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电容知识

 [分享]电容的基础知识

一、电容的分类和作用

　电容（Electriccapacity），由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。

由于绝缘材料的不同，所构成的电容器的种类也有所不同：

　　按结构可分为：

固定电容，可变电容，微调电容。

　　按介质材料可分为：

气体介质电容，液体介质电容，无机固体介质电容，有机固体介质电容电解电容。

　　按极性分为：

有极性电容和无极性电容。

我们最常见到的就是电解电容。

　　电容在电路中具有隔断直流电，通过交流电的作用，因此常用于级间耦合、滤波、去耦、旁路及信号调谐

　　二、电容的符号

　　电容的符号同样分为国内标表示法和国际电子符号表示法，但电容符号在国内和国际表示都差不多，唯一的区别就是在有极性电容上，国内的是一个空筐下面一根横线，而国际的就是普通电容加一个“＋”符号代表正极。

　　三、电容的单位

　　电阻的基本单位是：

F（法），此外还有μF（微法）、pF（皮法），另外还有一个用的比较少的单位，那就是：

nF（），由于电容F的容量非常大，所以我们看到的一般都是μF、nF、pF的单位，而不是F的单位。

　　他们之间的具体换算如下：

　　1F＝1000000μF

　　1μF=1000nF=1000000pF

　　五、电容的耐压单位：

V（伏特）

　　每一个电容都有它的耐压值，这是电容的重要参数之一。

普通无极性电容的标称耐压值有：

63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V等，有极性电容的耐压值相对要比无极性电容的耐压要低，一般的标称耐压值有：

4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V、100V、220V、400V等。

　　六、电容的种类

　　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，从材料上可以分为：

CBB电容（聚乙烯），涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等。

下表是各种电容的优缺点：

　　各种电容的优缺点

　　极性名称制作优点缺点

　　无无感CBB电容2层聚丙乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。

无感，高频特性好，体积较小不适合做大容量，价格比较高，耐热性能较差。

　　无CBB电容2层聚乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。

有感，其他同上。

　　无瓷片电容薄瓷片两面渡金属膜银而成。

体积小，耐压高，价格低，频率高（有一种是高频电容）易碎！

容量低

　　无云母电容云母片上镀两层金属薄膜容易生产，技术含量低。

体积大，容量小，（几乎没有用了）

　　无独石电容体积比CBB更小，其他同CBB，有感

　　有电解电容两片铝带和两层绝缘膜相互层叠，转捆后浸泡在电解液（含酸性的合成溶液）中。

容量大。

高频特性不好。

　　有钽电容用金属钽作为正极，在电解质外喷上金属作为负极。

稳定性好，容量大，高频特性好。

造价高。

（一般用于关键地方）　　表1

　　七、电容的标称及识别方法

　　由于电容体积要比电阻大，所以一般都使用直接标称法。

如果数字是0.001，那它代表的是0.001uF＝1nF，如果是10n，那么就是10nF，同样100p就是100pF。

　　不标单位的直接表示法：

用1~4位数字表示，容量单位为pF，如350为350pF，3为3pF，0.5为0.5pF

　　色码表示法：

沿电容引线方向，用不同的颜色表示不同的数字，第一，二种环表示电容量，第三种颜色表示有效数字后零的个数（单位为pF）

　　颜色意义：

黑=0、棕=1、红=2、橙=3、黄=4、绿=5、蓝=6、紫=7、灰=8、白=9。

　　电容的识别：

看它上面的标称，一般有标出容量和正负极，也有用引脚长短来区别正负极长脚为正，短脚为负。

二）电容器知识

　　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/UC=ε0εrS/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。

　　²隔直流：

作用是阻止直流通过而让交流通过。

　　²旁路（去耦）：

为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。

　　²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

　　²滤波：

将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波，接近于直流。

　　²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。

　　²计时：

电容器与电阻器配合使用，确定电路的时间常数。

　　²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。

　　²整流：

在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。

　　²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

　　²电容量:

通常以120Hz下数字电桥测定的数值为准,指电容器的大小测试前一定要给电容尤其是大容量电容良好放电（大容量串小阻电容慢放,小电容可直接短路）要确定放电干净---至少剩余电压低于测试电压值,否则不单测量误差且易损表..

简单说下我使用这个电桥的方法

1、测试电压选1V（还有50mv  250MV档）  一般说来测试电压高一点会比较好

2、测试之前，最好先给电容通电老化10-24小时。

  如果不老化，电桥测试2-3分钟后，稳定下来的数值也可以使用，跟老化过的相差不大了。

（漏电、老化特别严重的除外）

3、测试频率选择，  100uf以下使用1K  以上用120HZ

电容是否老化  性能下降明显，我们可以通过不同测试频率得出的C容量  D值来简单判断。

1、2图中，1K测试下  47uf电容容量明显缩水，D值太大。

3、4图中则是正常的电容。

以上测试是在同一种类、型号电容上进行，  如果是某一电容测试数十颗都是跟1、2图类似  只能够说明该电容特性全部如此。

　　²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。

　　²工作电压（WV）：

工作电压（workingvoltage）简称WV，为绝对安全值；若是surgevoltage（简称SV或Vs），就是涌浪电压或崩溃电压;，超过这个电压值电容会爆！

根据国际IEC384-4规定，低於315V时，Vs=1.15×Vr，高於315V时，Vs=1.1×Vr。

Vs是涌浪电压，Vr是额定电压（ratedvoltage）。

　　²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

　　²ESR：

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

　　²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-2CC1CT4

　　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

　　²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。

　　²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。

　　²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。

　　²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

超级电容器也属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。

传统物理电容中储存的电能来源于电荷在两块极板上的分离，两块极板之间为真空（相对介电常数为1）或一层介电物质（相对介电常数为ε）所隔离，电容值为：

　　　C=ε•A/3.6πd•10-6（μF）

　　　其中A为极板面积，d为介质厚度

　　　所储存的能量为：

　　　E=1/2C（ΔV）2

　　　其中C为电容值，ΔV为极板间的电压降。

可见，若想获得较大的电容量、储存更多的能量，必须增大面积A或减少介质厚度d。

　　　双电层电容器中，采用活性炭材料制作成多孔电极，同时在相对的碳多孔电极之间充填电解质溶液，当在两端施加电压时，相对的多孔电极上分别聚集正负电子，而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别聚集到与正负极板相对的界面上，从而形成两个集电层，相当于两个电容器串联，如图所示：

　　由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面积（即获得了极大的电极面积A），而且电解液与多孔电极间的界面距离不到1nm（即获得了极小的介质厚度d），根据前面的计算公式可以看出，这种双电层电容器比传统的物理电容的容值要大很多，比容量可以提高100倍以上，从而使利用电容器进行大电量的储能成为可能。

　　超级电容器完全不同于传统的电解电容器，由于特殊的原材料、特殊的制作方法，其单体容量能够超过传统电容器的1000倍以上，在0.6升的体积内就能够达到10000F以上的容量，兼具电池与电容的双重特性，成为一种性能极佳的动力电源。

超级电容器满足了市场对高频率、大强度、高循环次数、并符合环保政策的动力电源的需求，在机械、电子、汽车、太阳能等领域有着极好的发展前景。