電子設計基礎關鍵元器件篇（一）：電容 - 全文

??????? 電子工程師在平時進行電子設計中接觸得最多的莫過于電子元器件了，而如何用好電子元器件，使電子元器件在電路中發(fā)揮其最大的功能作用，則成為評判你是否是合格電子工程師的基本標準。為給工程師朋友提供較為全面的元器件知識，或?qū)W習，或參考，或溫故而知新，電子發(fā)燒友會陸續(xù)整合推出《電子設計基礎關鍵元器件篇》系列章節(jié)，敬請留意。?本章節(jié)將談及電容相關知識，?電容在電子線路中也是廣泛應用的器件之一。我們多采用它來濾波、隔直、交流耦合、交流旁路等，也用它和電感元件一起組成振蕩電路。
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電容（或稱電容量）是表征電容器容納電荷本領的物理量。我們把電容器的兩極板間的電勢差增加1伏所需的電量，叫做電容器的電容。電容器從物理學上講，它是一種靜態(tài)電荷存儲介質(zhì)（就像一只水桶一樣，你可以把電荷充存進去，在沒有放電回路的情況下，刨除介質(zhì)漏電自放電效應/電解電容比較明顯，可能電荷會永久存在，這是它的特征），它的用途較廣，它是電子、電力領域中不可缺少的電子元件。主要用于電源濾波、信號濾波、信號耦合、諧振、隔直流、能量轉(zhuǎn)換、控制電路等電路中。

　　電容的符號是C。

　　C=εS/d=εS/4πkd（真空）=Q/U

　　在國際單位制里，電容的單位是法拉，簡稱法，符號是F，常用的電容單位有毫法（mF）、微法（μF）、納法（nF）和皮法（pF）（皮法又稱微微法）等，換算關系是：

　　1法拉（F）= 1000毫法（mF）=1000000微法（μF）

　　1微法（μF）= 1000納法（nF）= 1000000皮法（pF）。

　　電容與電池容量的關系：

　　1伏安時=25法拉=3600焦耳

　　1法拉=144焦耳

　　電容符號

　　一、 電容器的型號命名方法

　　國產(chǎn)電容器的型號一般由四部分組成（不適用于壓敏、可變、真空電容器）。依次分別

　　代表名稱、材料、分類和序號。

　　第一部分：名稱，用字母表示，電容器用C。

　　第二部分：材料，用字母表示。

　　第三部分：分類，一般用數(shù)字表示，個別用字母表示。

　　第四部分：序號，用數(shù)字表示。

　　用字母表示產(chǎn)品的材料：A-鉭電解、B-聚苯乙烯等非極性薄膜、C-高頻陶瓷、D-鋁電解、E- 其它材料電解、G-合金電解、H-復合介質(zhì)、I-玻璃釉、J-金屬化紙、L-滌綸等極性有機薄膜、N-鈮電解、O-玻璃膜、Q-漆膜、T-低頻陶瓷、V-云母紙、Y-云母、Z-紙介

　　二、電容器的分類

　　電容的分類方式及種類很多，

　　1、按照結(jié)構(gòu)分三大類：固定電容器、可變電容器和微調(diào)電容器。

　　2、按電解質(zhì) 分類有：有機介質(zhì)電容器、無機介質(zhì)電容器、電解電容器和空氣介質(zhì)電容器等。

　　3、按用途分有：高頻旁路、低頻旁路、濾波、調(diào)諧、高頻耦合、低頻耦合、小型電容器。

　　4、頻旁路：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、滌綸電容器、玻璃釉電容器。

　　5、低頻旁路：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器。

　　6、濾波：鋁電解電容器、紙介電容器、復合紙介電容器、液體鉭電容器。

　　7、調(diào)諧：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、聚苯乙烯電容器。

　　8、高頻耦合：陶瓷電容器、云母電容器、聚苯乙烯電容器。

　　9、低耦合：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器、固體鉭電容器。

　　10、小型電容：金屬化紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、聚苯乙烯電 容器、固體鉭電容器、玻璃釉電容器、金屬化滌綸電容器、聚丙烯電容器、云母電容器。

　　11、基于電容的材料特性，其可分為以下幾大類：

　　1）、鋁電解電容

　　電容容量范圍為0.1μF ～ 22000μF，高脈動電流、長壽命、大容量的不二之選，廣泛應用于電源濾波、解藕等場合。

　　2）、薄膜電容

　　電容容量范圍為0.1pF ～ 10μF，具有較小公差、較高容量穩(wěn)定性及極低的壓電效應，因此是X、Y 安全電容、EMI/EMC 的首選。

　　3）、鉭電容

　　電容容量范圍為2.2μF ～ 560μF，低等效串聯(lián)電阻（ESR）、低等效串聯(lián)電感（ESL）。脈動吸收、瞬態(tài)響應及噪聲抑制都優(yōu)于鋁電解電容，是高穩(wěn)定電源的理想選擇。

　　4）、陶瓷電容

　　電容容量范圍為0.5pF ～ 100μF，獨特的材料和薄膜技術的結(jié)晶，迎合了當今“更輕、更薄、更節(jié)能“的設計理念。

　　5）、超級電容

　　電容容量范圍為0.022F ～ 70F，極高的容值，因此又稱做“金電容”或者“法拉電容”。主要特點是：超高容值、良好的充/放電特性，適合于電能存儲和電源備份。缺點是耐壓較低，工作溫度范圍較窄。

　　三、常用電容器

　　1、 鋁電解電容器

　　用浸有糊狀電解質(zhì)的吸水紙夾在兩條鋁箔中間卷繞而成，薄的化氧化膜作介質(zhì)的電容器。因為氧化膜有單向?qū)щ娦再|(zhì)，所以電解電容器具有極性。容量大，能耐受大的脈動電流，容量誤差大，泄漏電流大；普通的不適于在高頻和低溫下應用，不宜使用在25kHz 以上頻率低頻旁路、信號耦合、電源濾波。

　　電容量：0.47--10000u

　　額定電壓：6.3--450V

　　主要特點：體積小，容量大，損耗大，漏電大

　　應用：電源濾波，低頻耦合，去耦，旁路等

　　2、 鉭電解電容器（CA）鈮電解電容（CN）

　　用燒結(jié)的鉭塊作正極，電解質(zhì)使用固體二氧化錳溫度特性、頻率特性和可靠性均優(yōu)于普

　　通電解電容器，特別是漏電流極小，貯存性良好，壽命長，容量誤差小，而且體積小，單位體積下能得到最大的電容電壓乘積對脈動電流的耐受能力差，若損壞易呈短路狀態(tài)超小型高可靠機件中。

　　電容量：0.1--1000u

　　額定電壓：6.3--125V

　　主要特點：損耗、漏電小于鋁電解電容

　　應用：在要求高的電路中代替鋁電解電容

　　3、 薄膜電容器

　　結(jié)構(gòu)與紙質(zhì)電容器相似，但用聚脂、聚苯乙烯等低損耗塑材作介質(zhì)頻率特性好，介電損

　　耗小不能做成大的容量，耐熱能力差濾波器、積分、振蕩、定時電路。

　　a 聚酯（滌綸）電容（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，穩(wěn)定性差

　　應用：對穩(wěn)定性和損耗要求不高的低頻電路

　　b 聚苯乙烯電容（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

　　應用：對穩(wěn)定性和損耗要求較高的電路

　　c 聚丙烯電容（CBB）

　　電容量：1000p--10u

　　額定電壓：63--2000V

　　主要特點：性能與聚苯相似但體積小，穩(wěn)定性略差

　　應用：代替大部分聚苯或云母電容，用于要求較高的電路

　　4、 瓷介電容器

　　穿心式或支柱式結(jié)構(gòu)瓷介電容器，它的一個電極就是安裝螺絲。引線電感極小，頻率特

　　性好，介電損耗小，有溫度補償作用不能做成大的容量，受振動會引起容量變化特別適于高頻旁路。

　　a 高頻瓷介電容（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

　　應用：高頻電路

　　b 低頻瓷介電容（CT）

　　電容量：10p--4.7u

　　額定電壓：50V--100V

　　主要特點：體積小，價廉，損耗大，穩(wěn)定性差

　　應用：要求不高的低頻電路

　　5、 獨石電容器

　?。ǘ鄬犹沾呻娙萜鳎┰谌舾善沾杀∧づ魃媳桓惨噪姌O槳材料，疊合后一次繞結(jié)成一塊不可分割的整體，外面再用樹脂包封而成小體積、大容量、高可靠和耐高溫的新型電容器，高介電常數(shù)的低頻獨石電容器也具有穩(wěn)定的性能，體積極小，Q 值高容量誤差較大噪聲旁路、濾波器、積分、振蕩電路。

　　容量范圍：0.5PF--1UF

　　耐壓：二倍額定電壓。

　　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。

　　應用范圍：廣泛應用于電子精密儀器。各種小型電子設備作諧振、耦合、濾波、旁路。

　　6、 紙質(zhì)電容器

　　一般是用兩條鋁箔作為電極，中間以厚度為0.008～0.012mm 的電容器紙隔開重疊卷繞而成。制造工藝簡單，價格便宜，能得到較大的電容量。

　　一般在低頻電路內(nèi)，通常不能在高于3～4MHz 的頻率上運用。油浸電容器的耐壓比普通紙質(zhì)。電容器高，穩(wěn)定性也好，適用于高壓電路。

　　7、 微調(diào)電容器

　　電容量可在某一小范圍內(nèi)調(diào)整，并可在調(diào)整后固定于某個電容值。 瓷介微調(diào)電容器的Q 值高，體積也小，通常可分為圓管式及圓片式兩種。 云母和聚苯乙烯介質(zhì)的通常都采用彈簧式東，結(jié)構(gòu)簡單，但穩(wěn)定性較差。 線繞瓷介微調(diào)電容器是拆銅絲〈外電極〉來變動電容量的，故容量只能變小，不適合在需反復調(diào)試的場合使用。

　　a 空氣介質(zhì)可變電容器

　　可變電容量：100--1500p

　　主要特點：損耗小，效率高；可根據(jù)要求制成直線式、直線波長式、直線頻率式及對數(shù)式等

　　應用：電子儀器，廣播電視設備等

　　b 薄膜介質(zhì)可變電容器

　　可變電容量：15--550p

　　主要特點：體積小，重量輕；損耗比空氣介質(zhì)的大

　　應用：通訊，廣播接收機等

　　c 薄膜介質(zhì)微調(diào)電容器

　　可變電容量：1--29p

　　主要特點：損耗較大，體積小

　　應用：收錄機，電子儀器等電路作電路補償

　　d 陶瓷介質(zhì)微調(diào)電容器

　　可變電容量：0.3--22p

　　主要特點：損耗較小，體積較小

　　應用：精密調(diào)諧的高頻振蕩回路

　　8、 陶瓷電容器

　　用高介電常數(shù)的電容器陶瓷〈鈦酸鋇一氧化鈦〉擠壓成圓管、圓片或圓盤作為介質(zhì)，并用燒滲法將銀鍍在陶瓷上作為電極制成。它又分高頻瓷介和低頻瓷介兩種。 具有小的正電容溫度系數(shù)的電容器，用于高穩(wěn)定振蕩回路中，作為回路電容器及墊整電容器。低頻瓷介電容器限于在工作頻率較低的回路中作旁路或隔直流用，或?qū)Ψ€(wěn)定性和損耗要求不高的場合〈包括高頻在內(nèi)〉。這種電容器不宜使用在脈沖電路中，因為它們易于被脈沖電壓擊穿。高頻瓷介電容器適用于高頻電路。

　　9、 玻璃釉電容器（CI）

　　由一種濃度適于噴涂的特殊混合物噴涂成薄膜而成，介質(zhì)再以銀層電極經(jīng)燒結(jié)而成“獨石”結(jié)構(gòu)性能可與云母電容器媲美，能耐受各種氣候環(huán)境，一般可在200℃或更高溫度下工作，額定工作電壓可達500V，損耗tgδ0.0005～0.008

　　電容量：10p--0.1u

　　額定電壓：63--400V

　　主要特點：穩(wěn)定性較好，損耗小，耐高溫（200 度）

　　應用：脈沖、耦合、旁路等電路

　　四、電容器主要特性參數(shù)

　　1、 標稱電容量和允許偏差

　　標稱電容量是標志在電容器上的電容量。

　　電容器實際電容量與標稱電容量的偏差稱誤差，在允許的偏差范圍稱精度。

　　精度等級與允許誤差對應關系：00（01）-±1%、0（02）-±2%、Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、 Ⅳ-（+20%-10%）、Ⅴ-（+50%-20%）、Ⅵ-（+50%-30%）

　　一般電容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級，電解電容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級，根據(jù)用途選取。

　　2、額定電壓

　　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，一般直接標注在電容器外殼上，如果工作電壓超過電容器的耐壓，電容器擊穿，造成不可修復的永久損壞。

　　3、絕緣電阻

　　直流電壓加在電容上，并產(chǎn)生漏電電流，兩者之比稱為絕緣電阻。

　　當電容較小時，主要取決于電容的表面狀態(tài)，容量〉0.1uf 時，主要取決于介質(zhì)的性能，絕緣電阻越大越好。

　　電容的時間常數(shù)：為恰當?shù)脑u價大容量電容的絕緣情況而引入了時間常數(shù)，他等于電容的絕緣電阻與容量的乘積。

　　4、損耗

　　電容在電場作用下，在單位時間內(nèi)因發(fā)熱所消耗的能量叫做損耗。各類電容都規(guī)定了其在某頻率范圍內(nèi)的損耗允許值，電容的損耗主要由介質(zhì)損耗，電導損耗和電容所有金屬部分的電阻所引起的。

　　在直流電場的作用下，電容器的損耗以漏導損耗的形式存在，一般較小，在交變電場的作用下，電容的損耗不僅與漏導有關，而且與周期性的極化建立過程有關。

　　5、頻率特性

　　隨著頻率的上升，一般電容器的電容量呈現(xiàn)下降的規(guī)律。

　　五、電容器參數(shù)的基本公式

　　1、容量（法拉）

　　英制： C = （ 0.224 × K · A） / TD

　　公制： C = （ 0.0884 × K · A） / TD

　　2、電容器中存儲的能量

　　E = CV^2/2

　　3、電容器的線性充電量

　　I = C （dV/dt）

　　4、電容的總阻抗（歐姆）

　　Z = √ ［ RS^2 + （XC – XL）^2 ］

　　5、容性電抗（歐姆）

　　XC = 1/（2πfC）

　　6、相位角 Ф

　　理想電容器：超前當前電壓 90度

　　理想電感器：滯后當前電壓 90度

　　理想電阻器：與當前電壓的相位相同

　　7、耗散系數(shù) （%）

　　D.F. = tan δ （損耗角）

　　= ESR / Xc

　　= （2πfC）（ESR）

　　8、品質(zhì)因素

　　Q = cotan δ = 1/ DF

　　9、等效串聯(lián)電阻ESR（歐姆）

　　ESR = （DF） Xc = DF/ 2πfC

　　10、功率消耗

　　Power Loss = （2πfCV2） （DF）

　　11、功率因數(shù)

　　PF = sin δ （loss angle） – cos Ф （相位角）

　　12、均方根

　　rms = 0.707 × Vp

　　13、千伏安KVA （千瓦）

　　KVA = 2πfCV^2 × 10^（-3）

　　14、電容器的溫度系數(shù)

　　T.C. = ［ （Ct – C25） / C25 （Tt – 25） ］ × 10^6

　　15、容量損耗（%）

　　CD = ［ （C1 – C2） / C1 ］ × 100

　　16、陶瓷電容的可靠性

　　L0 / Lt = （Vt / V0） X （Tt / T0）Y

　　17、串聯(lián)時的容值

　　n 個電容串聯(lián)：1/CT = 1/C1 + 1/C2 + … + 1/Cn

　　兩個電容串聯(lián)：CT = C1 · C2 / （C1 + C2）

　　18、并聯(lián)時的容值

　　CT = C1 + C2 + … + Cn

　　19、重復次數(shù)（Againg Rate）

　　A.R. = % ΔC / decade of time

　　上述公式中的符號說明如下：

　　K = 介電常數(shù)

　　A = 面積

　　TD = 絕緣層厚度

　　V = 電壓

　　t = 時間

　　RS = 串聯(lián)電阻

　　f = 頻率

　　L = 電感感性系數(shù)

　　δ = 損耗角

　　Ф = 相位角

　　L0 = 使用壽命

　　Lt = 試驗壽命

　　Vt = 測試電壓

　　V0 = 工作電壓

　　Tt = 測試溫度

　　T0 = 工作溫度

　　X ， Y = 電壓與溫度的效應指數(shù)。

　　六、 電解電容的電參數(shù)

　　這里的電解電容器主要指鋁電解電容器，其基本的電參數(shù)包括下列五點：

　　1、電容值

　　電解電容器的容值，取決于在交流電壓下工作時所呈現(xiàn)的阻抗。因此容值，也就是交流電容值，隨著工作頻率、電壓以及測量方法的變化而變化。在標準JISC 5102 規(guī)定：鋁電解電容的電容量的測量條件是在頻率為 120Hz，最大交

　　流電壓為 0.5Vrms，DC bias 電壓為1.5 ～ 2.0V 的條件下進行?？梢詳嘌裕X電解電容器的容量隨頻率的增加而減小。

　　2、損耗角正切值 Tan δ

　　在電容器的等效電路中，串聯(lián)等效電阻 ESR 同容抗 1/ωC 之比稱之為 Tan δ， 這里的 ESR 是在 120Hz 下計算獲得的值。顯然，Tan δ 隨著測量頻率的增加而變大，隨測量溫度的下降而增大。

　　3、阻抗 Z

　　在特定的頻率下，阻礙交流電流通過的電阻即為所謂的阻抗（Z）。它與電容等效電路中的電容值、電感值密切相關，且與 ESR 也有關系。

　　Z = √ ［ESR^2 + （XL - XC）^2 ］

　　式中，XC = 1 / ωC = 1 / 2πfC

　　XL = ωL = 2πfL

　　電容的容抗（XC）在低頻率范圍內(nèi)隨著頻率的增加逐步減小，頻率繼續(xù)增加達到中頻范圍時電抗（XL）降至 ESR 的值。當頻率達到高頻范圍時感抗（XL）變?yōu)橹鲗В宰杩故请S著頻率的增加而增加。

　　4、漏電流

　　電容器的介質(zhì)對直流電流具有很大的阻礙作用。然而，由于鋁氧化膜介質(zhì)上浸有電解液，在施加電壓時，重新形成的以及修復氧化膜的時候會產(chǎn)生一種很小的稱之為漏電流的電流。通常，漏電流會隨著溫度和電壓的升高而增大。

　　5、紋波電流和紋波電壓

　　在一些資料中將此二者稱做“漣波電流”和“漣波電壓”，其實就是 ripple current，ripple voltage。 含義即為電容器所能耐受紋波電流/電壓值。 它們和ESR 之間的關系密切，可以用下面的式子表示：

　　Urms = Irms × R

　　式中，Vrms 表示紋波電壓，Irms 表示紋波電流，R 表示電容的ESR

　　由上可見，當紋波電流增大的時候，即使在 ESR 保持不變的情況下，漣波電壓也會成倍提高。換言之，當紋波電壓增大時，紋波電流也隨之增大，這也是要求電容具備更低 ESR 值的原因。疊加入紋波電流后，由于電容內(nèi)部的等效串連電阻（ESR）引起發(fā)熱，從而影響到電容器的使用壽命。一般的，紋波電流與頻率成正比，因此低頻時紋波電流也比較低。

　　七、電容器容量標示

　　1、 直標法

　　用數(shù)字和單位符號直接標出。如01uF 表示0.01 微法，有些電容用“R”表

　　示小數(shù)點，如R56 表示0.56 微法。

　　2、 文字符號法

　　用數(shù)字和文字符號有規(guī)律的組合來表示容量。如p10 表示0.1pF，1p0 表示

　　1pF，6P8 表示6.8pF， 2u2 表示2.2uF

　　3、 色標法

　　用色環(huán)或色點表示電容器的主要參數(shù)。電容器的色標法與電阻相同。

　　電容器偏差標志符號：+100%-0--H、+100%-10%--R、+50%-10%--T、+30%-10%--Q、+50%-20%--S、+80%-20%--Z。

　　八、電容的作用

　　作為無源元件之一的電容，其作用不外乎以下幾種：

　　1、應用于電源電路，實現(xiàn)旁路、去藕、濾波和儲能的作用。下面分類詳述之：

　　1）旁路

　　旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負載需求。 就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，并向器件進行放電。為盡量減少阻抗，旁路電容要盡量靠近負載器件的供電電源管腳和地管腳。 這能夠很好地防止輸入值過大而導致的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。

　　2）去藕

　　去藕，又稱解藕。 從電路來說， 總是可以區(qū)分為驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負載。

　　如果負載電容比較大， 驅(qū)動電路要把電容充電、放電， 才能完成信號的跳變，在上升沿比較陡峭的時候， 電流比較大， 這樣驅(qū)動的電流就會吸收很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻（特別是芯片管腳上的電感，會產(chǎn)生反彈），這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲，會影響前級的正常工作，這就是所謂的“耦合”。

　　去藕電容就是起到一個“電池”的作用，滿足驅(qū)動電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾。

　　將旁路電容和去藕電容結(jié)合起來將更容易理解。旁路電容實際也是去藕合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般取0.1μF、0.01μF 等；

　　而去耦合電容的容量一般較大，可能是10μF 或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)、以及驅(qū)動電流的變化大小來確定。

　　旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象，而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象，防止干擾信號返回電源。這應該是他們的本質(zhì)區(qū)別。

　　3）濾波

　　從理論上（即假設電容為純電容）說，電容越大，阻抗越小，通過的頻率也越高。但實際上超過1μF 的電容大多為電解電容，有很大的電感成份，所以頻率高后反而阻抗會增大。有時會看到有一個電容量較大電解電容并聯(lián)了一個小電容，這時大電容通低頻，小電容通高頻。電容的作用就是通高阻低，通高頻阻低頻。電容越大低頻越容易通過，電容越大高頻越容易通過。具體用在濾波中，大電容（1000μF）濾低頻，小電容（20pF）濾高頻。

　　曾有網(wǎng)友形象地將濾波電容比作“水塘”。由于電容的兩端電壓不會突變，由此可知，信號頻率越高則衰減越大，可很形象的說電容像個水塘，不會因幾滴水的加入或蒸發(fā)而引起水量的變化。它把電壓的變動轉(zhuǎn)化為電流的變化，頻率越高，峰值電流就越大，從而緩沖了電壓。濾波就是充電，放電的過程。

　　4）儲能

　　儲能型電容器通過整流器收集電荷，并將存儲的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出端。 電壓額定值為40～450VDC、電容值在220～150 000μF 之間的鋁電解電容器（如EPCOS 公司的 B43504 或B43505）是較為常用的。根據(jù)不同的電源要求，器件有時會采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式， 對于功率級超過10KW 的電源，通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。

　　2、應用于信號電路，主要完成耦合、振蕩/同步及時間常數(shù)的作用：

　　1）耦合

　　舉個例子來講，晶體管放大器發(fā)射極有一個自給偏壓電阻，它同時又使信號產(chǎn)生壓降反饋到輸入端形成了輸入輸出信號耦合， 這個電阻就是產(chǎn)生了耦合的元件，如果在這個電阻兩端并聯(lián)一個電容， 由于適當容量的電容器對交流信號較小的阻抗，這樣就減小了電阻產(chǎn)生的耦合效應，故稱此電容為去耦電容。

　　2）振蕩/同步

　　包括RC、LC 振蕩器及晶體的負載電容都屬于這一范疇。

　　3）時間常數(shù)

　　這就是常見的 R、C 串聯(lián)構(gòu)成的積分電路。當輸入信號電壓加在輸入端時，電容（C）上的電壓逐漸上升。而其充電電流則隨著電壓的上升而減小。電流通過電阻（R）、電容（C）的特性通過下面的公式描述：

　　i = （V / R）e - （t / CR）

　　九、電容的選擇

　　通常，應該如何為我們的電路選擇一顆合適的電容呢？筆者認為，應基于以下幾點考慮：

　　1、靜電容量；

　　2、額定耐壓；

　　3、容值誤差；

　　4、直流偏壓下的電容變化量；

　　5、噪聲等級；

　　6、電容的類型；

　　7、電容的規(guī)格。

　　那么，是否有捷徑可尋呢？其實，電容作為器件的外圍元件，幾乎每個器件的 Datasheet 或者 Solutions，都比較明確地指明了外圍元件的選擇參數(shù)，也就是說，據(jù)此可以獲得基本的器件選擇要求，然后再進一步完善細化之。

　　其實選用電容時不僅僅是只看容量和封裝，具體要看產(chǎn)品所使用環(huán)境，特殊的電路必須用特殊的電容。

　　下面是 chip capacitor 根據(jù)電介質(zhì)的介電常數(shù)分類， 介電常數(shù)直接影響電路的穩(wěn)定性。

　　NP0 or CH （K 《 150）： 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路。鑒于K 值較小，所以在0402、0603、0805 封裝下很難有大容量的電容。如 0603 一般最大的 10nF以下。

　　X7R or YB （2000 《 K 《 4000）： 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（ΔC 《 ±10%）。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。

　　Y5V or YF（K 》 15000）： 容量穩(wěn)定性較 X7R 差（ΔC 《 +20% ～ -80%），容量﹑損耗對溫度、電壓等測試條件較敏感，但由于其K 值較大，所以適用于一些容值要求較高的場合。

　　十、多層陶瓷電容（MLCC）

　　對于電容而言，小型化和高容量是永恒不變的發(fā)展趨勢。其中，要數(shù)多層陶瓷電容（MLCC）的發(fā)展最快。

　　多層陶瓷電容在便攜產(chǎn)品中廣泛應用極為廣泛，但近年來數(shù)字產(chǎn)品的技術進步對其提出了新要求。例如，手機要求更高的傳輸速率和更高的性能；基帶處理器要求高速度、低電壓；LCD 模塊要求低厚度（0.5mm）、大容量電容。 而汽車環(huán)境的苛刻性對多層陶瓷電容更有特殊的要求：首先是耐高溫，放置于其中的多層陶瓷電容必須能滿足150℃ 的工作溫度；其次是在電池電路上需要短路失效保護設計。

　　也就是說，小型化、高速度和高性能、耐高溫條件、高可靠性已成為陶瓷電容的關鍵特性。

　　陶瓷電容的容量隨直流偏置電壓的變化而變化。直流偏置電壓降低了介電常數(shù)， 因此需要從材料方面，降低介電常數(shù)對電壓的依賴，優(yōu)化直流偏置電壓特性。

　　應用中較為常見的是 X7R（X5R）類多層陶瓷電容， 它的容量主要集中在1000pF 以上，該類電容器主要性能指標是等效串聯(lián)電阻（ESR），在高波紋電流的電源去耦、濾波及低頻信號耦合電路的低功耗表現(xiàn)比較突出。

　　另一類多層陶瓷電容是 C0G 類，它的容量多在 1000pF 以下， 該類電容器主要性能指標是損耗角正切值 tgδ（DF）。傳統(tǒng)的貴金屬電極（NME）的 C0G產(chǎn)品 DF 值范圍是 （2.0 ～ 8.0） × 10-4，而技術創(chuàng)新型賤金屬電極（BME）的C0G 產(chǎn)品 DF 值范圍為 （1.0 ～ 2.5） × 10-4， 約是前者的 31 ～ 50%。 該類產(chǎn)品在載有 T/R 模塊電路的 GSM、CDMA、無繩電話、藍牙、GPS 系統(tǒng)中低功耗特性較為顯著。較多用于各種高頻電路，如振蕩/同步器、定時器電路等。

　　十一、鉭電容替代電解電容的誤區(qū)

　　通常的看法是鉭電容性能比鋁電容好，因為鉭電容的介質(zhì)為陽極氧化后生成的五氧化二鉭，它的介電能力（通常用ε 表示）比鋁電容的三氧化二鋁介質(zhì)要高。因此在同樣容量的情況下，鉭電容的體積能比鋁電容做得更小。（電解電容的電容量取決于介質(zhì)的介電能力和體積，在容量一定的情況下，介電能力越高，體積就可以做得越小，反之，體積就需要做得越大）再加上鉭的性質(zhì)比較穩(wěn)定，所以通常認為鉭電容性能比鋁電容好。

　　但這種憑陽極判斷電容性能的方法已經(jīng)過時了，目前決定電解電容性能的關鍵并不在于陽極，而在于電解質(zhì)，也就是陰極。因為不同的陰極和不同的陽極可以組合成不同種類的電解電容，其性能也大不相同。采用同一種陽極的電容由于電解質(zhì)的不同，性能可以差距很大，總之陽極對于電容性能的影響遠遠小于陰極。

　　還有一種看法是認為鉭電容比鋁電容性能好，主要是由于鉭加上二氧化錳陰極助威后才有明顯好于鋁電解液電容的表現(xiàn)。如果把鋁電解液電容的陰極更換為二氧化錳， 那么它的性能其實也能提升不少。

　　可以肯定，ESR 是衡量一個電容特性的主要參數(shù)之一。 但是，選擇電容，應避免 ESR 越低越好，品質(zhì)越高越好等誤區(qū)。衡量一個產(chǎn)品，一定要全方位、多角度的去考慮，切不可把電容的作用有意無意的夸大。

　　---以上引用了部分網(wǎng)友的經(jīng)驗總結(jié)。

　　普通電解電容的結(jié)構(gòu)是陽極和陰極和電解質(zhì)，陽極是鈍化鋁，陰極是純鋁，所以關鍵是在陽極和電解質(zhì)。陽極的好壞關系著耐壓電介系數(shù)等問題。

　　一般來說，鉭電解電容的ESR 要比同等容量同等耐壓的鋁電解電容小很多，高頻性能更好。如果那個電容是用在濾波器電路（比如中心為50Hz 的帶通濾波器）的話，要注意容量變化后對濾波器性能（通帶。。。）的影響。

　　十二、旁路電容的應用問題

　　嵌入式設計中，要求 MCU 從耗電量很大的處理密集型工作模式進入耗電量很少的空閑/休眠模式。這些轉(zhuǎn)換很容易引起線路損耗的急劇增加，增加的速率很高，達到20A/ms 甚至更快。

　　通常采用旁路電容來解決穩(wěn)壓器無法適應系統(tǒng)中高速器件引起的負載變化，以確保電源輸出的穩(wěn)定性及良好的瞬態(tài)響應。旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負載需求。就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，并向器件進行放電。為盡量減少阻抗，旁路電容要盡量靠近負載器件的供電電源管腳和地管腳。這能夠很好地防止輸入值過大而導致的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。

　　應該明白，大容量和小容量的旁路電容都可能是必需的，有的甚至是多個陶瓷電容和鉭電容。這樣的組合能夠解決上述負載電流或許為階梯變化所帶來的問題，而且還能提供足夠的去耦以抑制電壓和電流毛刺。在負載變化非常劇烈的情況下，則需要三個或更多不同容量的電容，以保證在穩(wěn)壓器穩(wěn)壓前提供足夠的電流?？焖俚乃矐B(tài)過程由高頻小容量電容來抑制，中速的瞬態(tài)過程由低頻大容量來抑制，剩下則交給穩(wěn)壓器完成了。

　　還應記住一點，穩(wěn)壓器也要求電容盡量靠近電壓輸出端。

　　十三、電容的等效串聯(lián)電阻ESR

　　普遍的觀點是：一個等效串聯(lián)電阻（ESR）很小的相對較大容量的外部電容能很好地吸收快速轉(zhuǎn)換時的峰值（紋波）電流。但是，有時這樣的選擇容易引起穩(wěn)壓器（特別是線性穩(wěn)壓器 LDO）的不穩(wěn)定，所以必須合理選擇小容量和大容量電容的容值。永遠記住，穩(wěn)壓器就是一個放大器，放大器可能出現(xiàn)的各種情況它都會出現(xiàn)。

　　由于 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的響應速度相對較慢，輸出去耦電容在負載階躍的初始階段起主導的作用，因此需要額外大容量的電容來減緩相對于 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的快速轉(zhuǎn)換，同時用高頻電容減緩相對于大電容的快速變換。通常，大容量電容的等效串聯(lián)電阻應該選擇為合適的值，以便使輸出電壓的峰值和毛刺在器件的Dasheet 規(guī)定之內(nèi)。

　　高頻轉(zhuǎn)換中，小容量電容在 0.01μF 到0.1μF 量級就能很好滿足要求。表貼陶瓷電容或者多層陶瓷電容（MLCC）具有更小的 ESR。另外，在這些容值下，它們的體積和 BOM 成本都比較合理。如果局部低頻去耦不充分，則從低頻向高頻轉(zhuǎn)換時將引起輸入電壓降低。電壓下降過程可能持續(xù)數(shù)毫秒，時間長短主要取決于穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)增益和提供較大負載電流的時間。

　　用 ESR 大的電容并聯(lián)比用 ESR 恰好那么低的單個電容當然更具成本效益。然而，這需要你在 PCB 面積、器件數(shù)目與成本之間尋求折衷。

　　十四、電源輸入端的X，Y 安全電容

　　在交流電源輸入端，一般需要增加三個電容來抑制EMI 傳導干擾。

　　交流電源的輸入一般可分為三根線：火線（L）/零線（N）/地線（G）。在火線和地線之間及在零線和地線之間并接的電容，一般稱之為Y 電容。這兩個Y電容連接的位置比較關鍵，必須需要符合相關安全標準，以防引起電子設備漏電或機殼帶電，容易危及人身安全及生命，所以它們都屬于安全電容，要求電容值不能偏大，而耐壓必須較高。一般地，工作在亞熱帶的機器，要求對地漏電電流不能超過0.7mA；工作在溫帶機器，要求對地漏電電流不能超過0.35mA。因此，Y 電容的總?cè)萘恳话愣疾荒艹^4700pF。

　　特別提示：Y 電容為安全電容，必須取得安全檢測機構(gòu)的認證。Y 電容的耐壓一般都標有安全認證標志和AC250V 或AC275V 字樣，但其真正的直流耐壓高達5000V 以上。因此，Y 電容不能隨意使用標稱耐壓AC250V，或DC400V之類的普通電容來代用。

　　在火線和零線抑制之間并聯(lián)的電容，一般稱之為X 電容。由于這個電容連接的位置也比較關鍵，同樣需要符合安全標準。因此，X 電容同樣也屬于安全電容之一。X 電容的容值允許比Y 電容大，但必須在X 電容的兩端并聯(lián)一個安全電阻，用于防止電源線拔插時，由于該電容的充放電過程而致電源線插頭長時間帶電。安全標準規(guī)定，當正在工作之中的機器電源線被拔掉時，在兩秒鐘內(nèi)，電源線插頭兩端帶電的電壓（或?qū)Φ仉娢唬┍仨毿∮谠瓉眍~定工作電壓的30%。

　　同理，X 電容也是安全電容，必須取得安全檢測機構(gòu)的認證。X 電容的耐壓一般都標有安全認證標志和AC250V 或AC275V 字樣，但其真正的直流耐壓高達2000V 以上，使用的時候不要隨意使用標稱耐壓AC250V，或DC400V 之類的普通電容來代用。

　　X 電容一般都選用紋波電流比較大的聚脂薄膜類電容，這種電容體積一般都很大，但其允許瞬間充放電的電流也很大，而其內(nèi)阻相應較小。普通電容紋波電流的指標都很低，動態(tài)內(nèi)阻較高。用普通電容代替X 電容，除了耐壓條件不能滿足以外，一般紋波電流指標也是難以滿足要求的。

　　實際上，僅僅依賴于Y 電容和X 電容來完全濾除掉傳導干擾信號是不太可能的。因為干擾信號的頻譜非常寬，基本覆蓋了幾十KHz 到幾百MHz，甚至上千MHz 的頻率范圍。通常，對低端干擾信號的濾除需要很大容量的濾波電容，但受到安全條件的限制，Y 電容和X 電容的容量都不能用大；對高端干擾信號的濾除，大容量電容的濾波性能又極差，特別是聚脂薄膜電容的高頻性能一般都比較差，因為它是用卷繞工藝生產(chǎn)的，并且聚脂薄膜介質(zhì)高頻響應特性與陶瓷或云母相比相差很遠，一般聚脂薄膜介質(zhì)都具有吸附效應，它會降低電容器的工作頻率，聚脂薄膜電容工作頻率范圍大約都在1MHz 左右，超過1MHz 其阻抗將顯著增加。

　　因此，為抑制電子設備產(chǎn)生的傳導干擾，除了選用Y 電容和X 電容之外，還要同時選用多個類型的電感濾波器，組合起來一起濾除干擾。電感濾波器多屬于低通濾波器，但電感濾波器也有很多規(guī)格類型，例如有：差模、共模，以及高頻、低頻等。每種電感主要都是針對某一小段頻率的干擾信號濾除而起作用，對其它率的干擾信號的濾除效果不大。通常，電感量很大的電感，其線圈匝數(shù)較多，那么電感的分布電容也很大。高頻干擾信號將通過分布電容旁路掉。而且，導磁率很高的磁芯，其工作頻率則較低。目前，大量使用的電感濾波器磁芯的工作頻率大多數(shù)都在75MHz 以下。對于工作頻率要求比較高的場合，必須選用高頻環(huán)形磁芯，高頻環(huán)形磁芯導磁率一般都不高，但漏感特別小，比如，非晶合金磁芯，坡莫合金等。