一起分享電容的基礎(chǔ)知識(shí)

說(shuō)到電子產(chǎn)品，電容算是一種常用的器件了，無(wú)論電源電路、音頻電路、射頻電路都統(tǒng)統(tǒng)離不開(kāi)它，今天就來(lái)一起分享下電容的基礎(chǔ)知識(shí)。

電容的含義

電容(Capacitance)亦稱作“電容量”，是指在給定電位差下的電荷的儲(chǔ)藏量，記為C，國(guó)際單位是法拉(F)。一般來(lái)說(shuō)，電荷在電場(chǎng)中會(huì)受力而移動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)體之間有了介質(zhì)，則阻礙了電荷移動(dòng)而使得電荷累積在導(dǎo)體上，造成電荷的累積儲(chǔ)存，儲(chǔ)存的電荷量則稱為電容。

電容的公式為：C=εS/4πkd 。

其中，ε是一個(gè)常數(shù)，S為電容極板的正對(duì)面積，d為電容極板的距離，k則是靜電力常量。常見(jiàn)的平行板電容器，電容為C=εS/d(ε為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為極板面積，d為極板間的距離)。

在電容元件兩端電壓u的參考方向給定時(shí)，若以q表示參考正電位極板上的電荷量，則電容元件的電荷量與電壓之間滿足 q=Cu。電流等于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一橫截面的電荷量，所以得到I=dq/dt，因此電流與電容的關(guān)系是 I=dq/dt =C(du/dt) 。

該式表明，電流的大小與方向取決于電壓對(duì)時(shí)間的變化率，電壓增高時(shí)，du/dt》0，則dq/dt》0，i》0，極板上電荷增加，電容器充電;電壓降低時(shí)，du/dt《0，則dq/dt《0，i《0，極板上電荷減少，電容器反向放電。當(dāng)電壓不隨時(shí)間變化時(shí)，du/dt=0，則電流I=0，這時(shí)電容元件的電流等于零，相當(dāng)于開(kāi)路。故電容元件有隔斷直流的作用。

電容的容值

電容的符號(hào)是C，在國(guó)際單位制里，電容的單位是法拉，簡(jiǎn)稱法，符號(hào)是F，由于法拉這個(gè)單位太大，所以常用的電容單位有毫法(mF)、微法(μF)、納法(nF)和皮法(pF)等，換算關(guān)系如下：

1法拉(F) = 1000毫法(mF) = 1000000微法(μF);

1微法(μF) = 1000納法(nF) = 1000000皮法(pF)。

電容的參數(shù)

1.標(biāo)稱容值與誤差

電容量即電容加上電荷后儲(chǔ)存電荷的能力大小。電容量誤差是指其實(shí)際容量與標(biāo)稱容量間的偏差，通常有±10%、±20%，用在射頻電路中PI匹配中的電容±0.5%、±0.75%的小誤差電容。

2.額定電壓

額定工作電壓是該電容器在電路中能夠長(zhǎng)期可靠地工作而不被擊穿所能承受的最大直流電壓(又稱耐壓)。它與電容器的結(jié)構(gòu)、介質(zhì)材料和介質(zhì)的厚度有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于結(jié)構(gòu)、介質(zhì)相同，容量相等的電容器，其耐壓值越高，體積也越大。

當(dāng)在電容器的兩極板間施加電壓之后，極板間的電解質(zhì)便處于電場(chǎng)中，本來(lái)是中性的電介質(zhì)，由于外電場(chǎng)力的作用，介質(zhì)分子內(nèi)的正負(fù)電荷將在空間位置上發(fā)生少許偏移(如負(fù)電荷逆電場(chǎng)方向移動(dòng))，形成所謂的電偶極子，也就是介質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn)了電場(chǎng)，破壞了原來(lái)的電中性狀態(tài)。這種現(xiàn)象叫做電解質(zhì)的極化。

可見(jiàn)，極化狀態(tài)下的介質(zhì)是帶負(fù)電荷的，但這些電荷依然受介質(zhì)本身的束縛而不能自由移動(dòng)，介質(zhì)的絕緣性能尚未遭到破壞，只有少數(shù)電荷脫離束縛而形成很小的漏電流。

如果外加電壓不斷加強(qiáng)，最后將使極化電荷大量脫離束縛，引起漏電流大大增加，于是介質(zhì)的絕緣性能遭到破壞，使兩個(gè)極板短接，完全喪失電容的作用。這種現(xiàn)象稱為介質(zhì)擊穿。介質(zhì)擊穿之后，電容器被毀壞。因此電容器的工作電壓要有一定限制，不能隨意增加。

3.溫度系數(shù)

電容器電容量隨溫度變化的大小用溫度系數(shù)(在一定溫度范圍內(nèi)，溫度每變化1℃，電容量的相對(duì)變化值)來(lái)表示，這一點(diǎn)和電阻是一樣一樣的。

4.絕緣電阻

電容器漏電的大小用絕緣電阻來(lái)衡量。電容器漏電越小越好，也就是絕緣電阻越大越好。一般小電容器的絕緣電阻很大，可達(dá)幾百兆歐或幾千兆歐。電解電容器的絕緣電阻一般較小。

5.損耗

在電場(chǎng)作用下，電容器單位時(shí)間內(nèi)發(fā)熱而消耗的能量叫電容器的損耗。理想電容器在電路中不應(yīng)消耗能量，但在實(shí)際上，電容器或多或少都要消耗能量，其能量消耗主要由介質(zhì)損耗和金屬部分的損耗組成，通常用損耗角正切值來(lái)表示。

6.頻率特性

電容器的頻率特性通常是指電容器的電參數(shù)(如電容量、損耗角正切值等)隨電場(chǎng)頻率而變化的性質(zhì)。在高頻下工作的電容器，由于介電常數(shù)在高頻時(shí)比低頻時(shí)小，因此電容量將相應(yīng)地減小。與此同時(shí)，它的損耗將隨頻率的升高而增加。

此外在高頻工作時(shí)，電容器的分布參數(shù)，如極片電阻、引線和極片接觸電阻，極片的自身電感，引線電感等，都將影響電容器的性能，由于這些因素的影響，使得電容器的使用頻率受到限制。

7.介質(zhì)

參數(shù)描述了電容采用的電介質(zhì)材料類別，溫度特性以及誤差等參數(shù)，不同的值也對(duì)應(yīng)著一定的電容容量的范圍。比如：

X7R常用于容量為3300pF~0.33uF的電容，這類電容適用于濾波，耦合等場(chǎng)合，電介質(zhì)常數(shù)比較大，當(dāng)溫度從0°C變化為70°C時(shí)，電容容量的變化為±15%;

Y5P與Y5V常用于容量為150pF~2nF的電容，溫度范圍比較寬，隨著溫度變化，電容容量變化范圍為±10%或者+22%/-82%。

對(duì)于其他的編碼與溫度特性的關(guān)系，大家可以參考下面的表格。例如，X5R的意思就是該電容的正常工作溫度為-55°C~+85°C，對(duì)應(yīng)的電容容量變化為±15%

8.封裝尺寸

主要針對(duì)貼片式電容，封裝和電阻的封裝大小一樣。

電容的分類

按照不同的方式電容的分類也有很多種，以下總結(jié)幾類常見(jiàn)的

1.按材料分，有云母電容、電解電容、陶瓷電容、鉭電容等不同類型;

2.按用途分，有濾波電容、旁路電容、耦合電容、負(fù)載電容等;

3. 按照極性分，有無(wú)極性電容、有極性電容。