電容器的主要參數(shù)及基本公式

電容器的主要參數(shù)有標(biāo)稱(chēng)電容量和容差、額定電壓、絕緣電阻、損耗率，這些參數(shù)主要由電容器中的電介質(zhì)決定。電容器產(chǎn)品標(biāo)出的電容量值。

云母和陶瓷介質(zhì)電容器的電容量較低（大約在5000pF以下）;紙、塑料和一些陶瓷介質(zhì)形式的電容器居中（大約在0.005μF ~1.0μF）;通常電解電容器的容量較大。

電容器主要參數(shù)

1、標(biāo)稱(chēng)電容量和容差

標(biāo)稱(chēng)電容量是標(biāo)在電容器上的電容量。

電容器實(shí)際電容量與標(biāo)稱(chēng)電容量的偏差稱(chēng)容差。某一個(gè)電容器上標(biāo)有220nJ，表示這個(gè)電容器的標(biāo)稱(chēng)電容量為220nF，實(shí)際電容量應(yīng)220nF±5%之內(nèi)，此處J表示容量誤差為±5%。若J改為K，表示誤差為±10%;改為M表示誤差為±20%。

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(guò)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

理想的電容器，在其上加有直流電壓時(shí)，應(yīng)沒(méi)有電流流過(guò)電容器，而實(shí)際上存在有微小的漏電流。直流電壓除以漏電流的值，即為電容器的絕緣電阻。其典型值為100 MΩ到10000MΩ?，F(xiàn)在CL11、CBB22等塑料薄膜電容器的絕緣電阻值可達(dá)到5000MΩ以上。電容器的絕緣電阻是一個(gè)不穩(wěn)定的電氣參數(shù)，它會(huì)隨著溫度、濕度、時(shí)間的變化而變化。絕緣電阻越大越好。

4、損耗率

電容器的損耗率是電容器一周期內(nèi)轉(zhuǎn)化成熱能的能量與它的平均儲(chǔ)能的比率，通常用百分?jǐn)?shù)表示。電容器轉(zhuǎn)化成熱能的能量主要由介質(zhì)損耗的能量和電容所有的電阻所引起的能量損耗，在直流電場(chǎng)的作用下，電容器的損耗以漏電阻損耗的形式存在，一般較小，在交變電場(chǎng)的作用下，電容的損耗不僅與漏電阻有關(guān)，而且與周期性的極化建立過(guò)程有關(guān)。有些電容器如電解電容在交流信號(hào)下工作損耗隨頻率迅速增加，只能在直流或低頻工作。

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(chēng)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?、等效串?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(kāi)，所以許多電容器制造廠(chǎng)家將它們合并成一項(xiàng)指標(biāo)，稱(chēng)作損耗因數(shù)，主要用來(lái)描述電容器的無(wú)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(chēng)為損耗角正切。

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(guò)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(xiàn)性關(guān)系。制造商常常將將泄漏規(guī)定為 MΩ-μF 積，用來(lái)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(guò) 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(xiàn)、物理裝配會(huì)產(chǎn)生泄漏路徑，其影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)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(guò)阻抗與頻率的關(guān)系圖來(lái)說(shuō)明有效串聯(lián)電感。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(chēng)為“損耗因數(shù)”或 DF。損耗因數(shù)衡量電容的基本無(wú)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(guò)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(chēng)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(chēng)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(jiàn)，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。
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