经典电容知识

一、电容 ：

所谓电容，就是容纳和释放电荷的电子元器件。电容的基本工作原理就是充电放电，通交流，隔直流。当然还有整流、振荡以及其它的作用。另外电容的结构非常简单，主要由两块正负电极和夹在中间的绝缘介质组成，所以电容类型主要是由电极和绝缘介质决定的。

电容的用途非常多，主要有如下几种：

1．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组件提供低阻抗通路。

3．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

4．滤波：这个对DIY而言很重要，显卡上的电容基本都是这个作用。

5．温度补偿：针对其它组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。6．计时：电容器与电阻器配合使用，确定电路的时间常数。

7．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。

8．整流：在预定的时间开或者关半闭导体开关组件。

9．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。

二、电容的单位：

电容的基本单位是：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

三、电容的计算方法：

1．电容的计算公式

2.电容的阻抗的计算

交流电是能够通过电容的，但是电容对交流电仍然有阻碍作用。电容对交流电的阻碍作用叫做容抗。电容量大，交流电容易通过电容，说明电容量大，电容的阻碍作用小；交流电的频率高，交流电也容易通过电容，说明频率高，电容的阻碍作用也小。实验证明，容抗和电容成反比，和频率也成反比。如果容抗用X C 表示，电容用C表示，频率用f表示，那么

容抗的单位是欧。知道了交流电的频率f和电容C。

四、电容的型号命名：

1） 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。

2） 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：B——±0.1pF，C——±0.25pF，D——±0.5pF，F——±1pF。
（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

3） 安规电容是指用于这样的场合，即电容器失效后，不会导致电击，不危及有身安全。

安规电容安全等级，应用中允许的峰值脉冲电压，过电压等级（IEC664）

X1 >2.5KV ≤4.0KV 　Ⅲ

X2 ≤2.5KV 　Ⅱ

X3 ≤1.2KV --

安规电容的等级制 绝缘类型 额定电压范围

Y1 双重绝缘或加强绝缘 ≥250V

Y2 基本绝缘或附加绝缘 ≥150≤250V

Y3 基本绝缘或附加绝缘 ≥150≤250V

Y4 基本绝缘或附加绝缘<250V

Y电容的电容量必须受到限制,从而达到控制在额定频率及额定电压的作用下,流过它的漏电流的大小和对系统EMC性能影响的目的.GJB151规定Y电容的容量应不大于0.1F.Y电容除符合相应的电网电压耐压外,还要求这种电容器在电气和机械性能方面有足够的安规电容的参数选择.

（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。
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：
序号 字母 颜色 温度系数 允许偏差 字母 颜色 温度系数 允许偏差
1 A 金 +100 R 黄 -220
2 B 灰 +30 S 绿 -330
3 C 黑 0 T 蓝 -470
4 G ±30 U 紫 -750
5 H 棕 -30 ±60 V -1000
6 J ±120 W -1500
7 K ±250 X -2200
8 L 红 -80 ±500 Y -3300
9 M ±1000 Z -4700
10 N ±2500 SL +350~-1000
11 P 橙 -150 YN -800~-5800
备注：温度系数的单位10e -6/℃；允许偏差是 % 。

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的幂。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±5%，II级±10%，III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：

（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℃，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；圆盘型瓷介可达3000MHZ；小型纸介电容器为80MHZ；中型纸介电容器只有8MHZ。

五、电容的种类：

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。

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。下面是各种电容的优缺点：

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。
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。   

陶瓷电容

是一种用陶瓷材料作介质，在陶瓷表面涂覆一层金属薄膜，再经高温烧结后作为电极而成的电容器。按材质和工作电压可分为：低压瓷介电容器和高压陶介电容器。它的特点是：体积小,耐热性能好,损耗小,绝缘电阻高,但容量小。适用于高稳定振荡回路中，作为回路、旁路电容器及垫整电容器。

云母电容

以天然云母作为电容器中间的介质的电容器，其制作方法：用金属箔或者在云母片上喷涂银层作电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。由于云母具有介电强度高、介电常数大、损耗小、化学稳定性高、耐热性好，且易于剥离成厚度均匀的薄片等优异性能，故云母电容器广泛应用于对电容的稳定性和可靠性要求高的电路场合中。

独石电容

体积小，容量大；低损耗，误差小；低温飘，精度高。

无极性、无交互干扰，编（卷）带包装适合于自动化、高密度安装。

环氧树脂封装，具有优良的防潮性能、抗机械强度及焊接耐热性。

卧式轴向独石，填补贴片电容器性能的不足，实现产品电路小型化集成。

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。

电解电容在电路中的作用 ：
1、滤波作用：在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。在实际中，为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化，所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容．由于大容量的电解电容一般具有一定的电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了一只容量为0.001--0.lpF的电容，以滤除高频及脉冲干扰．

2、耦合作用：在低频信号的传递与放大过程中，为防止前后两级电路的静态工作点相互影响，常采用电容藕合．为了防止信号中韵低频分量损失过大，一般总采用容量较大的电解电容。

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）

贴片电容

一、NPO电容器（温度补偿贴片单片陶瓷电容器）

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℃到+125℃时容量变化为0±30ppm/℃，电容量随频率的变化小于±0.3ΔC。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。

NPO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 （温度稳定型的陶瓷电容器）

X7R电容器被称为温度稳定型的陶瓷电容器。当温度在-55℃到+125℃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%ΔC，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。

三、Z5U电容器（“通用”陶瓷电容器）

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。

Z5U电容器的其他技术指标如下:

工作温度范围 +10℃ --- +85℃

温度特性 +22% ---- -56%

介质损耗 最大 4%

四、Y5V电容器 （有一定温度限制的通用电容器）

Y5V电容器是一种有一定温度限制的通用电容器，在-30℃到85℃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4.7μF电容器。

Y5V电容器的取值范围如下表所示

Y5V电容器的其他技术指标如下:

工作温度范围 -30℃ --- +85℃

温度特性 +22% ---- -82%

介质损耗 最大 5%