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電容器的主要參數(shù)與特點(diǎn)

發(fā)布時(shí)間:2018-06-29 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】電容器的主要參數(shù)有標(biāo)稱容量與允許偏差、額定工作電壓、絕緣電阻、溫度系數(shù)、電容器損耗和頻率特性等。大家在挑選電容器的時(shí)候一定要注意這些電容器的主要參數(shù),這些參數(shù)可以決定一個(gè)電容器能否完成任務(wù)。
 
1、 標(biāo)稱電容量和允許偏差
 
標(biāo)稱電容量是標(biāo)志在電容器上的電容量。
 
電解電容器的容值,取決于在交流電壓下工作時(shí)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(cè)量方法的變化而變化。在標(biāo)準(zhǔn)JISC 5102 規(guī)定:鋁電解電容的電容量的測(cè)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(jìn)行??梢詳嘌?,鋁電解電容器的容量隨頻率的增加而減小。
 
電容器中存儲(chǔ)的能量
 
E = CV^2/2
 
電容器的線性充電量
 
I = C (dV/dt)
 
電容的總阻抗(歐姆)
 
Z = √ [ RS^2 + (XC – XL)^2 ]
 
容性電抗(歐姆)
 
XC = 1/(2πfC)
 
電容器實(shí)際電容量與標(biāo)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(jí)與允許誤差對(duì)應(yīng)關(guān)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(jí),電解電容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí),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(biāo)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(fù)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(dāng)電容較小時(shí),主要取決于電容的表面狀態(tài),容量〉0.1uf 時(shí),主要取決于介質(zhì)的性能,絕緣電阻越大越好。
 
電容的時(shí)間常數(shù):為恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)大容量電容的絕緣情況而引入了時(shí)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(chǎng)作用下,在單位時(shí)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(dǎo)損耗和電容所有金屬部分的電阻所引起的。
 
在直流電場(chǎng)的作用下,電容器的損耗以漏導(dǎo)損耗的形式存在,一般較小,在交變電場(chǎng)的作用下,電容的損耗不僅與漏導(dǎo)有關(guān),而且與周期性的極化建立過程有關(guān)。
 
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。
 
電容器參數(shù)的基本公式
 
6、 相位角 Ф
 
理想電容器:超前當(dāng)前電壓 90度
 
理想電感器:滯后當(dāng)前電壓 90度
 
理想電阻器:與當(dāng)前電壓的相位相同
 
7、耗散系數(shù) (%)
 
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(jì)算獲得的值。顯然,Tan δ 隨著測(cè)量頻率的增加而變大,隨測(cè)量溫度的下降而增大。
 
D.F. = tan δ (損耗角)= ESR / Xc = (2πfC)(ESR)
 
損耗因數(shù),因?yàn)殡娙萜鞯男孤╇娮琛⒌刃Т?lián)電阻和等效串聯(lián)電感,這三項(xiàng)指標(biāo)幾乎總是很難分開,所以許多電容器制造廠家將它們合并成一項(xiàng)指標(biāo),稱作損耗因數(shù),主要用來描述電容器的無效程度。損耗因數(shù)定義為電容器每周期損耗能量與儲(chǔ)存能量之比。又稱為損耗角正切。
 
電容器的主要參數(shù)與特點(diǎn)
 
圖1中,電容的泄露電阻Rp、有效串聯(lián)電阻Rs和有效串聯(lián)電感L式寄生元件,可能會(huì)降低外部電路的性能。一般將這些元件的效應(yīng)合并考慮,定義為損耗因數(shù)或DF。
 
電容的泄漏是指施加電壓時(shí)流過電介質(zhì)的微小電流。雖然模型中表現(xiàn)為與電容并聯(lián)的簡(jiǎn)單絕緣電阻Rp,但實(shí)際上泄露與電壓并非線性關(guān)系。制造商常常將將泄漏規(guī)定為 MΩ-μF 積,用來描述電介質(zhì)的自放電時(shí)間常數(shù),單位為秒。其范圍介于 1 秒或更短與數(shù)百秒之間,前者如鋁和鉭電容,后者如陶瓷電容。玻璃電容的自放電時(shí)間常數(shù)為 1,000 或更大;特氟龍和薄膜電容(聚苯乙烯、聚丙烯)的泄漏性能最佳,時(shí)間常數(shù)超過 1,000,000 MΩ-μF。對(duì)于這種器件,器件外殼的表面污染或相關(guān)配線、物理裝配會(huì)產(chǎn)生泄漏路徑,其影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電介質(zhì)泄漏。
 
有效串聯(lián)電感 ESL(圖 1)產(chǎn)生自電容引腳和電容板的電感,它能將一般的容抗變成感抗,尤其是在較高頻率時(shí);其幅值取決于電容內(nèi)部的具體構(gòu)造。管式箔卷電容的引腳電感顯著大于模制輻射式引腳配置的引腳電感。多層陶瓷和薄膜電容的串聯(lián)阻抗通常最低,而鋁電解電容的串聯(lián)阻抗通常最高。因此,電解電容一般不適合高頻旁路應(yīng)用。
 
電容制造商常常通過阻抗與頻率的關(guān)系圖來說明有效串聯(lián)電感。不出意料的話,這些圖會(huì)顯示:在低頻時(shí),器件主要表現(xiàn)出容性電抗;頻率較高時(shí),由于串聯(lián)電感的存在,阻抗會(huì)升高。
 
有效串聯(lián)電阻 ESR(圖 1 的電阻 Rs)由引腳和電容板的電阻組成。如上文所述,許多制造商將 ESR、ESL 和泄漏的影響合并為一個(gè)參數(shù),稱為“損耗因數(shù)”或 DF。損耗因數(shù)衡量電容的基本無效性。制造商將它定義為每個(gè)周期電容所損失的能量與所存儲(chǔ)的能量之比。特定頻率的等效串聯(lián)電阻與總?cè)菪噪娍怪冉朴趽p耗因數(shù),而前者等于品質(zhì)因數(shù) Q 的倒數(shù)。
 
損耗因數(shù)常常隨著溫度和頻率而改變。采用云母和玻璃電介質(zhì)的電容,其 DF 值一般在 0.03% 至 1.0% 之間。室溫時(shí),陶瓷電容的 DF 范圍是 0.1% 至 2.5%。電解電容的 DF 值通常會(huì)超出上述范圍。薄膜電容通常是最佳的,其 DF 值小于 0.1%。
 
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、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(guān),且與 ESR 也有關(guān)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(dá)到中頻范圍時(shí)電抗(XL)降至 ESR 的值。當(dāng)頻率達(dá)到高頻范圍時(shí)感抗(XL)變?yōu)橹鲗?dǎo),所以阻抗是隨著頻率的增加而增加。
 
13、漏電流
 
電容器的介質(zhì)對(duì)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(shí),重新形成的以及修復(fù)氧化膜的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一種很小的稱之為漏電流的電流。通常,漏電流會(huì)隨著溫度和電壓的升高而增大。
 
14、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(shí)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(guān)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(dāng)紋波電流增大的時(shí)候,即使在 ESR 保持不變的情況下,漣波電壓也會(huì)成倍提高。換言之,當(dāng)紋波電壓增大時(shí),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(shí)紋波電流也比較低。
 
各種電容關(guān)鍵參數(shù):
 
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?yàn)檠趸び袉蜗驅(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(dòng)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(yīng)用,不宜使用在25kHz 以上頻率低頻旁路、信號(hào)耦合、電源濾波。
 
電容量:0.47--10000u
 
額定電壓:6.3--450V
 
主要特點(diǎn):體積小,容量大,損耗大,漏電大
 
應(yīng)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(zhǎng),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(duì)脈動(dòng)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(jī)件中。
 
電容量:0.1--1000u
 
額定電壓:6.3--125V
 
主要特點(diǎn):損耗、漏電小于鋁電解電容
 
應(yīng)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(shí)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(diǎn):小體積,大容量,耐熱耐濕,穩(wěn)定性差
 
應(yīng)用:對(duì)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(diǎn):穩(wěn)定,低損耗,體積較大
 
應(yīng)用:對(duì)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(diǎn):性能與聚苯相似但體積小,穩(wěn)定性略差
 
應(yīng)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(gè)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(bǔ)償作用不能做成大的容量,受振動(dòng)會(huì)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(diǎn):高頻損耗小,穩(wěn)定性好
 
應(yīng)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(diǎn):體積小,價(jià)廉,損耗大,穩(wěn)定性差
 
應(yīng)用:要求不高的低頻電路
 
5、 獨(dú)石電容器
 
(多層陶瓷電容器)在若干片陶瓷薄膜坯上被覆以電極槳材料,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(dú)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(yīng)用范圍:廣泛應(yīng)用于電子精密儀器。各種小型電子設(shè)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(jiǎn)單,價(jià)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(yùn)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(gè)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(jiǎn)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(dòng)電容量的,故容量只能變小,不適合在需反復(fù)調(diào)試的場(chǎng)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(diǎn):損耗小,效率高;可根據(jù)要求制成直線式、直線波長(zhǎng)式、直線頻率式及對(duì)數(shù)式等
 
應(yīng)用:電子儀器,廣播電視設(shè)備等
 
b 薄膜介質(zhì)可變電容器
 
可變電容量:15--550p
 
主要特點(diǎn):體積小,重量輕;損耗比空氣介質(zhì)的大
 
應(yīng)用:通訊,廣播接收機(jī)等
 
c 薄膜介質(zhì)微調(diào)電容器
 
可變電容量:1--29p
 
主要特點(diǎn):損耗較大,體積小
 
應(yīng)用:收錄機(jī),電子儀器等電路作電路補(bǔ)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(diǎn):損耗較小,體積較小
 
應(yīng)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?cè)谔沾缮献鳛殡姌O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(chǎng)合〈包括高頻在內(nèi)〉。這種電容器不宜使用在脈沖電路中,因?yàn)樗鼈円子诒幻}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(dú)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(dá)500V,損耗tgδ0.0005~0.008
 
電容量:10p--0.1u
 
額定電壓:63--400V
 
主要特點(diǎn):穩(wěn)定性較好,損耗小,耐高溫(200 度)
 
應(yīng)用:脈沖、耦合、旁路等電路
 
 
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