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技术科普 | 电容器基础知识介绍

点击次数:833 更新时间:2023-03-02

电容器在电路中的作用

        电容器是储存电量和电能(电势能)的元件。

        电容器(Capacitor,业内通常简称电容,本文按业内习惯进行简称)在电子电路中起着重要的作用,具有隔离直流、连接交流、防止低频的特点。广泛应用于耦合、隔离直流、旁路、滤波、调谐、能量转换、自动控制等领域。电容(Capacitance)亦称作“电容量",是指在给定电位差下自由电荷的储藏量,记为C,国际单位是法拉(F)。

电容的功能分类

        电容按功能分类主要有这四种:

        滤波电容

        滤波电容具有电极性,亦称其为电解电容。滤波电容在电路中的符号一般用“C"表示,电容量越大,滤波性能越好。为了获得更好的直流稳定系数,电容量一般选择在数百微法或数千微法以上。滤波电容用在电源整流电路中,用来滤除交流成分。滤波电容在开关电源中起着非常重要的作用。

        去耦电容

        电路中装设在元件的电源端的电容,连接在放大电路电源的正负极之间,防止电源内阻形成的正反馈引起的寄生振荡。此电容可以提供较稳定的电源,同时也可以降低元件耦合到电源端的噪声,间接可以减少其他元件受此元件噪声的影响。

        旁路电容

        在AC-DC信号的电路中,电容通过电路的一点连接到电阻的两端或公共电位,为交流信号或脉冲信号设置路径,以避免交流信号元件通过电阻的压降衰减。

        耦合电容

        又称电场耦合或静电耦合,是由于分布电容的存在而产生的一种耦合方式。耦合电容器是使得强电和弱电两个系统通过电容器耦合并隔离,提供高频信号通路,阻止工频电流进入弱电系统,保证人身安全。带有电压抽取装置的耦合电容器除以上作用外,还可抽取工频电压供保护及重合闸使用,起到电压互感器的作用。

电容的分类

        电容种类较多:

        ▶按封装分有贴片电容、插件电容;

        ▶按介质分有铝电解电容、钽电解电容、陶瓷电容、聚酯薄膜电容、聚丙烯薄膜电容、聚苯乙烯薄膜电容、聚四氟乙烯薄膜电容、云母电容等;

        ▶按结构形势分,有固定电容、半固定电容、可变电容。

 

电容的性能参数

        了解电容的内在关键参数,才能快速选型,可靠使用。

        电容的关键参数包括:

        ▶标称电容量和允许误差

        ▶额定工作电压

        ▶绝缘电阻(漏电流)

        ▶介质损耗

        ▶品质因数Q

        ▶等效串联电阻ESR

        ▶允许的工作温度范围等

        标称电容量和允许误差:电容量的大小表示电容器贮存电荷的能力。不同的材质的电容,由于不同的材质其介电常数有很大的差异,不同电容的容量会有很大的差别。

        额定工作电压:在规定的工作温度范围内,电容长期可靠地工作,它能承受的直流电压。额定电压的大小与电容器所使用的绝缘介质和使用环境温度有关,其中与温度关系尤为密切。

        绝缘电阻(漏电流):电容器两极板之间的介质并非绝对的绝缘体,当电容加上直流电压时,电容器会有漏电流产生,两者之比称为绝缘电阻,若漏电流太大,电容器就会发热损坏。在所有的电容材质中,电解电容尤其是铝电解电容漏电流较大,故用漏电流表示其绝缘性能(与容量成正比);其他电容器的漏电流是极小的,故用绝缘电阻参数来表示其绝缘性能。

        介质损耗DF:电容器在电场作用下消耗的能量,通常用损耗功率和电容器的无功功率之比,及损耗角正切值表示。损耗角越大,电容器损耗越大,损耗角大的电容不适用于高频情况下工作。与损耗角相关的这些参数决定于电容材质,所以不同材质的电容损耗角相差很大,铝电解电容的损耗角正切值可高达0.3,聚丙烯薄膜电容的损耗角正切值一般只有0.1~0.2%,而聚苯乙烯电容的损耗角可达0.03%。

        品质因数Q:在高频电路中,由于频率较高,电容器所测量出来的介质损耗已经很小,不便于参考,因此,为了更好地了解它的高频特性,我们更关心它的品质因数Q,Q值就是介质损耗的倒数,即Q=1/DF。

        等效串联电阻ESR:在电容器中所有损耗的总和叫做电容的等效串联电阻ESR,一般用毫欧姆来表示。

        在设计时,高频下我们应考虑ESR和Q值对电路设计的影响,在低频下应考虑介质损耗DF对电路设计的影响。

广电计量的相关服务能力

        电容器作为电路板中*一员,其稳定性直接影响整体的可靠性。从最小的器件出发,广电计量为集成电路的可靠性保驾护航。

        广电计量可以提供以下电容相关的服务能力,包括但不限于:

        电容量、损耗角正切、品质因数、绝缘电阻、漏电流、等效串联电阻、耐电压、温度特性验证等电参数测试,温度冲击、潮湿负荷、稳态寿命、老炼、耐纹波等一系列环境可靠性验证试验,以及X射线检查、可焊性、耐焊接热、瓷体强度、振动等物理试验。

        并可以针对芯片半导体、分立器件、阻容感等元器件测试进行技术开发和电性能测试等服务。