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发布时间：2023-06-25 18:17:02 来源：m6米乐足彩 作者：m6米乐足球平台下载
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电容，和电感、电阻一同，是电子学三大根本无源器材；电容的功用便是以电场能的方式贮存电能量。
如上图所示，在两块间隔较近、彼此平行的金属平板上(平板之间为电介质)加载一个直流电压；安稳后，与电压正极相连的金属平板将出现必定量的正电荷，而与电压负极相连的金属平板将出现相等量的负电荷；这样，两个金属平板之间就会构成一个静电场，所以电容是以电场能的方式贮存电能量，贮存的电荷量为Q。
电容贮存的电荷量Q与电压U和本身特色(也便是电容值C)有关，也便是Q=U*C。依据理论推导，平行板电容器的电容公式如下：
抱负电容内部是介质(Dielectric)，没有自由电荷，不或许产生电荷移动也便是电流，那么抱负电容是怎么通沟通的呢？
电压能够在电容内部构成一个电场，而沟通电压就会产生交变电场。依据麦克斯韦方程组中的全电流规则：
即电流或改变的电场都能够产生磁场，麦克斯韦将ε(∂E/∂t)界说为位移电流，是一个等效电流，代表着电场的改变。(这儿电流代表电流密度，即J)
实践电容的特性都对错抱负的，有一些寄生效应；因而，需求用一个较为杂乱的模型来表明实践电容，常用的等效模型如下：
由于介质都不是肯定绝缘的，都存在着必定的导电才能；因而，任何电容都存在着漏电流，以等效电阻Rleak表明；
电容器的导线、电极具有必定的电阻率，电介质存在必定的介电损耗；这些损耗一致以等效串联电阻ESR表明；
电容器的导线存在着必定的电感，在高频时影响较大，以等效串联电感ESL表明；
别的，任何介质都存在着必定电滞现象，便是电容在快速放电后，忽然断开电压，电容会康复部分电荷量，以一个串联RC电路表明。
和电感相同，能够界说电容的品质因数，也便是Q值，也便是电容的贮存功率与损耗功率的比：
由于ESL的存在，与C一同构成了一个谐振电路，其谐振频率便是电容的自谐振频率。在自谐振频率前，电容的阻抗跟着频率添加而变小；在自谐振频率后，电容的阻抗跟着频率添加而变小，就出现理性；如下图所示：
依据电容公式，电容量的巨细除了与电容的尺度有关，与电介质的介电常数(Permittivity)有关。电介质的功用影响着电容的功用，不同的介质适用于不同的制造工艺。
Film Capacitor在国内一般翻译为薄膜电容，但和Thin Film工艺是不相同的。为了区别，个人认为直接翻译为膜电容好点。
薄膜电容是经过将两片带有金属电极的塑料膜卷绕成一个圆柱形，终究封装成型；由于其介质一般是塑料材料，也称为塑料薄膜电容；其内部结构大致如下图所示：
金属箔薄膜电容，直接在塑料膜上加一层薄金属箔，一般是铝箔，作为电极；这种工艺较为简略，电极便利引出，能够运用于大电流场合。
金属化薄膜电容，经过真空堆积(Vacuum Deposited)工艺直接在塑料膜的外表构成一个很薄的金属外表，作为电极；由于电极厚度很薄，能够绕制成更大容量的电容；但由于电极厚度薄，只适用于小电流场合。
金属化薄膜电容便是具有自我批改的功用，即假设电容内部有击穿损坏点，会在损害处产生雪崩效应，气化金属在损害处将构成一个气化调集面，短路消失，损坏点被批改；因而，金属化薄膜电容可靠性非常高，不存在短路失效；
薄膜电容有两种卷绕办法：有感绕法在卷绕前，引线就现已和内部电极连在一同；无感绕法在绕制后，会选用镀金等工艺，将两个端面的内部电极连成一个面，这样能够获得较小的ESL，应该高频功用较高；此外，还有一种叠层型的无感电容，结构与MLCC相似，功用较好，便于做成SMD封装。
最早的薄膜电容的介质材料是用纸浸注在油或白腊中，英国人D\斐茨杰拉德于1876年创造的；作业电压很高。现在多用塑料材料，也便是高分子聚合物，依据其介质材料的不同，首要有以下几种：
运用最多的薄膜电容是聚酯薄膜电容，比较廉价，由于其介电常数较高，尺度能够做的较小；其次便是聚丙烯薄膜电容。其他材料还有聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等等。
薄膜电容的特色便是能够做到大容量，高耐压；但由于工艺原因，其尺度很难做小，一般运用于强电电路，例如电力电子职业；
电解电容是用金属作为阳极(Anode)，并在外表构成一层金属氧化膜作为介质；然后湿式或固态的电解质和金属作为阴极(Cathode)。电解电容大都是有极性的，假如阴极侧的金属，也有一层氧化膜，便是无极性的电解电容。
运用电解液的湿式铝电解电容运用最广；长处便是电容量大、额外电压高、廉价；缺陷也很显着，便是寿数较短、温度特性欠好、ESR和ESL较大。关于硬件开发来说，需求避免过规划，在满意功用要求的状况下，廉价便是最大的优势。
下图是基美(Kemet)的铝电解电容产品，大致能够看出铝电解电容的特色。
铝电解电容也有运用二氧化锰、导电高分子聚合物等固态材料做电解质；聚合物铝电解电容的结构大致如下图所示：
聚合物铝电解电容的ESR较小，容值更安稳，瞬态呼应好；由于是固态，抗冲击振荡才能比湿式的要好；能够做出较小的SMD封装。当然，湿式的铝电解电容也能够做SMD封装：
钽(拼音tǎn)电解电容运用最多的应该是运用二氧化锰做固态电解质，首要长这样：
钽电容与铝电解电容比，在于钽氧化物(五氧化二钽)的介电常数比铝氧化物(三氧化二铝)的高不少，这样相同的体积，钽电容容量要比铝电解电容的要大。钽电容寿数较长，电功用愈加安稳。
钽电容也有运用导电高分子聚合物(Conductive Polymer)做电解质，结构与上图二氧化锰钽电容相似，便是将二氧化锰换成导电聚合物；导电聚合物的电导率比二氧化锰高，这样ESR就会更低。
别的还有湿式的钽电容，特色便是超大容量、高耐压、低直流漏电流，首要用于军事和航天范畴。
铌电解电容与钽电解电容相似，便是铌及其氧化物代替钽；铌氧化物(五氧化二铌)的介电常数比钽氧化物(五氧化二钽)更高；铌电容的功用愈加安稳，可靠性更高。
AVX有铌电容系列产品，二氧化锰钽电容外观是黄色，而铌电容外观是橙红色：
陶瓷电容是以陶瓷材料作为介质材料，陶瓷材料有许多种，介电常数、安稳性都有不同，适用于不同的场合。
瓷片电容的首要长处便是能够耐高压，一般用作安规电容，能够耐250V沟通电压。其外观和结构如下图所示：
多层陶瓷电容，也便是MLCC，片状(Chip)的多层陶瓷电容是现在世界上运用量最大的电容类型，其规范化封装，尺度小，适用于自动化高密度贴片出产。
作者，也便是我自己规划的主板，自己拍的相片，加了艺术作用；没有标引证和出处的图片和内容，绝大多数都是我自己画或弄出来的，剩余一点点或许忽略忘加了；标引证的图片，许多都是我从头加工的，例如翻译或几张图拼在一同等等，东西很土EXCEL+截图。
由于多层陶瓷需求烧结瓷化，构成一体化结构，所以引线(Lead)封装的多层陶瓷电容，也叫独石(Monolithic)电容。
在谈谈电感 中也介绍过多层陶瓷工艺和Thin Film工艺。Thin Film技能在功用或工艺操控方面都比较先进，能够准确的操控器材的电功用和物理功用。因而，Thin Film电容功用比较好，最小容值能够做到0.05pF，而容差能够做到0.01pF；比一般MLCC要好许多，像Murata的GJM系列，最小容值是0.1pF，容差一般都是0.05pF；因而，Thin Film电容能够用于要求比较高的RF范畴，AVX有Accu-P®系列。
Class I：具有温度补偿特性的陶瓷介质，其介电常数大都较低，不超越200。一般都是顺电性介质(Paraelectric)，温度、频率以及偏置电压下，介电常数比较安稳，改变较小。损耗也很低，耗散因数小于0.01。
由于介电常数低，C0G电容的容值较小，最大能够做到0.1uF，0402封装一般最大只要1000pF。
Class II，III：其间，温度特性A-S归于Class II，介电常数几千左右。温度特性T-V归于Class III，介电常数最高能够到20000，能够看出Class III的功用愈加不安稳。依据IEC的分类，Class II和III都归于第二类，高介电常数介质。像X5R和X7R都是Class II电容，在电源去耦中运用较多，而Y5V归于Class III电容，功用不太安稳，个人觉得现在运用不多了。
由于Class II和III电容的容值最高能够做到几百uF，但由于高介电常数介质，大都是铁电性介质(Ferroelectric)，温度安稳性差。此外，铁电性介质，在直流偏置电压下介电常数会下降。
在谈谈电感一文中，介绍了铁磁性介质存在磁滞现象，当内部磁场超越必定值时，会产生磁饱满现象，导致磁导率下降；相同的，关于铁电性介质存在电滞现象，当内部电场超越必定值时，会产生电饱满现象，导致介电常数下降。
因而，当Class II和III电容的直流偏置电压超越必定值时，电容会显着下降，如下图所示：
Class IV：制造工艺和一般的陶瓷材料不相同，内部陶瓷颗粒都是外面一层很薄的氧化层，而中心是导体。这种类型的电容容量很大，但击穿电压很小。由于此类电容的功用不安稳，损耗高，现在现已根本被筛选了。
还有一类超级电容，便是容量特别大，能够代替电池作为供电设备，也能够和电池合作运用。超级电容充电速度快，能够彻底地充放电，并且能够充到任何想要的电压，只要不超越额外电压。现在运用也比较多，国内许多城市都有超级电容电动公交车；还有些电子产品上也有运用，例如一些行车记录仪上，能够继续供电几天。
器材选型，其实便是从器材的规范书上提取相关的信息，判别是否满意产品的规划和运用的要求。
电容作为一个储能元件，能够贮存能量。外部电源断开后，电容也或许带电。因而，安全提示非常必要。有些电子设备内部会贴个高压危险，小时候拆过家里的黑白电视机，拆开后看到显像管上贴了个高压危险，那时就有个疑问，没插电源也会有高压吗？作业后，拆过几个电源适配器，被电的耐人寻味……
电源去耦应该是电容最广泛的运用，各种CPU、SOC、ASIC的周围、反面放置了许多的电容，意图便是坚持供电电压的安稳。
首要，在DCDC电路中，需求挑选适宜的输入电容和输出电容来下降电压纹波。需求核算出相关参数。
此外，像IC作业时，不一同间需求的作业电流是不相同的，因而，也需求许多的去耦电容，来确保作业电压得安稳。
规划电路时，有些状况下，只期望传递沟通信号，不期望传递直流信号，这时候能够运用串联电容来耦合信号。
例如多级放大器，为了避免直流偏置彼此影响，静态作业点核算杂乱，一般级间运用电容耦合，这样每一级静态作业点能够独立剖析。
旁路，望文生义便是将不需求的沟通信号导入大地。滤波其实也是一个意思。在电路中，各种滤波器的规划都需求运用电容。此外，像EMC规划，关于接口处的LED灯，都会在信号线上加一颗滤波电容，这样能够进步ESD测验时的可靠性。
铝电解电容(湿式)无论是插件仍是贴片封装，高度都比较高，并且ESR都较高，不适合于放置于IC邻近做电源去耦，一般都是用于电源电路的输入和输出电容。
从规范书中获取电容值容差，一般铝电解电容的容差都是±20%。核算最大容值和最小容值时，各项参数要满意规划要求。
铝电解电容一般只适用于直流场合，规划作业电压至少要低于额外电压的80%。关于有浪涌防护的电路，其额外浪涌电压要高于防护器材(一般是TVS)的残压。
例如，关于一些POE供电的设备，依据802.3at规范，作业电压最高可达57V，那么挑选的TVS钳位电压有90多V，那么至少挑选额外电压100V的铝电解电容。此刻，也只要铝电解电容能一同满意大容量的要求。
规划DCDC电路时，输出电容的ESR影响输出电压纹波，因而需求知道铝电解电容的ESR，但大多数铝电解电容的规范书只给出了耗散因数tanδ。能够依据以下公式来核算ESR：
例如，120Hz时，tanδ为16%，而C为220uF，则ESR约为965mΩ。可见铝电解电容的ESR非常大，这会导致输出电压纹波很大。因而，运用铝电解电容时，需求合作运用片状陶瓷电容，接近DCDC芯片放置。
电容的纹波电流，要满意DCDC规划的输入和输出电容的RMS电流的需求。铝电解电容的额外纹波电流需求依据开关频率来批改。
铝电解电容的寿数比较短，选型需求留意。而寿数是和作业温度直接相关的，规范书一般给出产品最高温度时的寿数，例如105℃时，寿数为2000小时。
依据经历规则，作业温度每下降10℃，寿数乘以2。假如产品的规划运用寿数为3年，也便是26280小时。则10*log2(26280/2000)=37.3℃，那么规划作业温度不能超越65℃。
像Intel的CPU这样的大功耗器材，一颗芯片80多瓦的功耗，核电流几十到上百安，一同主频很高，高频成分多。这时对去耦电容的要求就很高：
此外，关于音频电路，一般需求用到耦合、去耦电容，由于音频的频率很低，所以需求用大电容，此刻聚合物铝电解电容也很适宜。
依据前文相关材料的来历，能够发现，钽电容的首要厂商便是Kemet、AVX、Vishay。
钽归于比较稀有的金属，因而，钽电容会比其他类型的电容要贵一点。可是功用要比铝电解电容要好，ESR更小，损耗更小，去耦作用更好，漏电流小。下图是Kemet一款固态钽电容的参数表：
固态钽电容的作业电压需求降额规划。正常状况作业电压要低于额外电压的50%；高温环境或负载阻抗较低时，作业电压要低于额外电压的30%。详细降额要求应严厉依照规范书要求。
此外，还需求留意钽电容的接受反向电压的状况，沟通成分过大，或许会导致钽电容接受反向电压，导致钽电容失效。
固态钽电容的首要失效形式是短路失效，会直接导致电路无法作业，乃至起火等危险。因而，需求额外留意可靠性规划，下降失功率。
纹波电流流过钽电容，由于ESR存在会导致钽电容温升，加上环境温度，不要超越钽电容的额外温度以及相关降额规划。
片状多层陶瓷电容应该是出货量最大的电容，制造商也比较多，像三大日系TDK、muRata、Taiyo Yuden，美系像KEMET、AVX(现已被日本京瓷收买了)。
三大日系做的比较好的便是有相应的选型软件，有电感、电容等一切系列的产品及相关参数曲线，非常全，不得不再次引荐一下：
Class I电容运用最多的是C0G电容，功用安稳，适用于谐振、匹配、滤波等高频电路。
C0G电容的容值非常安稳，根本不随外界条件(频率在外)改变，下图是Murata一款1000pF电容的直流、沟通及温度特性。
因而，一般只需求重视C0G电容的频率特性。下图是Murata的3款相同封装(0402inch)相同容差(5%)的10pF电容的频率特性比照。
其间GRM是一般系列，GJM是高Q值系列、GQM是高频系列，可见GQM系列高频功用更好，自谐振频率和Q值更高，一些高频功用要求很高的场合，能够选用容差1%的产品。而GRM系列比较廉价，愈加通用，例如EMC滤波。
Class II和Class III电容都是高介电常数介质，功用不安稳，容值改变规模大，一般用作电源去耦或许信号旁路。
Class II和Class III电容，容值随温度、DC偏置以及AC偏置改变规模较大。特别是用作电源去耦时，电容都有必定的直流偏置，电容量比标称值小许多，所以要留意实践容值是否满意规划要求。
作为DCDC的输入和输出电容，都会有必定的纹波电流，由于ESR的存在会导致必定的温升。加上环境温度，不能超越电容的额外温度，例如X5R电容最高额度温度是85℃。
电容由于ESL的存在，都有一个自谐振频率。大容量的电容，自谐振频率较低，只要1-2MHz。所以，为了进步电源的高频效应，许多小容值的去耦电容是有必要的。此外，关于开关频率很高的DCDC芯片，要留意输入输出电容的自谐振频率。
规划DCDC电路，需求知道输出电容的ESR，来核算输出电压纹波。多层陶瓷电容的ESR一般较低，大约几到几十毫欧。
关于咱们家用的电子设备，终究都是220V沟通市电供电。电源适配器为了削减对电网的搅扰，经过相关EMC测验，都会加各种滤波电容。下图为一个简易的电路示意图：
关于L和N之间的电容叫X电容，L、N与PE或GND之间的电容叫Y电容。由于220V沟通电具有危险性，会要挟人的人身安全，电子产品都需求满意相关安规规范，例如GB4943和UL60950的相关测验要求。因而，X 电容和Y电容与这些测验直接相关，所以也叫安规电容。
以抗电强度测验为例，依据规范，L、N侧为一次电路，需求与PE或GND之间为根本绝缘。因而，需求在L或N对GND之间加沟通1.5kV或许直流2.12kV的耐压测验，继续近1分钟，期间相关漏电流不能超越规范规定值。因而，安规电容，有适当高的耐压要求，一同直流漏电流不能太大。
此外，常用的RJ45网口，为了减小EMI，常用到Bob-Smith电路，如下图所示：
能够看到电容的耐压都是2kV以上，由于网口一般有变压器，220V沟通电的L和N到网线有两个变压器阻隔，是两层绝缘，L和N到网线之间也要进行抗电强度测验。两层绝缘，一般要求经过沟通3kV或直流4.24kV测验。
此外，器材选型还要首要两点要求：和结构承认器材的长宽高；对插件封装器材不多时，是不是能够悉数运用表贴器材，这样能够省掉波峰焊的工序。
本文大致介绍了几类首要的电容的工艺结构，以及运用选型。水平有限，不免遗漏，欢迎指出。一同仅了解信息技能设备，对电力电子、军工等其他职业不了解，所以还有一些其他的电容相关运用无法介绍。
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