1、Frank,a,Date: Aug.13, 2006,認(rèn)知電容初級篇 Frank.Yao Aug.13, 2007,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,內(nèi)容提綱,概念定義 電容的分類 認(rèn)識不同的電容 不同種類電容的剖析 電容的特性參賽 電容的溫度特性 電容的頻率特性 電解電容的失效問題,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容的定義,電容器就是一種存儲電荷的容器，簡稱電容。它是一種儲能元件，在電路中用于濾波、耦合、隔直、旁路、調(diào)諧、能量轉(zhuǎn)換和延時等。屬于全球用量最大的電子元器件之一，基本可以說有電路的地方就會有電容。,Frank,a,Date: Aug.13

2、, 2006,電容的定義,電容的基本公式是,等效模型如下:,顯然，減小電容器極板之間的距離(d)和增加極板的截面積(A)將增加電容器的電容量。而低頻時電感可忽略不計。,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容的分類,根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)電容就會有不同的分類，比如可以按照安裝形式可以分為插件和貼片，按照極性可以分為有極和無極等等，也可以根據(jù)材料分為鋁電解、鉭電解、瓷片、云母、滌綸等等。今天我們就以我們實驗室能找到的電容做一個分類研究介紹：首先還是先看插件的，總共搜集了下圖這么一堆，我們一個一個看看他們是哪一類？有什么特性？,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,分類介

3、紹認(rèn)識電容 1,名稱：高頻瓷介電容 符號：CC 電容量：1-6800p 額定電壓：63-500V 主要特點：高頻損耗小，穩(wěn)定性好 應(yīng)用：高頻電路 名稱：低頻瓷介電容 符號：CT 電容量：10p4.7u 額定電壓：50V-100V 主要特點：體積小，價廉，損耗大，穩(wěn)定性差 應(yīng)用：要求不高的低頻電路,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,分類介紹認(rèn)識電容 2,名稱：聚酯（滌綸）電容 符號：CL 電容量：40p-4u 額定電壓：63-630V 主要特點：小體積，大容量，耐熱耐濕，溫度特性好，穩(wěn)定性略差。 應(yīng)用：要求不高的低頻振蕩電路,Frank,a,Date: Aug.13, 200

4、6,分類介紹認(rèn)識電容 3,名稱：聚苯乙烯電容 符號：CB 電容量：10p-1u 額定電壓：100V-30KV 主要特點：穩(wěn)定，低損耗，體積較大 應(yīng)用：對穩(wěn)定性和損耗要求較高的電路,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,分類介紹認(rèn)識電容 4,名稱：聚丙烯電容 符號：CBB 電容量：1000p-10u 額定電壓：63-2000V 主要特點：性能與聚苯乙烯相似但體積小，穩(wěn)定性略差 應(yīng)用：代替大部分聚苯或云母電容，用于要求較高的電路。,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,分類介紹認(rèn)識電容 5,名稱：云母電容 符號：CY 電容量：10p0.1u 額定電壓：100V-7k

5、V 主要特點：高穩(wěn)定性，高可靠性，耐高溫，溫度系數(shù)小 應(yīng)用：高頻振蕩，脈沖或高溫等要求較高的電路,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,分類介紹認(rèn)識電容 6,名稱：鋁電解電容 符號：CD 電容量：0.47u-10000u 額定電壓：6.3-450V 主要特點：體積小，容量大，損耗大，漏電大 應(yīng)用：電源濾波，低頻耦合，去耦，旁路等,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,分類介紹認(rèn)識電容 7,名稱：鉭電解電容 符號： CA 電容量：0.1-1000u 額定電壓：6.3-125V 主要特點：體積小，損耗低、漏電小 應(yīng)用：在要求高的電路中代替鋁電解電容,Frank,a,

6、Date: Aug.13, 2006,分類介紹認(rèn)識電容 8*,名稱：獨石電容 電容量：0.5PF-1UF 主要特點：電容量大、體積小、可靠性高、電容量穩(wěn)定，耐高溫耐濕性好等。 應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于電子精密儀器。各種小型電子設(shè)備作諧振、耦合、濾波、旁路。,獨石又叫多層瓷介電容，分兩種類型，1型 性能較好，但容量小，一般小于0.2U，另一種叫 II型，容量大，但性能一般。,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,分類介紹認(rèn)識電容 9*,名稱：陶瓷介質(zhì)微調(diào)電容器 符號： 可變電容量：0.3-22p 主要特點：損耗較小，體積較小 應(yīng)用：精密調(diào)諧的高頻振蕩回路,Frank,a,Date: Au

7、g.13, 2006,主要性能參數(shù),指標(biāo)參數(shù) 1. 標(biāo)稱容量和允許誤差 2. 額定工作電壓 3. 絕緣電阻 4. 介質(zhì)損耗 特性參數(shù) 溫度特性 電壓特性 頻率特性,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,主要性能參數(shù),標(biāo)稱容量和允許誤差 電容器儲存電荷的能力，常用的單位是F、uF、nF 、 pF。電容器上標(biāo)有的電容數(shù)是電容器的標(biāo)稱容量。電容器的標(biāo)稱容量和它的實際容量會有誤差。常用固定電容允許誤差的等級見下表1。常用固定電容的標(biāo)稱容量系列見表2。為了簡便起見，大于100pF而小于1uF的電容常常不注單位。沒有小數(shù)點的，它的單位是 pF，有小數(shù)點的，它的單位是uF。如有的電容上標(biāo)有“

8、332”（3300pF）三位有效數(shù)字，左起兩位給出電容量的第一、二位數(shù)字，而第三位數(shù)字則表示在后加0的個數(shù)，單位是pF。,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,主要性能參數(shù),標(biāo)稱容量和允許誤差 （表1）,常用固定電容允許誤差的等級,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,主要性能參數(shù),標(biāo)稱容量和允許誤差 （表2）,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,主要性能參數(shù),2. 額定工作電壓 在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)，電容長期可靠地工作，它能承受的最大直流電壓，就是電容的耐壓，也叫做電容的直流工作電壓。如果在交流電路中，要注意所加的交流電壓最大值不能超過電容

9、的直流工作電壓值。常用的固定電容工作電壓有 6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、250V、400V、630V、1000V。,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,主要性能參數(shù),3. 絕緣電阻 由于電容兩極之間的介質(zhì)不是絕對的絕緣體，它的電阻不是無限大，而是一個有限的數(shù)值，一般在1000兆歐以上，電容兩極之間的電阻叫做絕緣電阻，或者叫做漏電電阻，大小是額定工作電壓下的直流電壓與通過電容的漏電流的比值。漏電電阻越小，漏電越嚴(yán)重。電容漏電會引起能量損耗，這種損耗不僅影響電容的壽命，而且會影響電路的工作。因此，漏電電阻越大越好。,Frank,a,Date: Au

10、g.13, 2006,主要性能參數(shù),4.介質(zhì)損耗 電容器在電場作用下消耗的能量，通常用損耗功率和電容器的無功功率之比，即損耗角的正切值表示。損耗角越大，電容器的損耗越大，損耗角大的電容不適于高頻情況下工作。,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,常用電容的主要性能參數(shù),Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容剖析,1 瓷片,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容剖析,1 瓷片,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容剖析,2 滌綸,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容剖析,4 聚丙稀,Frank,a,

11、Date: Aug.13, 2006,電容剖析,5 云母,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容剖析,6 電解,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容剖析,7 鉭電解,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容剖析,8 獨石,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研究-瓷片,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研究-瓷片,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研究-瓷片,從上面兩個瓷片電容的溫度特性可以發(fā)現(xiàn)103瓷片的電容值25oC時12.63nF,到1

12、00oC時卻只有4.36nF,下降了65.4%. 而102的瓷片電容25oC時位1061pF, 到100oC時為918pF, 下降13.5%. 都是瓷片,為什么溫度特性就有這么大的差異呢?!,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研究-瓷片,圖解區(qū)別,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研究-瓷片,從上面幾張圖片可以發(fā)現(xiàn)幾個問題; 1. 102內(nèi)部電極比103的還要大 2. 102中的介質(zhì)是黃色的,而103中的介質(zhì)是黑色的. 3. 回頭看看外觀,發(fā)現(xiàn)103的顏色比102深. 所有我們可以作出如下結(jié)論: 這兩個電容中使用了不同的電介質(zhì),所

13、以具有不同的溫度特性. 我們這個結(jié)論有沒有其它依據(jù)呢?,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研究-瓷片,陶瓷電容器種類: 依照細(xì)部材質(zhì), 形狀, 及功能特性可再區(qū)分為Class-1 (T.C. Type)溫度補(bǔ)償型, Class-2 (Hi-K Type)高誘電型, Class-3 (S.C. Type)半導(dǎo)體型等. 按照行業(yè)的名稱分為 NPO材質(zhì)系列；X7R材質(zhì)系列；Y5V材質(zhì)系列；X5R材質(zhì)系列；Z5U材質(zhì)系列 NPO材質(zhì)系列 NPO (COG):一類電介質(zhì)（Class-1），電氣性能最穩(wěn)定，基本上不隨溫度、電壓與時間的改變而改變，適用于對穩(wěn)定性要求高的高頻電

14、路。事實上我們經(jīng)常說到的精密電容，就是這一種，因為其他材質(zhì)電容的容值隨溫度變化誤差較大。 NPO材質(zhì)電容溫度特性 55125 |容值變化| 30PPM/C (PPM為百萬分之一)。,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研究-瓷片,X7R材質(zhì)系列 X7R (2X1):二類電介質(zhì)，電氣性能較穩(wěn)定，在溫度電壓與時間改變時性能的變化并不顯著，適用于隔直，偶合旁路與對容量穩(wěn)定性要求不太高的全頻鑒電路。由于X7R是一種強(qiáng)電介質(zhì)，因而能造出容量比NPO介質(zhì)更大的電容。 X7R材質(zhì)電容溫度特性 55125 |容值變化| 15% 老化特性 10年小于1% X5R材質(zhì)系列 X5R :

15、二類電介質(zhì)，類似X7R,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研究-瓷片,Y5V&Z5U材質(zhì)系列 Y5V (2F4)(Z5U):三類電介質(zhì)，具有較高的介電常數(shù)，常用于生產(chǎn)比容較大的、標(biāo)稱容量較高的大容量電容器產(chǎn)品，但其容量穩(wěn)定性較X7R差，容量、損耗對溫度、電壓等測試條件較敏感。 溫度特性： 3085 82% 容值變化 +22% 老化特性： 10年 5% 以上可見1類材料最好,那為什么不都用一類材料來做呢?!,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研究-瓷片,陶瓷電容器容量范圍 a、T/C type(一類材料)的電容量范圍為1 pF-68

16、0pF, 測試頻率為1MHz. b、Hi-K type(二類材料)的電容量范圍為100pF-0.047uF, 測試頻率為1KHz. c、S/C type(三類材料)的電容量范圍為0.01uF-0.33uF.,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研究滌綸,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研究滌綸,滌綸電容的溫度特性 可見滌綸電容的溫度特性比較平坦,超過70oC的時候才開始略有上升,25oC時容量為3.45nF, 而100oC時為3.79nF, 變化率為9.85%.,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研

17、究聚丙稀,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研究聚丙稀,聚丙稀電容的溫度特性 可見聚丙稀電容的溫度特性也很好,25oC時3.54nF,而100oC時為3.70nF, 變化率僅為4.52%, 超過了滌綸電容.,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研究獨石,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研究獨石,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研究獨石,獨石電容的溫度特性 可見兩種獨石電容也是溫度差距非常大,綠色的204從25oC到100oC變化了18.7%, 而黃色的224從25o

18、C到100oC則變化了70%.,這就是1類材料和2類材料的問題。,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研究其它,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研究曲線比較,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容溫度特性研究資料回顧,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容頻率特性研究,對于不同的頻率電容特性會不會有所改變呢？ 不同的電容頻率特性又如何呢？ 我們使用中應(yīng)該如何選擇呢？ 電容真的和右圖等效嗎？,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容頻率特性研究-102,Frank,a,Dat

19、e: Aug.13, 2006,電容頻率特性研究-103,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容頻率特性研究-104,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容頻率特性研究-104L,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容頻率特性研究-104L,104,104L（長腿）,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容頻率特性研究,注：以上數(shù)據(jù)使用的HP4195網(wǎng)絡(luò)分析儀測試得出，能測試的頻率范圍是100KHz到500MHz,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電容頻率特性研究-資料,資料來自現(xiàn)任中國電子學(xué)會電子產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略研究分會委員，清華大學(xué)工程物理系兼職教授,北京交通大學(xué)兼職教授 白同云的電磁兼容講義。,Frank,a,Date: Aug.13, 2006,電解電容的失效問題,電解電容的概況 重要性：多用于電源濾波，一旦短路，后果嚴(yán)重 優(yōu)點：電容量大，價格低 缺點：壽命短，漏電流大，易燃 延長