電容器的作用

　　電容在電路中具有隔直流、通交流的作用，因此常用于級(jí)間耦合、濾波、去耦、旁路及信號(hào)調(diào)諧等用途。比如在音頻電路中，如何更有效地選擇使用不同類型的電容器對(duì)音響音質(zhì)的改善有較大影響，電容通常起到濾波、耦合、旁路、分頻等作用，其中，等效串聯(lián)電阻（ESR）主要由電極的引線和連接發(fā)熱產(chǎn)生；等效串聯(lián)電感（ESL）則取決于電容的封裝類型，表面貼封裝及小型的SMD封裝的ESL比較好；漏電阻（RLEAK）則與電介質(zhì)的類型密切相關(guān)。

　　在電路設(shè)計(jì)中電容的用途非常多，主要有如下幾種：

　　1.旁路和去耦：根據(jù)互動(dòng)百科的定義，對(duì)于同一個(gè)電路來說，旁路（bypass）電容是把輸入信號(hào)中的高頻噪聲作為濾除對(duì)象，把前級(jí)攜帶的高頻雜波濾除，而去耦（decoupling，也稱退耦）電容是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象。

　　旁路電容是電源抗噪的道防線。通過儲(chǔ)存電荷抑制電壓降并在有電壓尖峰產(chǎn)生時(shí)放電，旁路電容消除了電源電壓的波動(dòng)。旁路電容為電源建立了一個(gè)對(duì)地低阻抗通道，在很寬頻率范圍內(nèi)都具有抗噪功能。

　　大電容可作為低頻和大電流電路的旁路，而小電容則作為高頻旁路，采用多個(gè)電容源于與實(shí)際電容相關(guān)的寄生參數(shù)。電容的等效電路的模型隨著封裝類型的不同而改變，其中主要參數(shù)是等效串聯(lián)電感（ESL）。封裝越小，串聯(lián)寄生參數(shù)就越小。在一些寬頻系統(tǒng)中，需要并聯(lián)多個(gè)電容。旁路電容要盡量靠近負(fù)載器件的供電電源引腳，距離電源引腳越遠(yuǎn)就等同于增加串聯(lián)電感，這樣會(huì)降低旁路電容的自諧振頻率，電容接地一端需要通過印刷電路板（PCB）上的過孔或者寬地線連接到地平面，以保持低阻抗。在一些寬頻系統(tǒng)中，因?yàn)橛卸鄠€(gè)頻率耦合到電源線路，只用單電容旁路是不夠的，需要并聯(lián)多個(gè)電容。

　　在旁路電容的選擇上還需注意，大電流和高頻率情況必須選擇合適的旁路電容以處理不同速度和大小的瞬變，應(yīng)盡量減小寄生參數(shù)。此外，電路布局對(duì)確保旁路質(zhì)量十分關(guān)鍵，旁路電容必須放置在盡可能靠近IC 引腳的地方，以盡量減小附加的ESR 和ESL。

　　2.  耦合：通常，在電路中用來傳送信號(hào)的電容稱為耦合電容。作為兩個(gè)電路之間的連接，它允許交流信號(hào)通過并傳輸?shù)较码娐?。耦合電容的容量一般?.1μF～1μF之間，以使用云母、 丙烯、陶瓷等損耗較小的電容效果較好。

　　3.  溫度補(bǔ)償：針對(duì)其它元件對(duì)溫度的適應(yīng)性不夠帶來的影響進(jìn)行補(bǔ)償，以改善電路的穩(wěn)定性。

　　4.計(jì)時(shí)：電容器與電阻器配合使用，可確定定時(shí)電路的時(shí)間常數(shù)。

　　5.調(diào)諧：在與頻率相關(guān)的電路中，電容可起到系統(tǒng)調(diào)諧的作用，比如手機(jī)、收音機(jī)、電視機(jī)中的調(diào)諧電路。

　　6.整流：在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)開或者關(guān)閉導(dǎo)體開關(guān)元件。

　　7.儲(chǔ)能：電容用來儲(chǔ)存電能并在必須的時(shí)候釋放電量。例如照相機(jī)的閃光燈、新能源設(shè)備中的儲(chǔ)能設(shè)備等?，F(xiàn)在，隨著技術(shù)的進(jìn)步，電容的儲(chǔ)能水平已經(jīng)接近鋰電池的水準(zhǔn)，甚至一個(gè)電容儲(chǔ)存的電能可供一部手機(jī)使用一天。又比如，在風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源領(lǐng)域，電容的儲(chǔ)能作用日益重要。

　　電容器的選擇

　　前面的文章已經(jīng)討論過電容的種類，常用的電容有鉭電解、鋁電解、獨(dú)石、薄膜、陶瓷、紙介質(zhì)電容等多種類型。封裝形式多種多樣，有貼片、針式、方塊、不規(guī)則等多種形狀。電容的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，常用在去耦、濾波、高頻、低頻、諧振、開關(guān)電源等電路中。那么，工程師在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)如何選擇合適的電容呢？ 總體來說，電容器選型時(shí)有7個(gè)主要參數(shù)需考慮，實(shí)際應(yīng)用中可能不會(huì)將全部參數(shù)列為必選項(xiàng)。

　　1.容量與誤差：實(shí)際容量和標(biāo)稱容量允許的偏差范圍。一般使用的容量誤差有：J級(jí)±5%，K級(jí)±10%，M級(jí)±20%。精密電容器的允許誤差較小，電解電容器的誤差較大，它們采用不同的誤差等級(jí)。

　　2.額定工作電壓：電容器在電路中能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠工作，所承受的直流電壓，又稱耐壓。對(duì)于結(jié)構(gòu)、介質(zhì)、容量相同的器件，耐壓越高，體積越大。

　　3.溫度系數(shù)：在一定溫度范圍內(nèi)，溫度每變化1℃，容量的相對(duì)變化值。溫度系數(shù)越小越好。

　　4.絕緣電阻：用來表明電容漏電大小。一般小容量的電容，絕緣電阻很大，約在幾百兆歐姆或幾千兆歐姆。電解電容的絕緣電阻一通常較小。相對(duì)而言，絕緣電阻越大越好，漏電也小。

　　5.損耗：在電場(chǎng)的作用下，電容器在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)熱而消耗的能量。這些損耗主要來自介質(zhì)損耗和金屬損耗。通常用損耗角正切值來表示。

　　6.頻率特性：電容器的電參數(shù)隨電場(chǎng)頻率而變化的性質(zhì)。在高頻條件下工作的電容器，由于介電常數(shù)在高頻時(shí)比低頻時(shí)小，電容量也相應(yīng)減小，損耗也隨頻率的升高而增加。另外，在高頻工作時(shí)，電容器的分布參數(shù)，如極片電阻、引線和極片間的電阻、極片的自身電感、引線電感等，都會(huì)影響到電容器的性能。

　　下面就常用的幾種電容的選型考慮加以說明。

　　獨(dú)石電容：獨(dú)石電容的特點(diǎn)是電容量大、體積小、可靠性高、電容量穩(wěn)定，耐高溫耐濕性好等，廣泛應(yīng)用于電子精密儀器以及各種小型電子設(shè)備，用作諧振、耦合、濾波、旁路等。容量范圍大多在0.5PF～1μF之間。通常意義而言，獨(dú)石電容的溫度系數(shù)可能相對(duì)較高。

　　MLCC（片狀多層陶瓷電容）：現(xiàn)在已經(jīng)成為電子電路中常用的元件之一。MLCC的材質(zhì)有很多種，每種材質(zhì)都有自身的獨(dú)特性能和特點(diǎn)。只有了解各種材質(zhì)電容的特點(diǎn)，所選用的電容才能滿足電路的要求。MLCC常見的有C0G（也稱NP0）材質(zhì)、X7R材質(zhì)和Y5V材質(zhì)。C0G的工作溫度范圍和溫度系數(shù)，在-55℃～+125℃的工作溫度范圍內(nèi)溫度系數(shù)為±30ppm/℃；X7R次之，在-55℃～+125℃的工作溫度范圍內(nèi)時(shí)容量變化為±15%；Y5V的工作溫度僅為-30℃～+85℃，在這個(gè)工作溫度范圍內(nèi)時(shí)其容量變化可達(dá)-22%～+82%。當(dāng)然，C0G、X7R、Y5V的成本也是依次減低的。在選型時(shí)，如果對(duì)工作溫度和溫度系數(shù)要求很低，可以考慮用Y5V，但是一般情況下需要用X7R，要求更高時(shí)必須選擇COG。一般情況下，MLCC廠家都設(shè)計(jì)成使X7R、Y5V材質(zhì)的電容在常溫附近的容量，隨著溫度上升或下降，其容量都會(huì)下降。

　　由于C0G、X7R、Y5V介質(zhì)的介電常數(shù)是依次減少的，所以，同樣的尺寸和耐壓下，能夠做出來的容量也是依次減少的，選型時(shí)切記不要選擇不存在的規(guī)格。比如設(shè)計(jì)中需要0603/C0G/25V/3300pF的電容，但是0603/C0G/25V的MLCC一般只做到1000pF，這就需要工程師仔細(xì)閱讀廠家的選型手冊(cè)。

　　鋁電解電容：鋁電解電容器是以經(jīng)過蝕刻的高純度鋁箔作為陽(yáng)極，以浸有電解液的薄紙或布做陰極構(gòu)成的極性電容器。其優(yōu)點(diǎn)是容量大、耐壓高、價(jià)格便宜。缺點(diǎn)是漏電流大、誤差大、穩(wěn)定性不好，壽命隨溫度的升高下降很快。電子元件技術(shù)網(wǎng)通過調(diào)查工程師在鋁電解選型和應(yīng)用中碰到的問題提出，在選擇鋁電解電容時(shí)，要關(guān)注耐壓、容量、溫度和尺寸幾個(gè)參數(shù)，也要注意鋁電解電容對(duì)整個(gè)電路穩(wěn)定性的影響。

　　鋁電解電容本體上標(biāo)有的容量和耐壓，這兩個(gè)參數(shù)是選用電容時(shí)基本的內(nèi)容。在實(shí)際電容選型中，對(duì)電流變化節(jié)奏快的地方要用容量較大的電容，但并非容量越大越好。首先，容量增大，成本和體積可能會(huì)上升，另外，電容越大充電電流就越大，充電時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)。這些都是實(shí)際應(yīng)用選型中要考慮的。額定工作電壓是指在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)，電容長(zhǎng)期可靠地工作，能承受的直流電壓。在交流電路中，要注意所加的交流電壓值不能超過電容的直流工作電壓值。常用的固定電容在電路中實(shí)際要承受的電壓不能超過它的耐壓值。在濾波電路中，電容的耐壓值不要小于交流有效值的1.42倍。另外還要注意的一個(gè)問題是工作電壓裕量的問題，一般來說要在15％以上。例如某電容的額定電壓是50v，雖然涌浪電壓可能高至63v，但一般只會(huì)施加42v電壓。讓電容器的額定電壓具有較多的富裕度，能降低內(nèi)阻、降低漏電流、降低損失角、增加壽命。雖然說48v的工作電壓使用50v的鋁電解電容短時(shí)間不會(huì)出現(xiàn)問題，但使用久了，電容的壽命就會(huì)降低。

　　鉭電容：電子元件技術(shù)網(wǎng)的BBS上有一篇有關(guān)鉭電容選型的帖子，經(jīng)網(wǎng)站同意這里摘錄部分內(nèi)容。目前鉭電容主要品牌有：AVX、KEMET、VISHAY、NEC、NICHICON等。市場(chǎng)上的鉭電容分為黃鉭和黑鉭兩種，其中黃鉭品牌主要是AVX和 KEMET ，黑鉭主要品牌有NEC、NICHICON。簡(jiǎn)單來說，黑鉭是開模將鉭粉壓成型，而黃鉭是在表面用聚氧樹脂包裹而成。由于生產(chǎn)工藝的原因，黑鉭的內(nèi)部空間沒有得到有效的利用，所以黃鉭的容量會(huì)比黑鉭要大，也就是說有些黃鉭能做到的規(guī)格型號(hào)，黑鉭做不了。AVX的鉭電容主要有TAJ、TPS、TPM、TCJ、TLJ、THJ、TRJ、TAC、TLC等系列，常用的是TAJ系列，TPS系列是低阻抗系列。鉭電容的尺寸有A、B、C、D、E、V、R、S、T、P、W、X、Y 共計(jì)13種。電容的耐壓一般指在85℃時(shí)額定直流電壓，鉭電容的耐壓范圍介于2.5V～50V之間。從市場(chǎng)應(yīng)用角度劃分，AVX在軍用和民用市場(chǎng)上的占有量都很大。在普通電容的市場(chǎng)，AVX無論品質(zhì)還是市場(chǎng)占有量都，但價(jià)格AVX可能要比其他產(chǎn)品高一些。至于VISHAY，其鉭電容大多用于，其普通鉭電容市場(chǎng)占有量比較少。

　　今天，電容技術(shù)在朝著兩個(gè)不同的方向發(fā)展。一方面，便攜式電子設(shè)備的小型化發(fā)展趨勢(shì)對(duì)電子元器件的尺寸有了更高的要求，0201封裝電容已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。另一方面，新能源技術(shù)的發(fā)展讓人們對(duì)有儲(chǔ)能功能的電容有了新的認(rèn)識(shí)，超級(jí)電容在近兩年大有風(fēng)起云涌之勢(shì)。在一些經(jīng)常進(jìn)行充放電操作的場(chǎng)合超級(jí)電容的應(yīng)用不斷深入，據(jù)悉業(yè)界已有數(shù)家公司開始考慮將超級(jí)電容用作鋰離子電池的一種良好補(bǔ)充設(shè)備；在消費(fèi)電子產(chǎn)品中，如數(shù)碼相機(jī)的閃光燈，這種需要瞬間大能量輸入的設(shè)備也將是超級(jí)電容的另一應(yīng)用場(chǎng)景。雖然世界上有能力設(shè)計(jì)制造超級(jí)電容產(chǎn)品所需材料和電解質(zhì)的公司僅限于少數(shù)幾家公司，我們有理由相信，電容這個(gè)我們從中學(xué)就開始學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)元器件，隨著技術(shù)的進(jìn)步和新應(yīng)用的出現(xiàn)，未來將會(huì)有更多超出我們想象的應(yīng)用前景。