电容器知识

天狼晓月

1、 电容器的定义
   
    　　所谓电容器就是能够储存电荷的“容器”。只不过这种“容器”是一种特殊的物质——电荷，而且其所存储的正负电荷等量地分布于两块不直接导通的导体板上。至此，我们就可以描述电容器的基本结构：两块导体板（通常为金属板）中间隔以电介质，即构成电容器的基本模型。 C=Q/U C=ε0εr S/D
   
    　　2、 电容器的作用
   
    　　电容器在电子线路中的作用一般概括为：通交流、阻直流。电容器通常起滤波、旁路、耦合、去耦、转相等电气作用，是电子线路必不可少的组成部分。在集成电路、超大规模集成电路已经大行其道的今天，电容器作为一种分立式无源元件仍然大量使用于各种功能的电路中，其在电路中所起的重要作用可见一斑。作贮能元件也是电容器的一个重要应用领域，同电池等储能元件相比，电容器可以瞬时充放电，并且充放电电流基本上不受限制，可以为熔焊机、闪光灯等设备提供大功率的瞬时脉冲电流。电容器还常常被用以改善电路的品质因子，如节能灯用电容器。
   
    　　 隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。
   
    　　 旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。
   
    　　 耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路
   
    　　 滤波：将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波，接近于直流。
   
    　　 温度补偿：针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响，而进行补偿，改善电路的稳定性。
   
    　　 计时：电容器与电阻器配合使用，确定电路的时间常数。
   
    　　 调谐：对与频率相关的电路进行系统调谐，比如手机、收音机、电视机。
   
    　　 整流：在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。
   
    　　 储能：储存电能，用于必须要的时候释放。例如相机闪光灯，加热设备等等。（如今某些电容的储能水平已经接近锂电池的水准，一个电容储存的电能可以供一个手机使用一天。
   
    　　3、 电容器的基本参数
   
    　　电容量:通常以120Hz下数字电桥测定的数值为准，指电容器的大小
   
    　　损耗角正切值：通常以120Hz下数字电桥测定的数值为准，指在规定频率的正弦电压下，通过电容器的有功功率跟无功功率的比值。
   
    　　工作电压（WV）：工作电压(working voltage)简称WV，为绝对安全值。若是surge voltage(简称SV或Vs)，就是浪涌电压或崩溃电压，超过这个电压值电容会立即损坏甚至爆裂！根据国际标准IEC 384-4规定，电容耐压低于315V时，Vs=1.15×Vr，高于315V时，Vs=1.1×Vr。Vs是浪涌电压，Vr是额定电压(rated voltage)。
   
    　　 绝缘电阻：绝缘电阻则是电容器隔离直流作用的数值化表征，希望电容器的绝缘电阻越高越好。在电解电容，这个参数一般用漏电流来表征。漏电流的计算公式是I=KCV，K 是系数，不同品种的电容有不同的系数，象CD11是0.03或0.02，而CD110是0.01。该公式得出的数值单位为μA
   
    　　ESR：串联等效电阻，包括引线和铝箔的接触电阻、电解液的电阻等
   
    　　其他参数：击穿电压、允许通过的最大纹波电流、使用的温度范围、温度系数、频率特性等。在此不一一细讲。
   
    　　4、 电容器的分类
   
    　　根据介质的不同，同时结合实际应用中的具体情况，我们把电容器简单分为三类
   
    　　第一类：电解类
   
    　　电解电容器是指在铝、钽、铌、钛等阀金属的表面采用阳极氧化法生成一薄层氧化物作为电介质，以电解质作为阴极而构成的电容器。目前最常用的电解电容有铝电解和钽电解。
   
    　　广义上讲，电解质包括电解液、二氧化锰、有机半导体TCNQ、导体聚合物（PPy、PEDT）、凝胶电解质PEO等。后面的几种是目前比较尖端的电容器。
   
    　　注意：电解质和电介质的不同。
   
    　　第二类：薄膜类
   
    　　以往的纸介电容器、塑料薄膜电容器多用板状或条状的铝箔作为电极，现在，大多采用真空蒸镀的方式在电容器纸、有机薄膜等的表面涂覆金属薄层作为电极。由于金属化形式的出现，该类电容器在小型化和片式化方面有了长足的发展，对电解电容器构成一定的挑战和威胁。
   
    　　第三类：瓷介类
   
    　　陶瓷电容器采用钛酸钡、钛酸锶等高介电常数的陶瓷材料作为电介质，在电介质的表面印刷电极浆料，经低温烧结制成。陶瓷电容器的外形以片式居多，也有管形、圆片形等形状。　　　　
   
    　　5、 国产电容器的命名
   
    　　电容器的名字一般有四部分
   
    　　第一部分：名称，用字母表示，电容器用C。
   
    　　第二部分：材料，用字母表示。
   
    　　第三部分：分类，一般用数字表示，个别用字母表示。
   
    　　第四部分：序号，用数字表示。
   
    　　用字母表示产品的材料：A-钽电解、B-聚苯乙烯等非极性薄膜、C-高频陶瓷、D-铝电解、E-其它材料电解、G-合金电解、H-复合介质、I-玻璃釉、J-金属化纸、L-涤纶等极性有机薄膜、N-铌电解、Q-漆膜、T-低频陶瓷、V-云母纸、Y-云母、Z-纸介、BB- 聚丙烯薄膜
   
    　　CCG10A-2 C C 1 CT 4
   
    　　 电容器 小圆片 独石
   
    　　 高频瓷 高频瓷 低频瓷
   
    　　 高功率 电容 电容
   
    　　高频高功率电容器
   
    　　数字含义：
   
    　　电解方面各厂家有不同的使用方法，不一而足。
   
    　　薄膜电容：材料后面的第一个数字1表示箔式有感2表示金属化6表示交流8表示高压
   
    　　瓷介电容: 材料后面的第一个数字1表示圆片型4表示独石型8表示高压
   
    　　6、 关于电解的一些情况
   
    　　电容器是使用最广，用量最大，且不可取代的电子元件，其产量约占电子元件的40％，而铝电解电容器又占三大类电容器（电解电容器、陶瓷电容器、有机薄膜电容器）产量的36.8％。电解电容器是10年来我国发展速度最快的元件之一，目前，国内电解电容器的年生产总量接近250亿只，年平均增长率高达28％，占全球电解电容器产量的1/3。在发展过程中，铝电解电容器也有来自集成电路、整机电路的改进和在高压、高频、长寿命、小容量应用领域中其它电容器（如多层独石陶瓷电容器、金属化薄膜电容器、钽电解电容器等）的相互渗透。铝电解电容器自身也在不断改进、完善和创新。尤其是随着科学技术的发展，社会需求的提高，环境的改善，新型整机的诞生，使小型化、片式化和中高压大容量铝电解电容器的应用领域不断拓宽，需求量越来越大。因此，铝电解电容器不仅不会萎缩，而且还具有更强的生命力和更广阔的发展空间，会有更快的增长速度。
   
    　　电解电容的特点
   
    　　电解电容器特点一：单位体积的电容量非常大，比其它种类的电容大几十到数百倍。
   
    　　电解电容器特点二：额定的容量可以做到非常大，可以轻易做到几万μf甚至几f（但不能和双电层电容相比）。
   
    　　电解电容器特点三：价格比其它种类具有压倒性优势，因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。制造电解电容的设备也都是普通的工业设备，可以大规模生产，成本相对比较低。
   
    　　电解电容的缺点
   
    　　内部损耗大：此主要是由于电解液所形成的电阻 加上相对于容量下铝箔及接点本身的电阻所形成 此内电阻 在等价电路上为串联电阻亦即影响逸散因子的因素。在大电流充放电时，可能会引致发热等现象。
   
    　　静电容量误差大：因为电解电容器的大部分电容量是依靠铝箔表面凹凸不平的曲面及电解形成的氧化膜介质所形成，而此二者不管在进行处理或使用时，性质均不安定，使得许多电解质电容器的容量误差为标示值的-20％到+80％。为此项缺陷在电源电路中并无所影响。
   
    　　漏电流大：主要是因为介质特性的关系，此在使用于交连等需要隔绝直流之处宜特别注意。
   
    　　长期储存后，漏电流有增大及容量降低之倾向：此乃由于氧化铝膜长期浸渍在电解液中，使铝膜的介质特性劣化所致，但可于施加电压若干时间后恢复之。
   
    　　电解电容的构造和生产过程（以普通得引线铝电解和引线钽电解为例）
   
    　　a、铝电解的构造和生产过程
   
    　　铝电解基本由正极箔+氧化膜（不能独立于正极箔存在）+电解纸（浸有电解液）+负极箔+外壳+胶塞+引线+套管 （可参看实物）
   
    　　第一步：铝箔的腐蚀:增加面积几十到几百倍，凹凸不平
   
    　　第二步：氧化膜形成工艺：形成具有单向导电性的氧化膜
   
    　　第三步：铝箔的切割
   
    　　第四步：引线的铆接
   
    　　第五步：电解纸的卷绕
   
    　　第六步：电解液的浸渍
   
    　　第七步：装配：加铝壳跟胶塞
   
    　　第八步：卷边：加套管
   
    　　第九步：老化：额定电压跟额定温度下
   
    　　b、钽电容的构造和生产过程
   
    　　固体钽电解基本由钽粉（正极）+氧化膜（不能独立于钽粉存在）+二氧化锰+银粉+石墨+环氧树脂+引线
   
    　　第一步：将钽粉和有机溶剂掺杂在一起，按照一定的形状加压成形，同时埋入钽引线。
   
    　　第二步：在2000度以上的真空高温环境下，将掺杂有机溶剂的钽粉在真空中进行烧结变成类似于海绵的状态，同时和引线真正地融合在一起。
   
    　　第三步：将海绵状的钽，泡在磷酸溶液里面电解，氧化后表面即生成五氧化二钽。五氧化二钽的介电常数非常高，在27左右，性能高于铝电解电容的三氧化二铝介质（介电常数7左右）。
   
    　　第四步：将液态的硝酸锰加入钽块，然后将其在水蒸汽（催化剂）环境中进行热分解，分别成二氧化锰与二氧化氮。硝酸锰吸附性好，生成的二氧化锰可以完全吸附在海面状钽块内部的无数个小孔当中。假如这里直接使用固体的二氧化锰，就无法达到这种效果，这就是为什么二氧化锰只能在制造过程中得到的原因。假如使用PPY/PEDT等固体聚合物，因其溶点很低，就可以直接将其熔解然后放进去。
   
    　　第五步： 最后要将银粉和石墨涂在二氧化锰的表面上，减少它的ESR，增强它的导电性。
   
    　　第六步： 加入外引线，然后用环氧树脂进行封装。
    名称：聚酯（涤纶）电容（CL）
    符号：
    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，稳定性差
    应用：对稳定性和损耗要求不高的低频电路
   
    名称：聚苯乙烯电容（CB）
    符号：
    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
   
    名称：聚丙烯电容（CBB）
    符号：
    电容量：1000p--10u
    额定电压：63--2000V
    主要特点：性能与聚苯相似但体积小，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
   
    名称：云母电容（CY）
    符号：
    电容量：10p--0。1u
    额定电压：100V--7kV
    主要特点：高稳定性，高可靠性，温度系数小
    应用：高频振荡，脉冲等要求较高的电路
   
    名称：高频瓷介电容（CC）
    符号：
    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（CT）
    符号：
    电容量：10p--4。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
   
    名称：玻璃釉电容（CI）
    符号：
    电容量：10p--0。1u
    额定电压：63--400V
    主要特点：稳定性较好，损耗小，耐高温（200度）
    应用：脉冲、耦合、旁路等电路
   
    名称：铝电解电容
    符号：
    电容量：0。47--10000u
    额定电压：6。3--450V
    主要特点：体积小，容量大，损耗大，漏电大
    应用：电源滤波，低频耦合，去耦，旁路等
   
    名称：但电解电容（CA）铌电解电容（CN）
    符号：
    电容量：0。1--1000u
    额定电压：6。3--125V
    主要特点：损耗、漏电小于铝电解电容
    应用：在要求高的电路中代替铝电解电容
   
    名称：空气介质可变电容器
    符号：
    可变电容量：100--1500p
    主要特点：损耗小，效率高；可根据要求制成直线式、直线波长式、直线频率式及对数式等
    应用：电子仪器，广播电视设备等
   
    名称：薄膜介质可变电容器
    符号：
    可变电容量：15--550p
    主要特点：体积小，重量轻；损耗比空气介质的大
    应用：通讯，广播接收机等
   
    名称：薄膜介质微调电容器
    符号：
    可变电容量：1--29p
    主要特点：损耗较大，体积小
    应用：收录机，电子仪器等电路作电路补偿
   
    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
   
    独石电容最大的缺点是温度系数很高，做振荡器的稳漂让人受不了，我们做的一个555振荡器，电容刚好在7805旁边，开机后，用示波器看频率，眼看着就慢慢变化，后来换成涤纶电容就好多了。
    独石电容的特点：
    电容量大、体积小、可靠性高、电容量稳定，耐高温耐湿性好等。
    应用范围：
    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。
    容量范围：
    0.5pF--1μF
    耐压：二倍额定电压。
    里面说独石又叫多层瓷介电容，分两种类型，1型
    性能挺好，但容量小，一般小于0.2μF，另一种叫
    II型，容量大，但性能一般。
   
   
    就温漂而言:
    独石为正温糸数+130左右，CBB为负温系数-230，用适当比例并联使用，可使温漂降到很小。
    就价格而言：
    钽，铌电容最贵，独石，CBB较便宜，瓷片最低，但有种高频零温漂黑点瓷片稍贵。云母电容Q值较高，也稍贵。