电流烧坏电极，阴极氧化，绝缘膜增厚，电源反接：大电流烧坏电极，阴极氧化，绝缘膜增厚，电容量下降电容量下降 长期放置：不通电，阳极氧化膜损伤难以修补，漏电长期放置：不通电，阳极氧化膜损伤难以修补，漏电流增大。流增大。www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006电解电容的失效问题电解电容的失效问题-改进措施改进措施降温使用，降温使用，不做短路放电，不做短路放电，电源不反接，电源不反接，经常通电经常通电www.pti-2021/5/23Date:Aug.13,2006The EndThe End！ThanksThanks！www.pti-部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！