贴片陶瓷电容知识(介质DF漏电应用等)

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1、AVXZ松下/华亚/国巨/TDK ,TAIYO村田（不是春田啊）,AVX单片陶瓷电容器（通称贴片电容）是目前用量比较大的常用元件，就AVX公司生产的贴片电容来讲有NPO、X7R、Z5U、Y5V等不同的 规格，不同的规格有不同的用途。下面我们仅就常用的NPO、X7R、Z5U和Y5V来介绍一下它们的性能和应用以及采购中应注意的订 货事项以引起大家的注意。不同的公司对于上述不同性能的电容器可能有不同的命名方法，这里我们引用的是 AVX 公司的命名方法， 其他公司的产品请参照该公司的产品手册。NPO、 X7R、 Z5U 和 Y5V 的主要区别是它们的填充介质不同。在相同的体积下由于填充介质不同所组成的

2、电容器的容量就不同，随之 带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同。所以在使用电容器时应根据电容器在电路中作用不同来选用不同的电容器。一 NPO 电容器NPO是一种最常用的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器。它的填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成的。NPO电容器是电容量和介质损耗最稳定的电容器之一。在温度从-55C到+125C时容量变化为030ppm/C,电容量随频率的变化小于 0.3ACO NPO电容的漂移或滞后小于土0.05%，相对大于2%的薄膜电容来说是可以忽略不计的。其典型的容量相对使用寿命的变 化小于0.1%。 NPO 电容器随封装形式不同其电容量和介质损耗随频率变化的特性

3、也不同，大封装尺寸的要比小封装尺寸的频率特性 好。下表给出了 NPO电容器可选取的容量范围。容量精度在5%左右，但选用这种材质只能做容量较小的，常规100PF以下，100PF-1000PF也能生产但价格较高 介质损耗 最大 0。 15%封 装 DC=50V DC=100V0805 0.5-1000pF 0.5-820pF1206 0.5-1200pF 0.5-1800pF1210 560-5600pF 560-2700pF2225 1000pF-0.033pF 1000pF-0.018pFNPO电容器适合用于振荡器、谐振器的槽路电容，以及高频电路中的耦合电容。适用于低损耗，稳定性要求要的高频电

4、路二 X7R 电容器X7R电容器被称为温度稳定型的陶瓷电容器。当温度在-55C到+125C时其容量变化为15%，需要注意的是此时电容器容量变化是非线 性的。X7R电容器的容量在不同的电压和频率条件下是不同的，它也随时间的变化而变化，大约每10年变化1%AC，表现为10年变化了约 5%。X7R 电容器主要应用于要求不高的工业应用，而且当电压变化时其容量变化是可以接受的条件下。它的主要特点是在相同的体积下电容 量可以做的比较大。下表给出了 X7R电容器可选取的容量范围。X7R此种材质比NPO稳定性差，但容量做的比NPO的材料要高，容量精度在10%左右。常规10000PF以下，10000PF-1UF

5、也能生 产但价格较高介质损耗最大2。5% （25V与50V） 3。5% （16V）封 装 DC=50V DC=100V0805 330pF-0.056pF 330pF-0.012pF1206 1000pF-0.15pF 1000pF-0.047pF1210 1000pF-0.22pF 1000pF-0.1pF2225 0.01pF-1pF 0.01pF-0.56pF三 Z5U 电容器Z5U 电容器称为”通用”陶瓷单片电容器。这里首先需要考虑的是使用温度范围，对于 Z5U 电容器主要的是它的小尺寸和低成本。对 于上述三种陶瓷单片电容起来说在相同的体积下 Z5U 电容器有最大的电容量。但它的电容量

6、受环境和工作条件影响较大，它的老化率 最大可达每 10 年下降 5%。尽管它的容量不稳定，由于它具有小体积、等效串联电感（ESL）和等效串联电阻（ESR ）低、良好的频率响应，使其具有广泛的应用 范围。尤其是在退耦电路的应用中。下表给出了 Z5U 电容器的取值范围。封 装 DC=25V DC=50V0805 0.01pF-0.12pF 0.01pF-0.1pF1206 0.01pF-0.33pF 0.01pF-0.27pF1210 0.01pF-0.68pF 0.01pF-0.47pF2225 0.01pF-1pF 0.01pF-1pFZ5U 电容器的其他技术指标如下:工作温度范围+10C -

7、 +85C四 Y5V 电容器Y5V 此类介质的电容，其稳定性较差，容量偏差在 20左右，对温度电压较敏感，但这种材质能做到很高的容量，而且价格较低，适 用于温度变化不大的电路中。Y5V电容器是一种有一定温度限制的通用电容器，在-30C到85C范围内其容量变化可达+22%到-82%。Y5V的高介电常数允许在较小的物理尺寸下制造出高达4.7卩F电容器。Y5V 此类介质的电容，其稳定性较差，容量偏差在 20左右，对温度电压较敏感，但这种材质能做到很高的容量，而且价格较低，适 用于温度变化不大的电路中。介质损耗 最大 5%Y5V 电容器的其他技术指标如下:工作温度范围 -30C - +85C 温度特性

8、 +22% 82%1从材质来讲，丫5V材料的电容会随着时间的推移而发生衰减，再说TDK ,TAIYO村田（不是春田啊）,AVX皆非订单生产型企业，所以他们会 有一个库存时间,那么像Y5V材质的高容电容容量就会掉下来，但这种情况并没什么大不了的，在焊接过程中会有个回火的过程，那么其容 量就会回升到正常范围内的,这点不用担心2从测试仪器来讲,对此规格的电容的测试条件应该为:AC1.0+/-0.2V,那如果你发现容量偏低的话请试着用万用表测试一下两个PIN之间 的电压是多少，如果在0.8V以下，那就是你的仪器有问题,其实目前专业电容测试信器应该是HP4278/HP4288比较好，不会出现在测高容 电

9、容时测试电压不够的情况3, 从产品本身设计来讲,因为贴片电容其原理是无数个陶瓷电容并联而来的 ,所以企业在设计为成本计,其容量多在标称容量以下,像此规 格电容的误差应是Z档的（-20%/+80%）,那么在实际设计中可能只设计到-20%/+0这个区间，但这种现像还是比较少的4, Y5V电容的DF值是很高的，客户端在高频电路使用时是不会选用Y5V材质电容的，因此没必要去考虑频率的问题 上述都是我个人观点,不足之处,欢迎大家指正!我的 email:低损耗射频电容的优点在所有射频电路设计中，选用低损耗（超低ESR）片状电容都是一项重要考虑。以下是几种应用中低损耗电容的 优点。在手持便携式发射设备的末级

10、功率放大器内使用低损耗电容作场效应晶体管源极旁路和漏极耦合，可以延长 电池寿命。ESR高的电容增加I2ESR损耗，浪费电池能量。使用低损耗电容产品使射频功率放大器更容易提高功率输出和和效率。例如，用低损耗射频片状电容作耦合，可 以实现最大的放大器功率输出和效率。对于目前的射频半导体设备，例如便携手持设备的单片微波集成电路，尤其 是如此。许多这种设备的输入阻抗极低，因此输入匹配电路中电容的ESR损耗在全部网络的阻抗中占了很大的百分 比。如果设备输入阻抗是1欧姆而电容ESR是0.8欧姆，约40%的功率将由于ESR损耗而被电容消耗掉。这将减低 效率和输出功率。高射频功率应用也需要低损耗电容，这方面的

11、典型应用是要使一个高射频功率放大器和动态阻抗 相匹配。例如半导体等离子炉需要高射频功率匹配，设计匹配网络时使用了电容。负载从接近零的低阻抗大幅度摆 动到接近开路，导致匹配网络中产生大电流，使电容负荷剧增。这种情况使用超低损耗电容，例如ATC的100系列 陶瓷电容，最为理想。发热控制，特别是在高射频功率情况下，和元件ESR直接有关。这种情况下的电容功率耗散 可以经由PESR损耗计算出来。低损耗电容产品在这些线路中能减少发热，使线路发热问题更容易控制。使用低损耗电容可增加小信号放大器的有效增益和效率。设计低噪声放大器（LNA）时使用低损耗陶瓷电容可以 把热噪声（KTB）减到最小。使用超低损耗电容也

12、可很容易地改善信噪比和总体噪声温度。设计滤波网络时使用低 损耗陶瓷电容能把输入频带插入损耗（S21 ）减到最小，而且使滤波曲线更接近矩形，折返损耗性能更好。MRI成象 线圈的陶瓷电容必须是超低损耗。这些电容和MRI线圈相接，线圈是调谐电路的一部分。因为MRI扫描器要检测 极弱的信号，线圈的损耗必须很低，一般在几个毫欧姆的量级。如果ESR损耗超过这个量级，而设计者没有采取措 施降低损耗，成象分辨率就会降低。ATC100系列陶瓷电容组具有超低损耗，因而经常用于线圈电路。这些电容组在 谐振电路中发挥功能，却不增加整个线路的损耗。（5）损耗：在电场的作用下，电容器在单位时间内发热而消耗的能量。这些损耗

13、主要来自介质损耗和金属损耗。 通常用损耗角正切值来表示。（6）频率特性：电容器的电参数随电场频率而变化的性质。在高频条件下工作的电容器，由于介电常数在高频时 比低频时小，电容量也相应减小。损耗也随频率的升高而增加。另外，在高频工作时，电容器的分布参数，如极片 电阻、引线和极片间的电阻、极片的自身电感、引线电感等，都会影响电容器的性能。所有这些，使得电容器的使 用频率受到限制。不同品种的电容器，最高使用频率不同。小型云母电容器在250MHZ以内；圆片型瓷介电容器为300MHZ；圆管 型瓷介电容器为200MHZ；圆盘型瓷介可达3000MHZ；小型纸介电容器为80MHZ；中型纸介电容器只有8MHZ。

14、散逸因数一损失角（DF）损失角即D值：一般电解电容器因为内阻较大故D值较高，其规格视电容值高低决定，为0.1-0.24以下.塑料薄膜电容器则D值较低，视其材质决定为0.001-0.01以下.陶瓷电容器视其材质决定,Hi-K type及S/C type为0.025以下.T/C type其规格以Q值表示需高于400-1000. （Q值相当于D值的倒数）散逸因数dissipation factor（DF）存在于所有电容器中，有时DF值会以损失角tan 表示。想想，损失角， 既有损失，当然愈低愈好。塑料电容的损失角很低，但铝电解电容就相当高。DF值是高还是低，就同一品 牌、同一系列的电容器来说，与温度

15、、容量、电压、频率 都有关系；当容量相同时，耐压愈高的DF 值就愈低。举实例做说明，同厂牌同系列的10000 UF电容，耐压80V的DF值一定比耐压63V的低。所 本刊选用滤波电容常会找较高耐压者，不是没有道理。此外温度愈高DF值愈高，频率愈高DF值也会愈 高。%5MGM中但许多电容器制造厂，在规格书上常不注明散逸因数DF值，因为数值甚高很难看。以瑞典RIFA为例， 其蓝色PHE-420系列是MKP塑料电容，它的DF值最低是0.00005/最高是0.0008。但白色顶级PEH169系 列铝质电解电容，就未标示损失角规格。若真注明DF值，可能会是1.0000，小数点是在1的后面。3、介质损耗正切

16、值tg又称介质损耗因数，是指介质损耗角正切值，简称介损角正切。介质损耗因数的定义如下:被测试品的有功功斡 被测试品的无功功率QK100% 如果取得试品的电流相量I和电压相量U,则可以得到如下相量图: 总电流可以分解为电容电流Ic和电阻电流IR合成，因此:损耗因数討00%诜W逹.这正是损失角6=（90 -）的正切值。因此现在的数字化仪器从本质上讲，是通过测量5或者得到介损因数。测量介损对判断电气设备的绝缘状况是一种传统的、十分有效的方法。绝缘能力的下降直接反映为介损增大。进 一步就可以分析绝缘下降的原因，如：绝缘受潮、绝缘油受污染、老化变质等等。测量介损的同时，也能得到试品的电容量。如果多个电容

17、屏中的一个或几个发生短路、断路，电容量就有明显的变化, 因此电容量也是一个重要参数。4、功率因数cos功率因数是功率因数角的余弦值，意义为被测试品的总视在功率S中有功功率P所占的比重。功率因数的定义 如下：功率因数（cos =被测试品的有功功率0 1nno/ 被测试品的视在功率E有的介损测试仪习惯显示功率因数（PF:cos），而不是介质损耗因数（DF:tg5）。一般cosQtg5,在损耗很小 时这两个数值非常接近。5、高压电容电桥高压电容电桥的标准通道输入标准电容器的电流、试品通道输入试品电流。通过比对电流相位差测量tg5，通过 出比电流幅值测量试品电容量。因此用电桥测量介损还需要携带标准电容

18、器、升压PT和调压器。接线也十分烦琐。国内常见高压电容电桥有：型号生产厂家性能2801Haefely西林电桥，手动调节，介损相对误差0.5%，试验室使用。其改进型为2809A。QS30上海沪光厂电流比较仪电桥，手动调节，介损相对误差0.5%0.00005,试验室使用。QS1上海电表厂西林电桥，手动调节，介损相对误差10%0.003,现场测量用。支持正反接线, 移相或到相抗干扰。AI-6000分体型泛华电子自动调节，红外线遥控，介损相对误差0.2%0.00005,现场或试验室用。支 持正反接线，移相或倒相抗干扰。配合变频电源可变频抗干扰。6、高压介质损耗测量仪简称介损仪，是指采用电桥原理，应用数

19、字测量技术，对介质损耗角正切值和电容量进行自动测量的一种新型仪器。一般包含高压电桥、高压试验电源和高压标准电容器三部分。AI-6000利用变频抗干扰原理，采用傅立叶变化数字波形分析技术，对标准电流和试品电流进行计算，抑制干扰能力 强，测量结果准确稳定。国内常见高压介质损耗测量仪有：型号生产厂家性能2816Haefely高压输出12kV/200mA，介损误差1 %0.0001（抗干扰方式、指标不祥，估计是移相）， 正反接线方式，C / L / R测量，总重量104kg。M4000DOBLE高压输出10kV/300mA，介损误差1 %0.0004（变频抗干扰，20倍），正反接线方式，C / L /

20、 R 测量，笔记本+WINDOWS, 4570Hz,重量 66kg。AI-6000泛华电子10kV/200mA，介损误差1 %0.0004，变频法4565Hz，抗干扰2： 1,正、反（含高 低压侧屏蔽）接线方式，CVT自激法，C / L /R测量，模拟西林电桥和电流比较仪电 桥，试验室介损精度达到精密电桥标准，29kg。漏漏电流漏电流（leakage current）当然要低，它的计算公式大致是:I=KXCV。漏电流I的单位是uA, K是常数， 例如是 0.01 或 0.03，每家制造厂会选择不同的常数。但不论如何，电容器容量愈高，漏电流就愈大。如果 你有容量愈大平滑效果愈好的想法，这个漏电流

21、也请考虑在内。从计算式可得知额定电压愈高，漏电 流也愈大，因此降低工作电压亦可降低漏电流。 16但降低电容器的漏电流并不容易，低漏电流low leakage current-LL系列价格高昂，我曾向国内厂商订 制一批低漏电流 LL 系列电容，价格比许多进口电容还贵。漏电流规格，铝电解电容就比钽电解电容差许 多，钽质电容也有干式及湿式两种，不过它的容量及耐压都较低。 BtxmI 除特别定制外，面对一般品，想要降低它的漏电流可设法提高Vs对Vr的比值。Vs是涌浪电压，其值 当然比Vr额定电压高，但施加电压（真正的工作电压）还应该比Vr低，例如取Vr的90%；找高耐压品种可 说是完全正确。 ;hWy

22、L等效串联电阻ESR一只电容器会因其构造而产生各种阻抗、感抗，比较重要的就是ESR等效串联电阻及ESL等效串联 电感一这就是容抗的基础。电容器提供电容量，要电阻干嘛？故ESR及ESL也要求低低；但low ESR/low ESL通常都是咼级系列。ESR的高低，与电容器的容量、电压、频率及温度都有关，当额定电压固定时，容量愈大ESR愈 低。有人习用将多颗小电容并接成一颗大电容以降低阻抗，其理论是电阻并联阻值降低。但若考虑电容接 脚焊点的阻抗，以小并大，不见得一定会有收获。 H（dZi反过来说，当容量固定时，选用高WV额定电压的品种也能降低ESR；故耐压高确实好处多多。频率 的影响：低频时ESR高，

23、高频时ESR低；当然，高温也会造成ESR的提升。| 串联等效电阻ESR的单位是mQ，高级系列电容常是low ESR及low ESL。若比较低内阻及低漏电流 两种特性，则低内阻容易达成，故标示low ESR的电容倒很常见。ESR与损失角有关联，ESR=tan 5/（ XCs），Cs是电容量。.3有时电容器规格上会有乙它与ESR的意义不同，但Z的计算示与ESR有关，同时也考虑到容抗及感 抗，是真正的内阻。刚才提到电容的ESR单位是mQ，那是指大电容，若是220 uF小容量电容，其ESR单位就不是mQ而是Q。何种电容器的ESR最低？答案只有一个：Sanyo的OS有机半导体电容!涟波电流 Irac前面

24、谈到的散逸因数DF-损失角tan 5、漏电流、ESR-串联等效电阻等，其值都是愈低愈好，但现在 要提的涟波电流 ripple current 却是愈高愈好。特别是现在都特别讲究后级扩大机要有大电流输出，电源平 滑滤波电容器的涟波电流Irac(或lac)就显得格外突出。涟波电流Irac的标示至少应有低频及高频工作时两种规格数字，低频大约是以120Hz做标准，高频大 概是以10KHz做标准，但不同制造厂商可能会有略微的差别。涟波电流与频率刚好成正比，因此低频时涟波电流也比较低。可是对我们音响迷来说，低频段的 Irac 值才是重要。所以在采购电容器时，涟波电流数字高低是极为重要的依据。在一般状况下，

25、同品牌时，锁 螺丝式电容的涟波电流通常比snap-in插PC板式来得高。二、电容器主要电气规格1. 电容量 Capacitance:一般电解电容器的电容量范围为0.47uF-10000uF,测试频率为120Hz.塑料薄膜电容器的电容量范围为0.001uF-0.47uF,测试频率为1KHz.陶瓷电容器a、T/C type的电容量范围为1 pF-680pF,测试频率为1MHz.b、Hi-K type的电容量范围为100pF-0.047uF,测试频率为1KHz.c、S/C type 的电容量范围为 0.01uF-0.33uF.2. 电容值误差 Tolerance:一般电解电容器的电容值误差范围为M即

26、+/-20%,塑料薄膜电容器为J即+/-5%或K即+/-10%,或M即+/-20%三种， 陶瓷电容器a、T/C type 为 C 即 +/-0.25pF (10pF 以下时)，或 D 即 +/-0.5pF (10pF 以下时)，或 J 或 K 四种.b、Hi-K type 及 S/C type 为 K 或 M 或 Z 即 +80/-20%三种.3. 损失角即 D 值:一般电解电容器因为内阻较大故D值较高，其规格视电容值高低决定，为0.1-0.24以下.塑料薄膜电容器则D值较低，视其材质决定为0.001-0.01以下.陶瓷电容器视其材质决定,Hi-K type及S/C type为0.025以下.

27、T/C type其规格以Q值表示需高于400-1000. (Q值相当于D值的倒数)4. 温度系数 Temperature Coefficient:即为电容量受温度变化改变之比例值, 一般仅适用于陶瓷电容器.T/C type 其常用代号为 CH 或 NPO 即为 +/-60ppm, UJ 即为-750+/-120ppm, SL 即为 +350+/-1000ppm.Hi-K type (Z)及 S/C type (Y),其常用代号为 B (5P)即为 +/-10%, E (5U)即为 +20/-55%, F (5V)即为 +30/-80%.5. 漏电流量 Leakage current:此为电解电

28、容器之特定规格，一般以电容器本身额定电压加压3 Min 后,串接电流表测试，其漏电流量需在0.01CV ( uF电容量值与额 定电压相乘积)或3uA以下(取其较大数值).特定低漏电流量使用(Low leakage type)则其漏电流量需在0.002CV或0.4uA以下.6. 冲击电压 Surge Voltage:一般以电容器本身额定电压之1.3倍电压加压, 需工作正常无异状.7. 使用温度范围:一般电解电容器的使用温度范围为-25C至+85C,特定高温用或低漏电流量用者为-40C至+105C.塑料薄膜电容器为-40C至+85C.陶瓷电容器 T/C type 为-40C至+85C, Hi-K

29、type 及 S/C type 为-25C至+85C.如何选用规格适当之电容器1. 所有被动组件中, 电容器属于种类及规格特性最复杂的组件. 尤其为了配合不同电路及工作环境的需求差异, 即使是相同的电容量值 与额定电压值, 亦有其它不同种类及材质特性的选择.2. 以电解电容器为例, 由于其电容量值较大, 虽然能和塑料薄膜电容器或陶瓷电容器互相区隔.实际使用上仍有下述各种特性差异:A. 使用温度范围：需选定一般型-25C至+85C或耐高温型-40C至+105CB. 使用高度限制：传统A/I标准型最低高度为11mm,迷你型为7mm,超迷你型为5mm（相当于芯片电解电容器之高度）.C. 电容量误差值

30、：较高额定电压或电容量大于100uF时，有一般型为+100/-10%或M型+/-20%.D. 低漏电流量特性：用于某些特定电路，与充放电时间常数准确性有关时.（相当于Tantalum钽质电容特性）E. Low ESR 低内阻特性： 用于某些滤波电路, 需配合高频脉波大电流之滤波效果.例如交换电源之滤波电路.F. Bipolar 双极性特性： 用于高频脉波电路, 需配合高频脉波大电流之通路效果.例如推动偏向线圈之水平输出电路.G. Non-polar 无极性特性： 用于低频高波幅之音频信号通路, 用以避免因电容器两端之正逆向偏压, 造成输出波形失真.H. 以上为一般A/I电解电容器，而芯片电解电

31、容器亦同样有标准型，耐高温型，低漏电流量型（即钽质芯片电容），无极性特性等分类.3. 以陶瓷电容器为例, 其材料特性区分为3类.Class 1 T/C温度补偿型供高频谐振电路用，Class 2 Hi-K与Class 3 S/C为滤波及信号通路用，由于其电容量值部分类似，且与塑料薄膜电容器亦数值接近，需特别注意特性选用.A. Class 1容量范围为1 pF-68O pF，可视高频电路需要，选择CH零温度补偿型（例如RC谐振电路，不需补偿温度系数），UJ负温度补 偿型 （例如 LC 谐振电路，需补偿线圈正温度系数）， SL 无控制温度补偿型 （例如高频补偿， 非谐振电路， 不需考虑温度影响）.B

32、. Class 2 Hi-K容量范围为100 pF-0.047 uF与Class 3 S/C容量范围为0.01 uF-0.33 uF，两者特性接近.一般后者外型较小，成本低，但 耐压规格较低.C. 需注意100 pF-680 pF范围内，Class 1与Class 2电容器之Q值相差极大，电路上不可误用.4. 以塑料薄膜电容器为例， 各类不同材质特性， 可配合不同之电路应用. 其共同特性为容量不受温度影响， 适合中低频电路使用.A. 聚丙烯（代号PPN或PPS）材质之损失角最低，可适用于高电压脉波电路工作.PPS材质为1KV以上使用,PPN材质为1KV以下 使用.B. 金属化聚丙烯（代号MPPN）材质耐电压较高，适用于DC高电压或AC电源电路工作使用于AC电源电路者，必须符合AC电源 安规验证，一般称为X2电容.C. 聚乙脂 （代号 PS） 损失角低且容量较低， 高频特性良好， 可适用于中低频谐振电路工作.D. 金属化聚乙烯（代号MPE）容量范围广及无电感特性，可适用于一般脉波电路工作代号MEF者，亦为MPE类材质，但具有 Flame-retardant 防火特性.E. 聚乙烯（代号PE分为有电感特性PEI及无电感特性PEN两种）其损失角较大，但因成本较低，可适用于一般直流或低频电路工作.F. 所有金属化之塑料薄膜电容器， 均具有 self-healing 自行回复