一文帶你搞懂電容！

廢話不多說，直接進入正題。

簡介

一個高檔的智能手機里約有800~1000個片式多層陶瓷電容器，一般電路中用的最多的也是電容，可見電容的作用有多大，本文主要介紹電容的一些基本知識點。

兩個相互靠近的導體，中間夾一層不導電的絕緣介質，這就構成了電容器。電容器有兩個很重要的特性，隔直通交以及電壓不能突變，所以經常被用在濾波電路、自舉電路、調諧等電路中。

電容的基本單位是F（法拉），因為F的單位較大，1F=1000000uF，一般不用。

常見及常用的的電容單位是uF、nF和pF，換算關系為：1uF=1000nF=1000000pF

命名規(guī)則

電容的生產廠家比較多，不同的廠家命名規(guī)則不同，如下可以看一下村田的命名規(guī)則。

如GRM代表：Chip Multilayer Ceramic Capacitors for General Purpose。18代表尺寸：1.6x0.8mm，英制的0603封裝，這部分查看對應廠家的選型手冊即可。

串并聯(lián)計算公式

電容和電阻一樣，也可以進行串聯(lián)和并聯(lián)。

兩個電容C1和C2并聯(lián)，等效電容為：

如果C1遠大于C2，等效電容可化簡為：

兩個電容C1和C2串聯(lián)，等效電容為：

如果C1遠大于C2，等效電容也可化簡為：

從以上公式可以看出，電容的串并聯(lián)正好和電阻是相反的。

平板電容器公式

電容器是儲存電量和電能（電勢能）的元件，平板電容器公式為：

其中為電容存儲的電荷，為兩極板之間的電勢差，相對介電常數(shù)，為兩極板正對面積，為兩極板之間距離。面積越大，距離越小，容值越大。

標準及常用容值

電容的標準容值按照E6，E12，E24數(shù)值標準，如下：

E6系列取值：1.0、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8乘以10的n次方；

E12系列取值：1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2乘以10的n次方；

E24系列取值：1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1乘以10的n次方；

在日常的電路設計中，我們常用的容值有：

常用的pF級別：39、43、47、51、56、100、150、200、220、270、300、330、390、470、560、680等。

常用的nF級別：1、1.2、1.5、2.2、2.7、3.3、10、22、33等。

常用的uF級別：0.1、0.15、0.22、0.33、0.47、1、2.2、10uF等。

電容分類

電容的種類很多，根據(jù)材料，常用的可分為如下幾種，其中鉭電解電容一般就稱為鉭電容。

如下是村田給出的幾種電容器的特性比較。

根據(jù)電容的不同特性，運用場合也不一樣。

陶瓷電容體積小（最小的01005封裝），無極性，價格便宜，ESR低（低于鉭電容和鋁電解電容），缺點是容量沒有電解電容大，韌性差，撞擊易碎，一般多用在小型消費類電子產品中，如手機。

電解電容容量大，體積大，價格相對便宜，多用在電源和汽車電子中；

鉭電容容量大，體積小，穩(wěn)定性相比較鋁電解電容高，多用在電源和汽車電子中；

薄膜電容耐壓高，頻率特性好，高壓場合優(yōu)選。

陶瓷電容

根據(jù)EIA和IEC推薦的標準，陶瓷電容可以被分為兩類，Class1和Class2，我們常用的X5R和X7R都是屬于Class2；

Class1和Class2的介電材料不同，Class1主要是氧化鈦，Class2主要是鈦酸鋇，如下是村田給出的兩種對比。

C0G是溫補型，可以看出隨著溫度的變化，靜電容量變化率幾乎是0

高誘電率系列的電容器(B/X5R、R/X7R特性)，由于施加直流電壓，其靜電容量有時會不同于標稱值，從下圖可以看出，施加的直流電壓越大，其實際靜電容量越低。

對于溫度補償用電容器 (CH、C0G特性等) ，以常誘電性陶瓷作為主要原料，靜電容量不因直流電壓特性而發(fā)生變化。

C0G類電容的優(yōu)點是由溫度引起的容量變化小，缺點是電容率低，不能有大容量。

X5R類電容的優(yōu)點是電容率高，能夠具有大電容，缺點是由溫度引起的容量變化大。

鉭電容

鉭電容一般就長下面這個樣子，相比較鋁電解電容，體積還是小的。

鉭電容的優(yōu)點是：

小尺寸大容量

漏電流小

在較高的頻率下ESR低，但是沒有MLCC低

在低電流下有自修復的能力（依靠把MnO2變成MnO，修復有缺陷的位置）

缺點是耐電壓和電流能力相對較弱，過壓容易爆炸，電容失效時可能會引起明火。

電容充電和放電

電容的充放電不得不提到時間常數(shù)，一個代表電容充電到電源電壓的63%所用的時間。

電容充電公式為：

其中是電容起始電壓，是電容充滿電的電壓，電容從0V開始充，即，則上式可以簡化為：

當時間為一個，可得如下，也就是電容電壓充到63%的由來，其中=2.71828

同理，2個的時間可充電到電源電壓的87%，3個可充到電源電壓的95%。

電容放電的公式為：

其中是放電之前電容上的電壓。

電容的作用

電路設計中電容經常被放在電源、射頻、音頻等地方。

電源端電容主要是濾波，容值越大，越能保證輸出電壓的穩(wěn)定性，紋波小。

射頻端的電容，主要用于給射頻供電儲能，以防止瞬間的大電流導致射頻斷電，因為鉭電容的ESR影響效率，因此對電容的ESR要求比較高。

音頻的串聯(lián)電容主要作用是隔直，容量越大，通過的音頻范圍越大，低音效果越好，ESR越低，對輸出功率影響越小，效率越高，但因相對于耳機的阻抗較小，因此對ESR要求不高。

電容的作用非常廣泛，以上只是簡單舉幾個例子說明。

實際等效模型

理想的電容器在實際中是不存在的，電容的實際模型是一個ESR串聯(lián)一個ESL，再串聯(lián)一個電容，ESR是等效串聯(lián)電阻，ESL是等效串聯(lián)電感，C是理想的電容。

所以上述模型的復阻抗為：

時，電容器表現(xiàn)為容性；

時，電容器表現(xiàn)為感性，因此會有一句話叫高頻時電容不再是電容，而呈現(xiàn)為電感，這個電感不是說電容變成了電感，而是指此時的電容擁有了與電感類似的特性。

時，此時容抗矢量等于感抗矢量，電容的總阻抗最小，表現(xiàn)為純電阻特性，此時的f稱為電容的自諧振頻率。

自諧振頻率點是區(qū)分電容是容性還是感性的分界點，高于諧振點時“電容不再是電容”，因此退耦作用將下降。實際電容器都有一定的工作頻率范圍，在工作頻率范圍內，電容才具有很好的退耦作用。ESL是電容在高于自諧振頻率點之后退耦功能被消弱的根本原因。

關于電容的實際等效模型可以閱讀作者之前寫的文章：眼見不一定為實！電阻、電容和電感的實際等效模型

電容參數(shù)及選型

電容選型主要考量如下的幾個參數(shù)。

容量：指的是在室溫25℃，在一定頻率和幅度的交流信號下測得的容量。

額定電壓：指的是在最低環(huán)境溫度和額定環(huán)境溫度下可連續(xù)加在電容器的最高直流電壓有效值，一般需要降額使用，如降額80%指的是6V額定電壓的電容，使用時加在上面的直流電壓值不能超過4.8V；但是有一點需要注意，實際電容的額定電壓制作都留有一定的余量，如額定電壓6V，實際的耐壓值可能達到其額定電壓的1.5倍左右。

漏電流：一般是在額定電壓下，工作5分鐘測試得到的平均漏電流。直流的漏電流標準值并非規(guī)定的，但絕緣電阻值為規(guī)定值，可通過絕緣電阻的規(guī)定值及產品額定電壓，利用算式I=V/R推算漏電流，即電容的絕緣電阻越大，漏電流越小。

絕緣電阻：指的是常溫下，對電容以額定電壓值進行充電1分鐘/2分鐘，將電壓值除以1分鐘/2分鐘的平均漏電流得到絕緣電阻值。

ESR：指的是電容的等效串聯(lián)電阻，其參數(shù)可以SPEC中查看，ESR的值會影響電源紋波和PDN仿真，MLCC的ESR一般都很小，mΩ級別，鉭電容和鋁電解電容一般都是Ω級別。

村田給出的幾種典型電容容值對應的絕緣電阻值

常見的電容品牌

常見的電容品牌如村田MURATA、集美KEMET、AVX、TDK、威世VISHAY、宇陽、國巨Yageo等。

今天的文章內容到這里就結束了，希望對你有幫助，關于電容后續(xù)應該還會再寫一篇文章介紹，我們下一期見。

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責任編輯：haq