电容基础知识简介--作用、参数和类型
时间：2022-10-09 15:30:00
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一、电容的作用
二、电容参数
三、电容器类型
作为电阻、电容和电感三大基本电子元件之一，在实际应用中几乎找不到不含电容的电路板。电容器的组成实际上非常简单，只有一层介质夹在两个极板的中间，是中学教科书中最早涉及的部件之一，电容器的作用也非常简单，只不过是充放电。然而，电容器是最复杂的部件之一。虽然从初中开始学习电容器，但电容器的特解释电容器的特点和应用，直到高中、大学甚至研究生教科书。特别是在实际使用过程中，应考虑的参数远远超过教科书中的容量值，如果电容选择不当，设计的电路很可能无法正常工作。因此，有必要掌握电容器的基本特性，分析和设计电路。
一、电容的作用
电容器的基本功能是充放电，两端电压不能突变。其基本性质是通过交流、直流阻力、高频阻力和低频阻力。根据这一性质，它延伸了旁路、去耦、储能和耦合的不同功能。
1.旁路及去耦：
旁路和去耦可视为滤波器，但旁路电容器通常放置在信号的输入端，用于过滤输入信号中的噪声，而去耦电容器主要用于信号的输出端，用于过滤输出信号中的噪声。简单地说，滤波器是通过电容器将直流信号中的交流成分（噪声）或低频信号中的高频成分流向电源。
电源输出端和开关器件输出端通常使用去耦电容IC输入引脚的电源和信号。Layout时要尽量使滤波电容（旁路和去耦）靠近芯片的输入或者输出引脚，以最大程度地提高输入信号的纯净度，并减少输出信号中含有的噪声对其他元件的干扰。
理论上，容值越大，阻抗越低，信号频率越高，但实际上超过1μF的电容大多是电解电容，含有很高的电感成分，频率升高后，阻抗会增大。所以会经常在电路中看到一个大电容和小电容并联，其中大电容主要用来滤除低频噪声，而小电容则用来滤除高频噪声。
2.储能
超级电容器是一种专门用于储能的电容器，但一般电容器也具有储能功能。例如，旁路电容器和去耦电容器不仅可以过滤信号中的噪音，还具有储能功能，就像电池一样，不断充放电。
3.耦合
电路中的交流信号主要利用电容器通过交流和阻止直流的特性传输到下一级，同时隔断直流信号。
4.软启动
利用电容器两端电压不能突变的特性，防止开关瞬时电压或电流过大，损坏后电路。
除上述功能外，电容和电阻的组合还可构成积分电路、微分电路、定时电路、自举电路等。
二、电容参数
标称容量、精度、额定电压、温度系数、等效串联电阻、等效串联电感、泄漏电流、绝缘电阻、损耗和频率特性、工作温度范围、使用寿命等。
温度系数：指温度在一定范围内变化1℃，相对变化值与介质材料和电容结构有关。
泄漏电流：由于电容介质不是绝对不导电的，流过介质的电流在一定电压下称为泄漏电流（通常很弱）。与环境温度、施加电压、电容量、制造工艺等有关。
绝缘电阻：指电容电压与漏电流的比值。介质常数、介质厚度、介质面积等。
电容损耗：在电场作用下，电容因发热而消耗的能量分为介质损耗和金属损耗，常用损耗角正切值表示。
等效串联电阻（ESR）：理论上，电容器在充放电过程中不会消耗能量，但由于介质损耗、端子导线等原因，电容器会消耗部分能量，类似于电阻和电容器串联，称为ESR。ESR其存在会突变电容器两端的电压，降低电容器的滤波性能。它是电容器的重要参数之一。
三、电容器类型
电容器可根据介质、功能和包装形式分为多种不同类型，主要讨论不同介质类型的电容器。主要包括陶瓷电容器、纸介质电容器、云母电容器、独石电容器、薄膜电容器、金属纸介质电容器、油浸纸介质电容器、铝电解电容器、钽电解电容器。
陶瓷电容器：指以陶瓷为介质的电容器，原料丰富，结构简单，价格低廉，容量范围广(几pF~几百μF），体积小，损耗小，因此应用非常广泛，分为高频瓷介电容和低频瓷介电容。
纸介电容：用很薄的特制电容纸作为介质，铝箔或锡箔作为电极并卷绕成型，然后接出引线，再经过漫渍处理，用外壳封装或环氧树脂灌封而成。具有体积小，容量较大（10pF~几十μF），工作范围宽（最高可达6.3kV），成本低，但是固有电感和介质损耗比较大，稳定性差。多用于低频电路。
云母电容：在云母片上喷涂银层制成电极板，将电极板和云母介质叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。具有介质损耗小、绝缘电阻大、温度系数小、精度高等特点，适用于高频电路，但是体积大，容量小（0.5~104pF）。
独石电容：又称多层陶瓷电容器，简称MLCC，由多层绝缘介质加两个导电的金属电极组成。根据美国电工协会（EIA）的标准，可以根据温度稳定性将不同介质材料的MLCC分为三类：超稳定级（I类），如COG或NPO；稳定级（II类），如X7R；能用级（III类），如Y5V。其中，NPO的稳定性最好，几乎不随温度、时间和电压的改变而改变，但是容量最大只有100 nF，适用于对稳定性和可靠性要求较高的高频、特高频电路中。X7R又被称为温度稳定型陶瓷电容器，当温度在-55℃~+125℃时其容量变化为±15%，但是容量并不是呈线性变化的，容量范围为300pF~3.3μF。Y5V的稳定性比X7R差，在-30℃ ~ +85℃范围内容量变化为-82%~+22%。
薄膜电容：以金属箔为电极，电子级塑料薄膜作为介质。根据介质材料的不同又分为聚乙酯电容、聚丙烯电容、聚苯乙烯电容、聚碳酸酯电容和涤纶电容等。其中，聚苯乙烯电容的绝缘电阻高达100GΩ，漏电流极低，介质损耗小，精度高，可在部分高频电路中替代云母电容，但是体积较大，工作温度。
聚丙烯电容（CBB电容）与聚苯乙烯电容的性能类似，但是体积较小，价格低，温度系数略大于聚苯乙烯。
涤纶电容具有介电常数较高，体积小，容量大，稳定性较好等特点，适宜做旁路电容。
铝电解电容：最常见的电容之一，由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极制成。容量大（可以做到F级），成本极低，但是漏电流大，稳定性差，有正负极在电源滤波和低频电路中应用非常广泛。
钽电解电容：是所有电容中体积小而又能达到较大容量的产品，但是由于钽原料稀缺，所以价格较昂贵。钽电容的绝缘电阻大，漏电流小，温度特性好，有正负极，多用于要求较高的场合。
安规电容：指失效后，不会导致电击，不危及人身安全的电容器，主要用在开关电源中，分为X电容和Y电容。X电容是指跨接在零线和火线之间的电容，主要用于差模滤波。Y电容是指零线与地、火线与地之间的电容，主要用于共模滤波。
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