电容基本知识

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1、产品说明贴片电容产品规格说明及选用基本知识电容的种类有很多，可以从原理上分为：无极性可变电容、无极性固定电容、有极性电容等，从材料上分主要有:CBB电容（聚乙烯），涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容（即贴片电容或 MLCC）、电解电容、钽电容等。我们将贴片电容选用时需要注意的事项和一些基本知识拿出来一起与大家探讨如何理解电容介质击穿强度介质强度表征的是介质材料承受高强度电场作用而不被电击穿的能力，通常用伏特密尔（V/mil）或伏特/厘米（V/cm）表示。当外电场强度达到某一临界值时，材料晶体点阵中的电子克服电荷恢复力的束缚并出现场致电子发射，产生出足夠多的自由电子相互碰撞导致雪崩效应，进而

2、导致突发击穿电流击穿介质，使其失效。 除此之外，介质失效还有另一种模式，高压负荷下产生的热量会使介质材料的电阻率降低到某一程度，如果在这个程度上延续足夠长的时间，将会在介质最薄弱的部位上产生漏电流。这种模式与温 度密切相关，介质强度隨温度提高而下降。任何绝缘体的本征介质强度都会因为材料微结构中物理缺陷的存在而出现下降，而且和绝缘电阻一样，介质强度也与几何尺寸密切相关。由于材料体积增大会导致缺陷隨机出現的概率增大，因此介 质强度反比于介质层厚度。类似地，介质强度反比于片式电容器內部电极层数和其物理尺寸。基於以上考虑，进行片式电容器留边量设计时需要确保在使用过程中和在进行耐压测试（一般为其工作 电

3、压的 2.5 倍）時，不发生击穿失效。如何理解绝缘电阻 IR绝缘电阻表征的是介质材料在直流偏压梯度下抵抗漏电流的能力。绝缘体的原子结构中没有在外电场强度作用下能自由移动的电子。对于陶瓷介质，其电子被离子键和共价键牢牢束缚住，理论上几乎可以定义该材料的电阻率为无穷大。但是实际上绝缘体的电阻率 是有限，并非无穷大，这是因为材料原子晶体结构中存在的杂质和缺陷会导致电荷载流子的出现。电容器的射频电流与功率这篇文章主要是讨论多层陶瓷电容器的加载电流、功率损耗、工作电压和最大额定电压之间的关系。通过电容的最大电流主要是由最大额定电压和最大功率损耗限制的。电容的容值和工作频率又决 定了它们的限制是可调节。对

4、于在固定频率下一个较低容值的电容或者是一个电容在较低的频率下工作，它们的最高电压极限一般都比最大功率损耗的极限到达快一些。最大的额定电压决定于电容器的阻抗（Xc），就好像功率损耗决定于电阻的阻抗，或者叫做电容的等效电阻（ESR）Xc是由公式：Xc=1/2nFC计算出来，这里的F是频率，单位是Hz； C是容量，单位是F。在没有超出电容器的额定电压情况下，允许流过电容的最大电流峰值是这样计算出来的:I=Er/Xc这里的Er是电容器的额定电压，电流是峰值电流，单位是A。流过电容的实际电流是这样计算出来：l=Ea/Xc，这里的Ea是应用电压或者是实际工作。 下面几个例子是讲解在固定的频率不同的电容器这

5、些变数是怎样影响电压和电流的极限值。例1： 0.1pF，500V的电容器使用在1000MHZ的频率上：等效电阻：Xc=1/2（3.14）（1000x106）（0.1x1012）=1591ohms电流峰值：l=500/1591=0.315Apeak或 0.22Arms.如果超过这个电流，则工作电压将会超过额定电压。例2： 1.0pF,500V的电容器使用在1000MHZ的频率上：等效电阻：Xc=1/2（3.14）（1000x106）（1.0x1012）-159ohms 电流峰值：l=500/159=3.15Apeak或者 2.2Arms如果超过这个电流，则工作电压将会超过额定电压。例3： 10p

6、F,500V的电容器使用在1000MHZ的频率上：等效电阻：Xc=1/2（3.14）（1000x106）（10x1012）-15.9ohms 电流峰值：l=500/15.9=31.5Apeak或者 22.2Arms 如果超过这个电流，则工作电压将会超过额定电压。结论：最大功率损耗值是在假设电容器的端头是一个无穷大的散热器情况下计算出来得。这时传导到空气中的热量是忽略的。一个10pF,500V的电容器工作在1000MHZ的频率，在功率极限下工作 的电流峰值是7A，平均电流大概是5Arms。在这种工作电流情况下，电容器的温度将会升到125乜。为了稳定地工作，它的实际最大工作电流是2Arms，如果端

7、头的散热效果很好可以到达3Arms。如何理解电容器的静电容量A.电容量电容器的基本特性是能够储存电荷（Q），而Q值与电容量（C）和外加电压（V）成正比。Q=CV因此充电电流被定义为：=dQ/dt=CdV/dt 当外加在电容器上的电压为1伏特，充电电流为1安培，充电时间为1秒时，我们将电容量定义为1法拉。 C=Q/V=库仑/伏特=法拉由于法拉是一个很大的测量单位，在实际使用中很难达到，因此通常采用的是法拉的分数，即：皮法（ pF） =10-12F纳法（ nF） =10-9F微法（mF） =10-6FB.电容量影响因素 对于任何给定的电压，单层电容器的电容量正比于器件的几何尺寸和介电常数：C=KA

8、/f（t）心介电常数人=电极面积t=介质层厚度彳=换算因子在英制单位体系中，f=4.452，尺寸A和t的单位用英寸，电容量用皮法表示。单层电容器为例，电极面积I.Oxl.O，介质层厚度0.56，介电常数2500，C=2500（1.0）（1.0） /4.452（0.56） =10027pF如果采用公制体系，换算因子f=11.31,尺寸单位改为cm，C=2500（2.54）（2.54） /11.31（0.1422） =10028pF正如前面讨论的电容量与几何尺寸关系，增大电极面积和减小介质层厚度均可获得更大的电容量。然而，对于单层电容器来说，无休止地增大电极面积或减小介质层厚度是不切实际的。因此，

9、平行 列阵迭片电容器的概念被提出，用以制造具有更大比体积电容的完整器件。在这种“多层”结构中，由于多层电极的平行排列以及在相对电极间的介质层非常薄，电极面积A得以大大增加，因此电容量C会随着因子N （介质层数）的增加和介质层厚度t的减小而增大。这里 A指的是交迭电极的重合面积。C=KAN/4.452（t）以前在1.0x1.0x0.56的单片电容器上所获得的容量，现在如果采用相同的介质材料，以厚度为0.001的30层介质相迭加成尺寸仅为0.050x0.040x0.040的多层元件即可获得（这里重合电极面积A 为 0.030x0.020）。C=2500（0.030）（0.020） 30/4.452

10、（0.01） =10107pF上面的实例表明在多层结构电容器尺寸相对于单层电容器小700倍的情况下仍能提供相同的电容量。因此通过优化几何尺寸，选择有很高介电常数和良好电性能（能在形成薄层结构后保持良好的绝 缘电阻和介质强度）的介质材料即可设计和制造出具有最大电容量体积系数的元件。电容的型号命名各国电容器的型号命名很不统一，国产电容器的命名由四部分组成： 第一部分：用字母表示名称，电容器为C。 第二部分：用字母表示材料。第三部分：用数字表示分类。 第四部分：用数字表示序号。电容的标志方法（1 ）直标法：用字母和数字把型号、规格直接标在外壳上。（2）文字符号法：用数字、文字符号有规律的组合来表示容

11、量。文字符号表示其电容量的单位：P、N、U、M、F等。和电阻的表示方法相同。标称允许偏差也和电阻的表示方法相同。小于10PF 的电容，其允许偏差用字母代替： B0.1PF， C0.2PF， D0.5PF， F1PF。（3）色标法：和电阻的表示方法相同，单位一般为PF。小型电解电容器的耐压也有用色标法的，位置靠近正极引出线的根部，所表示的意义如下表所示：颜色黑棕红橙黄绿蓝紫灰耐压 4V 6.3V 10V 16V 25V 32V 40V 50V 63V（4）进口电容器的标志方法：进口电容器一般有6项组成。 第一项：用字母表示类别： 第二项：用两位数字表示其外形、结构、封装方式、引线开始及与轴的关系

12、。第三项：温度补偿型电容器的温度特性，有用字母的，也有用颜色的，其意义如下表所示： 第四项：用数字和字母表示耐压，字母代表有效数值，数字代表被乘数的10的幂。第五项：标称容量，用三位数字表示，前两位为有效数值，第三为是10的幕。当有小数时，用R或P表示。普通电容器的单位是PF,电解电容器的单位是UF。 第六项：允许偏差。用一个字母表示，意义和国产电容器的相同。也有用色标法的，意义和国产电容器的标志方法相同。3电容的主要特性参数：（1）容量与误差：实际电容量和标称电容量允许的最大偏差范围。一般分为3级：I级土5%，II级10%，山级20%。在有些情况下，还有0级，误差为20%。精密电容器的允许误

13、差较小，而电 解电容器的误差较大，它们采用不同的误差等级。常用的电容器其精度等级和电阻器的表示方法相同。用字母表示：D 05级0.5%； F 1级1%； G02级2%； JI 级5%； KII 级10%； MIII 级20%。（2）额定工作电压：电容器在电路中能够长期稳定、可靠工作，所承受的最大直流电压，又称耐压。对于结构、介质、容量相同的器件，耐压越高，体积越大。（3）温度系数：在一定温度范围内，温度每变化1弋，电容量的相对变化值。温度系数越小越好。（4）绝缘电阻：用来表明漏电大小的。一般小容量的电容，绝缘电阻很大，在几百兆欧姆或几千兆欧姆。电解电容的绝缘电阻一般较小。相对而言，绝缘电阻越大

14、越好，漏电也小。（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

15、瓷介可达3000MHZ；小型纸介电容器为80MHZ； 中型纸介电容器只有8MH Z。贴片电容的种类、特点、精度单片陶瓷电容器（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

16、于填充介质不同所组成的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55弋到+125弋时容量变化为030PPM/oc，电容量随频率的变化小于0.3ACO NPO电容的漂移或滞后小于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

17、率变化的特性也不同，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。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。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

18、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。封装 DC=50V DC=100V0805 330PF-0.056pF 330PF-0.012pF1206 1000PF-0.15pF 1000PF-0.047pF1210 1000PF-0.22pF 1OOOPF-O.1pF2225 O.O1pF-1pF 0.01pF-0.56pF三 Z5U 电容器Z5U

19、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 O.O1pF-O.1pF1206 0.01pF-0.33pF 0.01pF-0.

20、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 - +85c温度特性 +22% -56%介质损耗最大 4%四 Y5V 电容器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4.7pF电容器。Y5V 电容器的取值范围如下表所示封装 DC=25V DC=50V0805 0.01pF-0.39pF 0.01pF-0.1pF1206 0.01pF-1pF 0.01pF-0.33pF1210 0.1pF-1.5pF 0.01pF-0.47pF2225 0.68pF-2.2pF 0.68pF-1.5pFY5V 电容器的其他技术指标如下:工作温度范围 -30c - +85c 温度特性 +22% -82%介质损耗最大 5%