一文帶你搞懂電容！

廢話不多說，直接進(jìn)入正題。

簡(jiǎn)介

一個(gè)高檔的智能手機(jī)里約有800~1000個(gè)片式多層陶瓷電容器，一般電路中用的最多的也是電容，可見電容的作用有多大，本文主要介紹電容的一些基本知識(shí)點(diǎn)。

兩個(gè)相互靠近的導(dǎo)體，中間夾一層不導(dǎo)電的絕緣介質(zhì)，這就構(gòu)成了電容器。電容器有兩個(gè)很重要的特性，隔直通交以及電壓不能突變，所以經(jīng)常被用在濾波電路、自舉電路、調(diào)諧等電路中。

電容的基本單位是F（法拉），因?yàn)镕的單位較大，1F=1000000uF，一般不用。

常見及常用的的電容單位是uF、nF和pF，換算關(guān)系為：1uF=1000nF=1000000pF

命名規(guī)則

電容的生產(chǎn)廠家比較多，不同的廠家命名規(guī)則不同，如下可以看一下村田的命名規(guī)則。

如GRM代表：Chip Multilayer Ceramic Capacitors for General Purpose。18代表尺寸：1.6x0.8mm，英制的0603封裝，這部分查看對(duì)應(yīng)廠家的選型手冊(cè)即可。

串并聯(lián)計(jì)算公式

電容和電阻一樣，也可以進(jìn)行串聯(lián)和并聯(lián)。

兩個(gè)電容C1和C2并聯(lián)，等效電容為：

如果C1遠(yuǎn)大于C2，等效電容可化簡(jiǎn)為：

兩個(gè)電容C1和C2串聯(lián)，等效電容為：

如果C1遠(yuǎn)大于C2，等效電容也可化簡(jiǎn)為：

從以上公式可以看出，電容的串并聯(lián)正好和電阻是相反的。

平板電容器公式

電容器是儲(chǔ)存電量和電能（電勢(shì)能）的元件，平板電容器公式為：

其中為電容存儲(chǔ)的電荷，為兩極板之間的電勢(shì)差，相對(duì)介電常數(shù)，為兩極板正對(duì)面積，為兩極板之間距離。面積越大，距離越小，容值越大。

標(biāo)準(zhǔn)及常用容值

電容的標(biāo)準(zhǔn)容值按照E6，E12，E24數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)，如下：

E6系列取值：1.0、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8乘以10的n次方；

E12系列取值：1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2乘以10的n次方；

E24系列取值：1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1乘以10的n次方；

在日常的電路設(shè)計(jì)中，我們常用的容值有：

常用的pF級(jí)別：39、43、47、51、56、100、150、200、220、270、300、330、390、470、560、680等。

常用的nF級(jí)別：1、1.2、1.5、2.2、2.7、3.3、10、22、33等。

常用的uF級(jí)別：0.1、0.15、0.22、0.33、0.47、1、2.2、10uF等。

電容分類

電容的種類很多，根據(jù)材料，常用的可分為如下幾種，其中鉭電解電容一般就稱為鉭電容。

如下是村田給出的幾種電容器的特性比較。

根據(jù)電容的不同特性，運(yùn)用場(chǎng)合也不一樣。

陶瓷電容體積?。ㄗ钚〉?1005封裝），無極性，價(jià)格便宜，ESR低（低于鉭電容和鋁電解電容），缺點(diǎn)是容量沒有電解電容大，韌性差，撞擊易碎，一般多用在小型消費(fèi)類電子產(chǎn)品中，如手機(jī)。

電解電容容量大，體積大，價(jià)格相對(duì)便宜，多用在電源和汽車電子中；

鉭電容容量大，體積小，穩(wěn)定性相比較鋁電解電容高，多用在電源和汽車電子中；

薄膜電容耐壓高，頻率特性好，高壓場(chǎng)合優(yōu)選。

陶瓷電容

根據(jù)EIA和IEC推薦的標(biāo)準(zhǔn)，陶瓷電容可以被分為兩類，Class1和Class2，我們常用的X5R和X7R都是屬于Class2；

Class1和Class2的介電材料不同，Class1主要是氧化鈦，Class2主要是鈦酸鋇，如下是村田給出的兩種對(duì)比。

C0G是溫補(bǔ)型，可以看出隨著溫度的變化，靜電容量變化率幾乎是0

高誘電率系列的電容器(B/X5R、R/X7R特性)，由于施加直流電壓，其靜電容量有時(shí)會(huì)不同于標(biāo)稱值，從下圖可以看出，施加的直流電壓越大，其實(shí)際靜電容量越低。

對(duì)于溫度補(bǔ)償用電容器 (CH、C0G特性等) ，以常誘電性陶瓷作為主要原料，靜電容量不因直流電壓特性而發(fā)生變化。

C0G類電容的優(yōu)點(diǎn)是由溫度引起的容量變化小，缺點(diǎn)是電容率低，不能有大容量。

X5R類電容的優(yōu)點(diǎn)是電容率高，能夠具有大電容，缺點(diǎn)是由溫度引起的容量變化大。

鉭電容

鉭電容一般就長(zhǎng)下面這個(gè)樣子，相比較鋁電解電容，體積還是小的。

鉭電容的優(yōu)點(diǎn)是：

小尺寸大容量

漏電流小

在較高的頻率下ESR低，但是沒有MLCC低

在低電流下有自修復(fù)的能力（依靠把MnO2變成MnO，修復(fù)有缺陷的位置）

缺點(diǎn)是耐電壓和電流能力相對(duì)較弱，過壓容易爆炸，電容失效時(shí)可能會(huì)引起明火。

電容充電和放電

電容的充放電不得不提到時(shí)間常數(shù)，一個(gè)代表電容充電到電源電壓的63%所用的時(shí)間。

電容充電公式為：

其中是電容起始電壓，是電容充滿電的電壓，電容從0V開始充，即，則上式可以簡(jiǎn)化為：

當(dāng)時(shí)間為一個(gè)，可得如下，也就是電容電壓充到63%的由來，其中=2.71828

同理，2個(gè)的時(shí)間可充電到電源電壓的87%，3個(gè)可充到電源電壓的95%。

電容放電的公式為：

其中是放電之前電容上的電壓。

電容的作用

電路設(shè)計(jì)中電容經(jīng)常被放在電源、射頻、音頻等地方。

電源端電容主要是濾波，容值越大，越能保證輸出電壓的穩(wěn)定性，紋波小。

射頻端的電容，主要用于給射頻供電儲(chǔ)能，以防止瞬間的大電流導(dǎo)致射頻斷電，因?yàn)殂g電容的ESR影響效率，因此對(duì)電容的ESR要求比較高。

音頻的串聯(lián)電容主要作用是隔直，容量越大，通過的音頻范圍越大，低音效果越好，ESR越低，對(duì)輸出功率影響越小，效率越高，但因相對(duì)于耳機(jī)的阻抗較小，因此對(duì)ESR要求不高。

電容的作用非常廣泛，以上只是簡(jiǎn)單舉幾個(gè)例子說明。

實(shí)際等效模型

理想的電容器在實(shí)際中是不存在的，電容的實(shí)際模型是一個(gè)ESR串聯(lián)一個(gè)ESL，再串聯(lián)一個(gè)電容，ESR是等效串聯(lián)電阻，ESL是等效串聯(lián)電感，C是理想的電容。

所以上述模型的復(fù)阻抗為：

時(shí)，電容器表現(xiàn)為容性；

時(shí)，電容器表現(xiàn)為感性，因此會(huì)有一句話叫高頻時(shí)電容不再是電容，而呈現(xiàn)為電感，這個(gè)電感不是說電容變成了電感，而是指此時(shí)的電容擁有了與電感類似的特性。

時(shí)，此時(shí)容抗矢量等于感抗矢量，電容的總阻抗最小，表現(xiàn)為純電阻特性，此時(shí)的f稱為電容的自諧振頻率。

自諧振頻率點(diǎn)是區(qū)分電容是容性還是感性的分界點(diǎn)，高于諧振點(diǎn)時(shí)“電容不再是電容”，因此退耦作用將下降。實(shí)際電容器都有一定的工作頻率范圍，在工作頻率范圍內(nèi)，電容才具有很好的退耦作用。ESL是電容在高于自諧振頻率點(diǎn)之后退耦功能被消弱的根本原因。

關(guān)于電容的實(shí)際等效模型可以閱讀作者之前寫的文章：眼見不一定為實(shí)！電阻、電容和電感的實(shí)際等效模型

電容參數(shù)及選型

電容選型主要考量如下的幾個(gè)參數(shù)。

容量：指的是在室溫25℃，在一定頻率和幅度的交流信號(hào)下測(cè)得的容量。

額定電壓：指的是在最低環(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，一般需要降額使用，如降額80%指的是6V額定電壓的電容，使用時(shí)加在上面的直流電壓值不能超過4.8V；但是有一點(diǎn)需要注意，實(shí)際電容的額定電壓制作都留有一定的余量，如額定電壓6V，實(shí)際的耐壓值可能達(dá)到其額定電壓的1.5倍左右。

漏電流：一般是在額定電壓下，工作5分鐘測(cè)試得到的平均漏電流。直流的漏電流標(biāo)準(zhǔn)值并非規(guī)定的，但絕緣電阻值為規(guī)定值，可通過絕緣電阻的規(guī)定值及產(chǎn)品額定電壓，利用算式I=V/R推算漏電流，即電容的絕緣電阻越大，漏電流越小。

絕緣電阻：指的是常溫下，對(duì)電容以額定電壓值進(jìn)行充電1分鐘/2分鐘，將電壓值除以1分鐘/2分鐘的平均漏電流得到絕緣電阻值。

ESR：指的是電容的等效串聯(lián)電阻，其參數(shù)可以SPEC中查看，ESR的值會(huì)影響電源紋波和PDN仿真，MLCC的ESR一般都很小，mΩ級(jí)別，鉭電容和鋁電解電容一般都是Ω級(jí)別。

村田給出的幾種典型電容容值對(duì)應(yīng)的絕緣電阻值

常見的電容品牌

常見的電容品牌如村田MURATA、集美KEMET、AVX、TDK、威世VISHAY、宇陽、國巨Yageo等。

今天的文章內(nèi)容到這里就結(jié)束了，希望對(duì)你有幫助，關(guān)于電容后續(xù)應(yīng)該還會(huì)再寫一篇文章介紹，我們下一期見。

原文標(biāo)題：用3000字，11張圖片，帶你認(rèn)識(shí)電容！

文章出處：【微信公眾號(hào)：汽車電子硬件設(shè)計(jì)】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

責(zé)任編輯：haq