如何在電子設計中選一顆合適的電容?
發布時間:2017-04-24 責任編輯:susan
【導讀】電容器是shi由you兩liang個ge電dian極ji及ji其qi間jian的de介jie電dian材cai料liao構gou成cheng的de。介jie電dian材cai料liao是shi一yi種zhong電dian介jie質zhi,當dang被bei置zhi於yu兩liang塊kuai帶dai有you等deng量liang異yi性xing電dian荷he的de平ping行xing極ji板ban間jian的de電dian場chang中zhong時shi,由you於yu極ji化hua而er在zai介jie質zhi表biao麵mian產chan生sheng極ji化hua電dian荷he,遂sui使shi束shu縛fu在zai極ji板ban上shang的de電dian荷he相xiang應ying增zeng加jia,維wei持chi極ji板ban間jian的de電dian位wei差cha不bu變bian。
一、電容的含義
電容(Capacitance)亦稱作“電容量”,是指在給定電位差下的電荷的儲藏量,記為C,國際單位是法拉(F)。一yi般ban來lai說shuo,電dian荷he在zai電dian場chang中zhong會hui受shou力li而er移yi動dong,當dang導dao體ti之zhi間jian有you了le介jie質zhi,則ze阻zu礙ai了le電dian荷he移yi動dong而er使shi得de電dian荷he累lei積ji在zai導dao體ti上shang,造zao成cheng電dian荷he的de累lei積ji儲chu存cun,儲chu存cun的de電dian荷he量liang則ze稱cheng為wei電dian容rong。
電容的公式為:C=εS/4πkd 。其中,ε是一個常數,S為電容極板的正對麵積,d為電容極板的距離,k則是靜電力常量。常見的平行板電容器,電容為C=εS/d(ε為極板間介質的介電常數,S為極板麵積,d為極板間的距離)。
在電容元件兩端電壓u的參考方向給定時,若以q表示參考正電位極板上的電荷量,則電容元件的電荷量與電壓之間滿足 q=Cu。電流等於單位時間內通過某一橫截麵的電荷量,所以得到I=dq/dt,因此電流與電容的關係是 I=dq/dt =C(du/dt) 。該式表明,電流的大小與方向取決於電壓對時間的變化率,電壓增高時,du/dt》0,則dq/dt》0,i》0,極板上電荷增加,電容器充電;電壓降低時,du/dt《0,則dq/dt《0,i《0,極板上電荷減少,電容器反向放電。當電壓不隨時間變化時,du/dt=0,則電流I=0,這時電容元件的電流等於零,相當於開路。故電容元件有隔斷直流的作用。
二、電容的容值
電容的符號是C,在國際單位製裏,電容的單位是法拉,簡稱法,符號是F,由於法拉這個單位太大,所以常用的電容單位有毫法(mF)、微法(μF)、納法(nF)和皮法(pF)等,換算關係如下
1法拉(F) = 1000毫法(mF) = 1000000微法(μF);
1微法(μF) = 1000納法(nF) = 1000000皮法(pF)。
三、電容的參數
1.標稱容值與誤差
電容量即電容加上電荷後儲存電荷的能力大小。電容量誤差是指其實際容量與標稱容量間的偏差,通常有±10%、±20%,用在射頻電路中PI匹配中的電容±0.5%、±0.75%的小誤差電容。
2.額定電壓
額定工作電壓是該電容器在電路中能夠長期可靠地工作而不被擊穿所能承受的最大直流電壓(又稱耐壓)。它與電容器的結構、介質材料和介質的厚度有關,一般來說,對於結構、介質相同,容量相等的電容器,其耐壓值越高,體積也越大。
dangzaidianrongqideliangjibanjianshijiadianyazhihou,jibanjiandedianjiezhibianchuyudianchangzhong,benlaishizhongxingdedianjiezhi,youyuwaidianchanglidezuoyong,jiezhifenzineidezhengfudianhejiangzaikongjianweizhishangfashengshaoxupianyi(如負電荷逆電場方向移動),形(xing)成(cheng)所(suo)謂(wei)的(de)電(dian)偶(ou)極(ji)子(zi),也(ye)就(jiu)是(shi)介(jie)質(zhi)內(nei)部(bu)出(chu)現(xian)了(le)電(dian)場(chang),破(po)壞(huai)了(le)原(yuan)來(lai)的(de)電(dian)中(zhong)性(xing)狀(zhuang)態(tai)。這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)叫(jiao)做(zuo)電(dian)解(jie)質(zhi)的(de)極(ji)化(hua)。可(ke)見(jian),極(ji)化(hua)狀(zhuang)態(tai)下(xia)的(de)介(jie)質(zhi)是(shi)帶(dai)負(fu)電(dian)荷(he)的(de),但(dan)這(zhe)些(xie)電(dian)荷(he)依(yi)然(ran)受(shou)介(jie)質(zhi)本(ben)身(shen)的(de)束(shu)縛(fu)而(er)不(bu)能(neng)自(zi)由(you)移(yi)動(dong),介(jie)質(zhi)的(de)絕(jue)緣(yuan)性(xing)能(neng)尚(shang)未(wei)遭(zao)到(dao)破(po)壞(huai),隻(zhi)有(you)少(shao)數(shu)電(dian)荷(he)脫(tuo)離(li)束(shu)縛(fu)而(er)形(xing)成(cheng)很(hen)小(xiao)的(de)漏(lou)電(dian)流(liu)。如(ru)果(guo)外(wai)加(jia)電(dian)壓(ya)不(bu)斷(duan)加(jia)強(qiang),最(zui)後(hou)將(jiang)使(shi)極(ji)化(hua)電(dian)荷(he)大(da)量(liang)脫(tuo)離(li)束(shu)縛(fu),引(yin)起(qi)漏(lou)電(dian)流(liu)大(da)大(da)增(zeng)加(jia),於(yu)是(shi)介(jie)質(zhi)的(de)絕(jue)緣(yuan)性(xing)能(neng)遭(zao)到(dao)破(po)壞(huai),使(shi)兩(liang)個(ge)極(ji)板(ban)短(duan)接(jie),完(wan)全(quan)喪(sang)失(shi)電(dian)容(rong)的(de)作(zuo)用(yong)。這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)稱(cheng)為(wei)介(jie)質(zhi)擊(ji)穿(chuan)。介(jie)質(zhi)擊(ji)穿(chuan)之(zhi)後(hou),電(dian)容(rong)器(qi)被(bei)毀(hui)壞(huai)。因(yin)此(ci)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)要(yao)有(you)一(yi)定(ding)限(xian)製(zhi),不(bu)能(neng)隨(sui)意(yi)增(zeng)加(jia)。
3.溫度係數
電容器電容量隨溫度變化的大小用溫度係數(在一定溫度範圍內,溫度每變化1℃,電容量的相對變化值)來表示,這一點和電阻是一樣一樣的。
4.絕緣電阻
dianrongqiloudiandedaxiaoyongjueyuandianzulaihengliang。dianrongqiloudianyuexiaoyuehao,yejiushijueyuandianzuyuedayuehao。yibanxiaodianrongqidejueyuandianzuhenda,kedajibaizhaoouhuojiqianzhaoou。dianjiedianrongqidejueyuandianzuyibanjiaoxiao。
5.損耗
在電場作用下,電容器單位時間內發熱而消耗的能量叫電容器的損耗。 理(li)想(xiang)電(dian)容(rong)器(qi)在(zai)電(dian)路(lu)中(zhong)不(bu)應(ying)消(xiao)耗(hao)能(neng)量(liang),但(dan)在(zai)實(shi)際(ji)上(shang),電(dian)容(rong)器(qi)或(huo)多(duo)或(huo)少(shao)都(dou)要(yao)消(xiao)耗(hao)能(neng)量(liang),其(qi)能(neng)量(liang)消(xiao)耗(hao)主(zhu)要(yao)由(you)介(jie)質(zhi)損(sun)耗(hao)和(he)金(jin)屬(shu)部(bu)分(fen)的(de)損(sun)耗(hao)組(zu)成(cheng),通(tong)常(chang)用(yong)損(sun)耗(hao)角(jiao)正(zheng)切(qie)值(zhi)來(lai)表(biao)示(shi)。
6.頻率特性
電容器的頻率特性通常是指電容器的電參數(如電容量、損耗角正切值等)suidianchangpinlverbianhuadexingzhi。zaigaopinxiagongzuodedianrongqi,youyujiedianchangshuzaigaopinshibidipinshixiao,yincidianrongliangjiangxiangyingdijianxiao。yucitongshi,tadesunhaojiangsuipinlvdeshenggaoerzengjia。ciwaizaigaopingongzuoshi,dianrongqidefenbucanshu,rujipiandianzu、引yin線xian和he極ji片pian接jie觸chu電dian阻zu,極ji片pian的de自zi身shen電dian感gan,引yin線xian電dian感gan等deng,都dou將jiang影ying響xiang電dian容rong器qi的de性xing能neng,由you於yu這zhe些xie因yin素su的de影ying響xiang,使shi得de電dian容rong器qi的de使shi用yong頻pin率lv受shou到dao限xian製zhi。
7.介質
參數描述了電容采用的電介質材料類別,溫度特性以及誤差等參數,不同的值也對應著一定的電容容量的範圍。比如X7R常用於容量為3300pF~0.33uF的電容,這類電容適用於濾波,耦合等場合,電介質常數比較大,當溫度從0°C變化為70°C時,電容容量的變化為±15%;
Y5P與Y5V常用於容量為150pF~2nF的電容,溫度範圍比較寬,隨著溫度變化,電容容量變化範圍為±10%或者+22%/-82%。
對於其他的編碼與溫度特性的關係,大家可以參考表4-1。例如,X5R的意思就是該電容的正常工作溫度為-55°C~+85°C,對應的電容容量變化為±15%

8.封裝尺寸
主要針對貼片式電容,封裝和電阻的封裝大小一樣。

四、電容的分類
按照不同的方式電容的分類也有很多種,以下總結幾類常見的
1.按材料分,有雲母電容、電解電容、陶瓷電容、鉭電容等不同類型;
2.按用途分,有濾波電容、旁路電容、耦合電容、負載電容等;
3.按照極性分,有無極性電容、有極性電容。
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