电子元器件之电容器讲义.pdf

电容器电容器电容器是一种能储存电荷的容器．属于被动 式储能电子器件. 它在电子设备中充当整流器的平滑滤 波、电源的退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流 耦合等电容器的构造是由两片靠得较近的金属片，中间 再隔以绝缘物质而组成的．它的表示符号为: 一l l一，用字母“C”来表示就现在的产量来说，铝电解电容器在电容器中占第二 位．这类电容器本来是一般的直流电容器，但现在已经 从直流发展到交流、从低温发展到高温、从低压发展到 高压. (温度已可做到150℃,额定电压做到700V)?─容量？耐压？─容量？耐压？?根据国际IEC 384-4规定，低于315V时， Vs=1.15×WV，高于315V时， Vs=1.1×WVVs是涌浪电压，WV是额定电 压(working voltage)品牌?系列型号?适用工作温度?容量误差散逸因数散逸因数- -损失角（损失角（DFDF））漏电流（漏电流（LcLc））等效串联电阻（等效串联电阻（ESRESR））耐纹波电流（耐纹波电流（IracIrac））真正有关电容器品质的几个重要参数真正有关电容器品质的几个重要参数:散逸因数散逸因数-损失角（损失角（DF））?散逸因数dissipation factor (DF) 存在于所有电容器 中，DF值越小表明电容损耗越小，性能也就越好。

但铝电解电容的损失角相当高DF值与温度、容 量、电压、频率......都有关系；当容量相同时，耐 压愈高的DF值就愈低此外温度愈高DF值愈高， 频率愈高DF值也会愈高漏电流（漏电流（Lc））?漏电流(leakage current) 它的计算公式是:I＝K×CVI的单位是μA， K是常数.电容器容量愈高，漏电流就愈大如 果你有容量愈大平滑效果愈好的想法，这个 「漏电流」也请考虑在内等效串联电阻（等效串联电阻（ESR））?容量愈大 ESR愈低;?额定电压愈大ESR愈低;?低频时ESR高，高频时ESR低；?温度愈低，ESR愈高良好的电路设计，应该考虑到低温时的ESR值.注意:在开关电路中过低的ESR值容易引起振荡等效串联电阻相当于耗能元件，它的损耗功率变成热量，从而 影响了电容的寿命等效串联电阻相当于耗能元件，它的损耗功率变成热量，从而 影响了电容的寿命ESR值大的电容温升高.?阿雷尼厄斯10度法则耐纹波电流（耐纹波电流（Irac））?前面谈到的DF值、漏电流、ESR值...等，其值都 是愈低愈好，但现在要提的耐纹波电流ripple current却是愈高愈好特别是在大电流输出场合， 电源平滑滤波电容器的耐纹波电流Irac就显得格外 重要。

低频纹波以低频纹波以120Hz做标准做标准高频纹波以高频纹波以 10KHz做标准做标准?电容器耐纹波电流的能力与频率刚好成正比锁螺丝式电容的耐纹波电流能力通常比插PC板式来 得高RIFA的电容在耐纹波电流方面要优于其它品 牌,1000μF相当于其它厂牌1200μF德国 Siemens、英国BHC电容，在Irac这项特性上也常 优于一般日制品能在短時間內做靜電能與動電能的互變，短路電流約 比電池大1000倍儲蓄電能少，但接受電能的功率大，亦即充放電的時 間很短，效率極高容抗與頻率、电容量有直接的關係Xc = 1/2π fc， 即頻率/容量愈高則容抗愈小，反之則愈大在AC電路中，其電流相位比電壓基準提前90°，有 進相作用固体钽电容器是固体钽电容器是19561956年由美国贝乐试验室首先年由美国贝乐试验室首先 研制成功的，它的性能优异，是所有电容器中研制成功的，它的性能优异，是所有电容器中 体积小而又能达到较大电容量的产品，价格较体积小而又能达到较大电容量的产品，价格较 为为昂贵昂贵钽电解电容和铝电解电容一样，有极性区分，厂家会 在电容的正极做相应的标示目前钽电解电容和铝电解电容一样，有极性区分，厂家会 在电容的正极做相应的标示。

目前SMT技术发展迅 速，小型化、贴片式已成为钽质电解电容的主流技术发展迅 速，小型化、贴片式已成为钽质电解电容的主流目前生产的钽电解电容器主要有烧结型固体、箔形卷 绕固体、烧结型液体等三种，其中烧结型固体约占目 前生产总量的95%以上，而又以非金属密封型的树脂 封装式为主体它的工作介质是在钽金属表面生成的 一层极薄的五氧化二钽膜贴片钽电容的封装：贴片钽电容的封装：?封装代码YAXBCD 规格尺寸 L（mm）3.23.83.54.76.07.3 W (mm)1.61.92.82.63.24.3 T （mm）1.61.61.92.12.52.8注意注意：规格相同但封装不同的钽质电容不可代用规格相同但封装不同的钽质电容不可代用如：如：10UF/16V10UF/16V” ”B B” ”型与型与10UF/16V10UF/16V” ”C C” ”型不可相互代用型不可相互代用钽质电容的优点钽质电容的优点:易于加工、有最高的比容效率、适宜于小型化在一定温度范围内性能稳定工作过程中具有自我复原能力，故障率随时间下降工作温度范围大，-55℃~+125℃比铝电容有更好的频率特性性能和可靠性不会随时间而退化。

钽电容对库存期无限制，电介质稳定，不必矫正单片陶瓷电容器(通称贴片电容)是目前产量最大 的电容器因其体积小、价格低、使用寿命长、 利于自动化作业，而被广泛应用于各类电子产品 中贴片电容常用的有NPO、X7R、Z5U、Y5V等不同规 格，它们的主要区别是填充的介质不同在相同的体 积下由于填充介质不同所组成的电容器的容量就不 同，随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也 就不同所以在使用电容器时应根据电容器在电路中 作用不同来选用不同的电容器针对不同的介质种类我们来逐一了解：针对不同的介质种类我们来逐一了解：NPO电容器?NPO是一种具有温度补偿特性的贴片电容器它的 填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成 的NPO电容器是电容量和介质损耗最稳定的电容器 之一在温度从-55℃到+125℃时容量变化为 0±30ppm/℃NPO电容器随封装形式不同其电容量和介质损耗随 频率变化的特性也不同NPO电容器相应封装可选取的容量范围：电容器相应封装可选取的容量范围：NPO电容器适用于各种高频电路，如：高频 振荡、计时、谐振、耦合等X7R电容器?X7R电容器被称为温度稳定型的陶瓷电容 器当温度在-55℃到+125℃时其容量变 化 为15%，需要注意的是此时电容器容量变化 是非线性的。

X7R电容器的容量在不同的电压和频率条 件 下是不同的，它也随时间的变化而变化，表 现为10年变化了约5%在相同的体积下电容量可以比NPO做的大X7R电容器相应封装可选取的容量范围：电容器相应封装可选取的容量范围：X7R电容器主要应用于隔直、耦合、 旁路、鉴频等电路中Z5U电容器?Z5U电容器称为”通用”陶瓷单片电容器工作温度范 围 +10℃ --- +85℃.温度特性 +22% --- - 56% 对于 Z5U 电容器主要的是它的小尺寸和低成本但它的 电容量受环境和工作条件影响较大尽管它的容量不稳定，由于它具有小体积、等效串联 电感（ESL）和等效串联电阻（ESR）低、良好的频 率响应，使其具有广泛的应用范围尤其是在退耦电 路的应用中Z5U电容器主要应用于退耦、隔直、旁路等电路中Z5U电容器相应封装可选取的容量范围：电容器相应封装可选取的容量范围：Y5V电容器?Y5V电容器是一种有一定温度限制的通用电容 器，在-30℃到85℃范围内其容量变化可达 +22%到-82%Y5V的高介电常数允许在较小 的物理尺寸下制造出很高的电容量Y5V电容器相应封装可选取的容量范围：电容器相应封装可选取的容量范围：Y5V电容器主要应用于隔直、旁路等电路中独石电容又叫积层电容是由贴片电容用两根引线将电 极引出，再用环氧树脂包封而成，它具备贴片电容的 各种电性能，同时又增强了机械强度和耐湿性，被广 泛应用于电子精密仪器。

陶瓷电容又叫圆板型瓷片电容，介质主要为钛 酸钡，并用烧渗法将银镀在陶瓷上作为电极制 成有干式涂装和湿式涂装两种，按其介质可 分为CLASS-Ⅰ温度补偿型；CLASS-Ⅱ高诱电率 型；CLASS-Ⅲ半导体型溫度補償型(CLASS-I）陶瓷電容器測試條件1MHz 1.0V~5.0Vrms. 25±3℃容量範圍0.5pF~1200pF誤差代字CDJKM允許誤差 ±0.25pF±0.5pF±5%±10%±20%誤差判定?应用在低損耗﹑穩定性高或要求溫度係數有明顯規 定的諧振電路中的具有高品質因素﹑高穩定性(溫度變化率低）靜電容量﹕靜電容量﹕品質因數﹕品質因數﹕測試條件溫度特性容量範圍判定標准C≧30pFQ≧1000C＜30pFQ≧400+20CC≧30pFQ≧500C＜30pFQ≧200+10CN3300~N4700 S3N(YN)NPO~N750 S2L(SL) 1MHz 1.0Vrms. 25±3℃絕緣電阻﹕絕緣電阻﹕500V/1分鐘額定電壓≧500V 10,000MΩ以上10V/1分鐘額定電壓≦50V 判定標准測試電壓/時間額定電壓分類高誘電率型(CLASS-II）陶瓷電容器?应在旁路或藕合之電路中。

应在旁路或藕合之電路中非線性的溫度特性非線性的溫度特性--靜電容量變化率靜電容量變化率靜電容量﹕靜電容量﹕測試條件測試條件1KHz 1.0V~5.0Vrms. 25±3℃容量範圍容量範圍80pF~0.2μF 誤差代字K M Z P 允許誤差±10% ±20% +80/-20% +100/-0% 誤差判定誤差判定損失角損失角(散逸因數散逸因數)﹕﹕5.0%Max. Z5U Y5U Y5V 2.5%Max. X7R Y5E Y5P Z5F Z5P Z5U 1KHz 1.0Vrms. 25±3℃判定標准判定標准溫度特性溫度特性測試條件測試條件絕緣電阻﹕絕緣電阻﹕額定電壓分類額定電壓分類測試電壓測試電壓/時間時間電容量分類電容量分類判定標准判定標准額定電壓≦50V 10V/1分鐘＜20nF 10,000MΩ以上額定電壓 ≧500V 500V/1分鐘≧20nF 7,500MΩ以上耐壓測試﹕耐壓測試﹕額定電壓分類測試電壓測試時間充放電流額定電壓分類測試電壓測試時間充放電流R.W＜1KVR.W×2.50 R.W=KVR.W×2.00 R.W>1KVR.W×1.75 R.W≧3KVR.W×1.50 R.W≧10KV R.W×1.20 1~5秒＜50mA 半導體型(CLASS-III）陶瓷電容器一種半導體特性之電容器﹐应用在低壓旁路或藕合之電路中。

非線性的溫度特性--靜電容量變化率靜電容量﹕靜電容量﹕測試條件測試條件1KHz 1.0V~5.0Vrms. 25±3℃容量範圍容量範圍0.01pF~0.2μF 誤差代字K M Z P 允許誤差±10% ±20% +80/-20% +100/-0% 誤差判定誤差判定損失角損失角(散逸因數散逸因數)﹕﹕5.0%Max.Y5P Y5R Y5U Y5V 1KHz 0.1Vrms. 25±3℃判定標准判定標准溫度特性溫度特性測試條件測試條件絕緣電阻﹕絕緣電阻﹕測試電壓測試電壓測試時間測試時間判定標准判定標准12V 16V 100MΩ以上25V 50V 1000MΩ以上1分鐘耐壓測試﹕耐壓測試﹕R.W=50VR.W=25VR.W=16V＜50mA 1~5秒R.W×2.50 R.W=12V充放電流充放電流測試時間測試時間測試電壓測試電壓額定電壓分類額定電壓分類第一碼XYZ-55-30+10第二碼24567 +45+65+85+105+125第三碼EFPRTUV±4.7 %±7.5%±10%±15%+22- 33%+22- 56%+22- 82%EIA美国电子工业协会对电容温度特性的规定美国电子工业协会对电容温度特性的规定:EIA RS-198D标准标准:Y电容属于AC类陶瓷电容，主要应用於EMI滤 波抑制高频干。