电容知识介绍

电容知识介绍一、电容的基础知识：电容是一种最基本的电子元器件，基本上所有的电子设备都要用到。小小一颗电容却是一个国家工业技术能力的完全体现，世界上最先进的电容设计和生产国是美国和日本，我国自主力量还很薄弱，并且生产的产品也都以低档为主。电容的基本单位为法拉（F），常用微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF）（皮法又称微微法）等，它们的关系是：1法拉（F）=106微法（μF）1微法（μF）=103纳法（nF）=106皮法（pF）1pF=10-12F1nF=10-9F=103×10-12F=102pF1uF=10-6F=106×10-12F=105pF104表示0.1uF，105表示1uF，106表示10uF，226表示22uF。电容的误差等级一般分为3级：I级±5%（J），II级±10%（K），III级±20%（M）0402封装：1.0mm长×0.5mm宽0603封装：1.6mm长×0.8mm宽（60mil×0.0254=1.524mm，30mil=0.762mm）0805封装：2.0mm长×1.25mm宽（80mil×0.0254=2.032mm，50mil=1.27mm）1206封装：3.2mm长×1.6mm宽1210封装：3.2mm长×2.5mm宽1812封装：4.5mm长×3.2mm宽2010封装：5.0mm长×2.5mm宽2225封装：5.6mm长×6.5mm宽2512封装：6.5mm长×3.2mm宽A型钽电容：3.2mm长×1.6mm宽×1.6mm高B型钽电容：3.5mm长×2.8mm宽×1.9mm高C型钽电容：6.0mm长×3.2mm宽×2.5mm高D型钽电容：7.3mm长×4.3mm宽×2.8mm高E型钽电容：7.3mm长×4.3mm宽×4.0mm高以上均为实物尺寸，电路板上的焊盘尺寸要比实物尺寸大，如0805的电容或电阻，电路板上的焊盘尺寸是150mil×50mil（3.81mm×1.27mm）。1inch(英寸)=1000mil（密尔）1inch(英寸)=2.54CM（厘米）=25.4mm（毫米）1mil=0.0254mm电容分类：按极性分为：有极性电容和无极性电容。按材料可以分为：薄膜电容：聚酯（涤纶）电容（CL）、聚苯乙烯电容（CB）、聚丙烯电容（CBB电容）。CL电容的耐温要好一些（105度），CBB电容的高频性能好，但是额定工作温度一般是85度左右。CL电容与CBB电容的温度系数大体上都为300PPM/℃左右，但是CL电容是正温度系数，CBB是负温度系数。常用材料CL21(MEF)、CBB21/(MPP,MPR)、CBB22、CBB81（PPS）。陶瓷电容（瓷介电容）：片式多层陶瓷电容（MultilayerCeramicCapacitors，简称MLCC）又称独石电容，相当于多个电容并联，直插式要用环氧树脂封装引两根引线。瓷片电容是单层结构，一般容量不大，但耐压值可以很高，用于高频电路。纸介电容：用特制的电容纸作为介质，铝箔或锡箔作为电极并卷绕成圆柱形，然后接出引线，再经过浸渍处理，用外壳封装或环氧树脂灌封而成。工作电压高，成本低廉，化学稳定性和热稳定性都比较差，容易老化。云母电容：用金属箔或者在云母片上喷涂银层做的电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。它的特点是介质损耗小，绝缘电阻大、温度系数小，适宜用于高频电路。铝电解电容：它是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质。钽、铌电解电容。钽电容是固态的烧结块，没有电解液。特点：寿命长、耐高温、滤高频性能极好，容量较小、耐压值低、价格贵。二、常用电容介绍：1.无极性电容：主要指片式多层瓷介电容(MLCC)，是世界上用量最大、发展最快的片式元件之一，全球市场年需求量超过万亿只。最常用的型号：0805封装，0.1uF，滤波用。图1．贴片陶瓷电容图2．瓷片电容按照美国电工协会（EIA）标准，不同介质材料的MLCC按照介质的温度稳定性分成三类：Ⅰ类温度补偿型（CC型）、Ⅱ类高介电常数型（CS型）、Ⅲ类半导体型（CT型），Ⅰ类用于高频，Ⅱ类和Ⅲ类用于低频。按照“字母+数字+字母”的型式，行业的名称分为C0G（NPO）材质系列、X7R材质系列、X5R材质系列、Y5V材质系列、Z5U材质系列。C0G（NPO）电容属于Ⅰ类高频电容，C0G表示温度特性为：0×（-1）ppm/℃±30ppm/℃。X7R、X5R、Y5V、Z5U等都属于Ⅱ类低频陶瓷，其中X7R、X5R属于Ⅱ类陶瓷的稳定级，而Y5V和Z5U属于Ⅱ类陶瓷的可用级。符号含义如下：最低温度最高温度容值变化率X：-55℃5：最高温度是+85℃P：容值变化率±10%Y：-30℃7：最高温度是+125℃R：容值变化率±15%Z：10℃S：容值变化率±22%U：+22%至-56%X5R的容量变化率为±15%，温度范围为-55℃到+85℃；X7R的容量变化率为±15%，温度范围为-55℃度到+125℃。一般大容量的MLCC都是X5R，不能用X7R做，X7S用于耐压等级高的电容，以0402为例，X5R和Y5V和都可以做到1uF，从性能上讲C0GX7RX5RY5V。注意：X7R的15%并不是指电容的精度，而说的是电容在-55度到+125度这个温度范围变化的过程中，电容的容量可能会有±15％的变化。一般使用的容量误差有：K级±10%，M级±20%。MLCC主要品牌：日本村田（MURATA）、TDK（东京电气化工）、太诱（TA/TO）、京瓷（KYOCERA）；韩国三星电机（SEMCO）；台湾国巨（YAGEO）、华新科。MLCC制造企业在中国大陆先后建立北京村田、无锡村田、天津三星电机、厦门TDK、上海京瓷、东莞太诱、苏州国巨等合资或独资企业。日本村田在市场份额一直保持世界第一的地位，而后起之秀韩国三星电机跃居次席。TDK，太阳诱电、京瓷、国巨保持第二集团地位。2.有极性电容：一般指钽（电解）电容，图3中的电容分别为：直插（引脚长为正）、A型（1206）、B型（1210）、C型、D型，贴片钽电容有横线的一端为正极。焊接时正极对应丝印的“+”号。图3．钽电容目前全球主要有以下几个品牌的钽电容：美国AVX、美国KEMET（基美）、美国VISHAY（威世）、日本NEC、日本NICHICON（尼吉康，收购了松下钽电容部门）、韩国SAMSANG（三星）。AVX和KEMET是黄色钽电容，NEC和NICHICON是黑色钽电容。黑色钽电容是开模将钽粉压成型，而黄色钽电容是在表面用聚氧树脂包裹而成。由于生产工艺的原因，黑钽的内部空间没有得最有效的利用，所以黄钽能做的容量会比黑钽要大，有些黄钽能做到的规格型号，黑钽做不了。采购钽电容时首选市场占有率第一的美国AVX。原装AVX电容的正极是“凹”字形，负极是方形。正面机器凹印上的字体，字体有两行，上面一行包括：三角形LOGO、电容值、电压等级，下面一行是批号。如最右边一个电容107C，107表示电容值是100uF，C表示耐压值16V。由于钽电容经常发生击穿爆炸，因此耐压等级是一个非常重要的参数，耐压值更高的可以代替耐压值低的。AVX钽电容的耐压等级A代表10V，C代表16V，D代表20V，E代表25V，V代表35V，T代表50V。NEC的表示方法类似。AVX钽电容的表示方法：系列+尺寸+容量+容量误差+耐压值+包装方法1.AVX钽电容有TAJ普通系列、TPS低阻抗系列、TAC超薄系列等2.钽电容的尺寸有A、B、C、D、E、Y、V六种尺寸3.电容的容量范围从0.1UF—1000UF4.容量误差有±10%（K）和±20%（M）5.耐压值，指在85℃时额定直流电压，钽电容的耐压范围从4V—50V6.包装方式，有7寸盘（R无铅或H含铅）和13寸盘（S无铅或K含铅）两种如：TAJC100K010R表示普通系列C型100uF±10%，耐压值10V，7寸盘包装，温度范围-55℃-125℃(大于85℃降额电压使用)。3.铝电解电容：常用直插型，尺寸表示方法是直径D×高度L（不包括引脚）。常用尺寸5mm×11mm、8mm×12mm、10mm×12mm、10mm×17mm、13mm×25mm。封装有RB.1/.2、RB.2/.4、RB.3/.6，RB.2/.4表示引脚间距200mil，外直径400mil。因为铝电容的电解质为液态，芯子发热将导致电解液挥发，长期下去最终干涸失效。一般电解液损失40％时容量下降20％，损失90％容量下降40％，在大于75℃的高温场合，应尽量少用小尺寸的铝电解电容。电解电容上端的十字形成三角形切口，用于防止出现的粉碎性爆炸，电容爆浆是普通铝电解电容器所特有的损坏表现，电解液膨胀冲破顶端的防爆切口。铝电解电容的顶级品牌是日本NipponChemi-Con（NCC，黑金刚）、Nichicon（尼吉康，蓝宝石）、RUBYCON（路碧康，红宝石）、SANYO（三洋）、PANASONIC（松下）。国产厂家有南通江海、东阳光（HEC）、益阳资江（艾华）。图4．铝电解电容4.CBB电容CBB电容主要有以下优点：1、损耗极低；2、介质吸收系数低；3、绝缘电阻高；4、频率特性好；5、自愈性优异，稳定性高。应用范围：高频脉冲场合、交流场合、高稳定的定时场合、温度补偿电路、开关电源系统和彩电行业、照明LED电路、滤波、旁路、耦合等电路。图5．CBB电容图6．某厂家薄膜电容型号与材质5.安规电容安规电容分为X型和Y型。X电容是跨接在电力线火线L和零线N之间的电容，Y电容是分别跨接在电力线两线和地之间（L-E，N-E）的电容。一般在电源入口建议加上安规电容，常用1个X电容和两个Y电容。X电容抑制差模干扰，Y电容抑制共模干扰。图7．X电容图8．Y电容X电容一般选用纹波电流比较大的金属薄膜电容。两级X电容的前一级用0.47uF，第二基用0.1uF；单级则用0.47uF。X电容适合EMI电路的高压脉冲吸收作用。由于火线与零线跨接电容，受电压峰值的影响，为避免短路，比较注重的参数就是耐压等级，X型安规电容按能承受的脉冲电压分为X1,X2,X3。Y电容一般是成对出现，外观多为橙色或蓝色。火线与地线跨接电容要涉及到漏电安全的问题，因此它注重的参数就是绝缘等级，太大的容值电容会在电源断电后对人对器件产生影响，基于漏电流的限制，Y电容值不能太大，一般是nF级。Y型安规电容按绝缘等级分为Y1，Y2，Y3，Y4。安规电容的参数选择：X电容一般选用金属薄膜电容，按材质分两种规格：聚丙稀材料和聚脂材料。容量选择：两级X电容的前一级用0.47uF，第二基用0.1uF；单级则用0.47uF。图9．安规电容的等级图10．X电容和Y电容的应用图11．云母电容图12．纸介电容