它和前面的公式是相同的,其实便是介电常数和相对介电常数的换算,这两者其实是同一物理量的不同表达。
经过平行板电容器公式咱们知道,电容量的巨细和导体的正对面积、导体距离和导体间介质的相对介电常数有关:
据此公式,在电路中,附近的导体之间即存在电容,而电容器是为了添加电路中的电容量而参加的电子器件。
为了简练,咱们一般将电容器就称为电容,而电容器的电容则称为容量或容值。电容在电路原理图中的符号如下图所示。
总的来说,电容是一种能存储电荷的被迫元件,在电路中,它的首要效果是储能、滤波、耦合、延时等。
本节参阅:IEC 60384。(IEC 60384,Fixed capacitors for use in electronicequipment,电子设备用固定电容器,是由世界电工委员会(IEC)发布的一组规范,包含IEC 60384-1、IEC 60384-14等多个规范。该规范规则了电子设备用固定电容器的一般要求、尺度、功能、实验办法、符号、包装、运送和贮存等内容。该规范在电子设备制作业中具有重要的位置,被广泛运用和遵从。最新版别为2021版,国内相应的国家规范为GB/T 6346。)
电容标称值,Rated capacitance或Capacitance value ,也称容量,它和电阻标称值的概念基本是相同的,首要包含以下几个系列:E6、E12、E24等。这些系列别离表明不同的精度和电容值规模,如下:
根据这些标称值,能够得到咱们常用的多种电容值,如10uF、100nF,2.2uF,330pF,68nF等。
电容精度,Tolerance,精度表明的是电容出厂时的容值与其标称值之间的差错。有时电容容差和精度是一个意思,有时容差指的是外部环境(如温度、频率、电压等)使电容器容值改变的规模,和精度不是一个概念,留意鉴别。精度和电容系列的对应联系如下:
举个比如,10uF电容,精度10%,那么其实践容量在9uF~11uF之间,标称10uF实践有误差,这便是精度的概念,和电阻精度是同一概念。
关于容量,一般就不必百分之多少来表明精度,而直接写明肯定精度,如8pF±0.25pF;关于容量≥10pF的电容,精度就写成百分比的方法,如100pF±1%。
一般来说,电容的精度一般是不那么要害的参数,由于电容在起储能与滤波效果时,容量大一点,小一点是没多大影响的,除非是在一些精密仪器的运用场景下,所以,咱们最常运用的仍是E6与E12系列。
别的还要留意,实践电容的精度也与容值的巨细相关,一般规则是,容值越小精度越高,容值越大,精度越低。这其实与电容介质资料和制作工艺相关,当寻求大容量时,就难以统筹高精度了。一般来说,10uF的电容最高精度是5%,100uF的电容最高精度是10%。
电容额外电压,Rated voltage,也称为电容耐压,是指在正常作业下电容能继续施加的最大电压值,它首要与电容内部的电介质资料和电容结构有关。
温度对电容耐压也有必定影响。一般来说,在规则的作业温度下,电容耐压是安稳的。可是,当电容器作业温度过高时,电容器内部资料或许会因热老化而下降其耐压特性。
关于无极性电容,如陶瓷电容和薄膜电容等,电容耐压有直流耐压和沟通耐压两种。沟通电场下,电容器中的电荷会跟着电场的改变而不停地在电容器内部移动,然后发生能量损耗和热量,导致电容器的温度升高。当电容器温度升高到必定程度时,其电介质的功能会发生改变,然后影响电容器的耐压才能。因而,在相同的电容器中,其沟通耐压一般要比直流耐压要小。一般电容沟通耐压 :电容直流耐压 = 1:1.5~2。即一个电容沟通耐压标示是100VRMS,那么它的直流耐压应在150VDC以上。
实践查阅许多MLCC的手册发现,手册只供给直流耐压参数,而未给出沟通耐压参数,这是由于沟通耐压遭到许多要素的影响,如电极结构、电介质资料、制作工艺等,因而很难供给一同的沟通耐压参数。相反,直流电场下的耐压功能相对安稳,因而供给直流耐压参数更为常见。假如这些电容被用到沟通电路中,留意咨询厂家得到电容的精确沟通耐压值并确保必定裕量。
关于有极性的电容(一般为电解电容),电容耐压只要直流耐压,没有沟通耐压。假如电解电容加负压,会导致电容容量下降,乃至短路焚毁,对电解电容形成损坏。
电容的额外电压的优先值一般为:6.3V,10V,16V,25V,50V及其它们的十进倍数。此优先值和电容类型有关。
电容击穿电压,Breakdown voltage,电容击穿电压是指当电容器内部介质被电场穿透时,电容器的两个电极之间呈现放电的电压。电容击穿电压一般是额外电压的1.3~2倍。一般来说,电容器被击穿后会处于短路状况,短路对电路的破坏性或许是毁灭性的。但也有一些特别的电容,在被击穿后会处于断路状况,其原因是由于在大电流后,金属熔化或是汽化了,因而溃散后会发生断路,而断路则一般不会有破坏性影响。
假如电容两头电压超越额外电压,但未到达击穿电压,或许引起以下结果:1)容值改变;2)寿数缩短;3)损耗添加。所以,一般状况下,电容两头电压需按额外电压的70%降额运用。
电容作业温度规模, Operating temperature range,是指电容器能够正常作业的温度规模,它与电容类型有关。一般来说,电解电容器的作业温度规模比较窄,一般为-40℃到+85℃,而陶瓷电容、薄膜电容和钽电容的作业温度规模相对较宽,一般能够到达-55℃到+125℃。
电容温度系数,Temperature Coefficient of Capacitance,简称TCC,指的是电容容量随温度改变的程度,一般用ppm/℃(百万分之一/摄氏度)来表明,它与电阻温度系数的核算完全相同,公式如下:
需求阐明的是,温度系数是有正有负的,这意味着电容容量会跟着温度改变添加或减小。
电容作业温度规模与温度系数统称为电容的温度特性,它反响电容的作业温度规模与规模内容量的改变状况。经过平行板电容器公式咱们知道,电容容量由正对面积、距离和介质的介电常数一同决议。其间,介质的介电常数与温度特性的联系最为亲近,因而一些电容的数据手册上温度特性就写的是介质资料,如温度特性:COG(-55 to +125°C、0±30 ppm/°C),温度特性:X5R(-55 to +85°C、±15%)。
ESR,Equivalent Series Resistance,电容器的等效串联电阻,在物理上由介质资料、电极、引线的电阻及它们之间的衔接电阻组成。ESR包含介质损耗和电极损耗两部分。
介质损耗是指电容器内部的电介质资料在电场效果下发生的耗散。电介质资料有必定的电导率和磁导率,当电场效果下,会发生必定的电流和磁场,然后导致能量损耗。介质损耗是电容器内部的一种无法防止的损耗。
电极损耗是指电容器内部的电极资料在交变电场效果下发生的能量损耗。在电容器内部,电介质资料和电极资料之间形成了电场,当电容器作业频率较高时,电极资料会遭到高频交变电场的影响,导致电极资料内部发生理性耗散,然后发生能量损耗,这种能量损耗便是电极损耗。
从参阅文章——[电容器阻抗/ESR频率特性是指什么?村田制作所 技术文章](edance-esr-frequency-characteristics-in-capacitors)中咱们知道,电容的ESR在低频时首要是介质损耗,在高频时首要是电极损耗。如下图所示。
电容类型与介质资料,一般来说,薄膜电容的ESR最小、陶瓷电容次之,电解电容的ESR最大。
电容容量,关于同类型同耐压的电容,容量越大,ESR越低,由于容量越大,意味着电极面积越大,电容器内部的电流活动也就越顺利,然后减少了ESR。
电容耐压,关于同类型同容量的电容,耐压越大,ESR越低,由于耐压越大,意味着电极距离越大,同一电压下电容内部的场强减小了,然后损耗减小了,也就减小了ESR。
电容尺度和形状,一般来说,电容器的尺度越大,ESR越小,由于尺度越大意味着电极面积越大,电极距离越大,ESR越小。
电容制作工艺,即使是同类型的电容,不同厂家的ESR也不相同,这便是制作工艺的距离。
电容老化与运用寿数,跟着电容器的运用时刻的添加,电容器内部的电介质和电极资料或许会发生老化和损害,然后导致ESR的添加。
电容运用环境,在湿润或盐雾环境下,电容内部资料容易发生腐蚀和氧化,导致ESR添加。
外部温度,ESR会跟着电容运用温度的改变而改变,这首要是由于介质和极板资料的电导率会跟着温度改变,有的电容温度越高,ESR越小;有的则温度越高,ESR越大。
电容作业频率,基本规则是在电容自谐振频率之前,ESR随频率添加而下降;在自谐振频率之后,ESR随频率添加而添加。
一般来说,电容的ESR是越低越好,这样电容的能量损耗小,然后提高了电容器的功率和功能。可是,有时较低的ESR会引起电路谐振,形成电压电流反常改变、噪声搅扰、温度上升等严重结果,所以有时咱们会看到电容串联一个小阻值的电阻一同运用,这便是为了添加ESR,防止谐振。
别的,ESR还能够反映电容器内部的损耗和质量。当电容器的ESR过高时,阐明电容器内部存在一些损耗或质量问题,或许会导致电容器的寿数缩短或作业不安稳,所以能够经过测定比较同一类型电容器的ESR来判别哪些电容是残次品或许以及失效。
损耗角正切值,tanδ,和电容ESR的物理意思是相同的,都是表明电容器的能量耗散。其间δ为电容损耗角,它表明电容电流违背电压90°的夹角,如下图所示。
有的电容手册中并不给出ESR,而给出损耗角正切值,其实是相同的,ESR = tanδ * 容抗。留意此公式只在电容自谐振频率之前建立。
电容频率特性,Capacitor frequency response,指的是电容阻抗随电容端电压频率改变的特性。某品牌的电容频率特性如下图所示。
在之前的阐明中咱们知道,在自谐振频率之前,电容呈容性;在自谐振频率,呈阻性;在自谐振频率之后,呈理性。
别的,咱们能够看到,小电容的谐振频率在大电容之后,这使得小电容往往在高频的阻抗更低,所以,当运用电容滤除高频电流时,往往运用大电容并联小电容的方法,此技巧在实践中运用广泛,特别是在EMI按捺中。
电容额外纹波电流便是在电容器内答应流过的最大沟通电流。由于电容器内的功率损耗(ESR 存在),纹波电流会使电容器内部发生一个温升。为了使电容器在寿数周期内正常作业,每个电容器都规则了一个额外作业温度下的额外纹波电流,然后约束其内部温升。
从上文咱们知道,电容作业频率会影响ESR,所以电容的额外纹波电流与作业频率相关,称为额外纹波电流的频率系数, Frequency coefficient of rated ripple current。下图显现的是尼吉康的某类型电解电容的额外纹波电流的频率系数。
额外纹波电流的频率系数指的是答应经过的纹波电流与经过电容的电流的比值,50Hz 0.7,表明电容作业频率50Hz时,答应经过的额外纹波电流为作业电流的0.7倍,这个值在120Hz时上升为1,在300Hz时上升为1.17,随频率添加,这也很好了解,由于在自谐振频率之前,电容ESR随频率添加而减小,所以,频率越高,答应经过的纹波电流越大。
电容漏电流,Leakage Current,指的是电容两极板间流过的直流电流。由于电容介质资料的绝缘电阻不或许无限大,所以漏电流必定存在,并与介质资料、电容结构和工艺都相关。
此外,对一个确认的电容,漏电流值与施加的电压,充电时刻和电容器的温度有关。温度升高、电压升高都会使漏电流增大。
电容绝缘电阻,Insulation Resistance,指的是电容两极板间的绝缘电阻。它和漏电流其实表明的都是电容的绝缘功能,绝缘电阻越大,电容绝缘功能越好,漏电流越小。
一般来说,漏电流用容量与电容两头电压乘积的百分比来比照,或给出最大漏电流,如下图所示。
假如电容存在缺点,如介质中杂质许多,则电容的绝缘功能就会变差,漏电流也会随之添加。
电容存储寿数,Capacitor storage life,指的是在未运用的状况下,电容器能够寄存多长时刻而不会失效。
存储寿数遭到多种要素的影响,例如寄存环境的温度、湿度、氧气浓度、电容器的结构和资料等。在寄存电容器时,需求留意防止寄存在高温、高湿、高氧气浓度的环境中,以延伸其存储寿数。
电容运用寿数,Capacitor service life,指的是在正常运用条件下,电容器能够作业多长时刻而不会失效。
运用寿数遭到多种要素的影响,例如电容器的结构、资料、作业电压、电流负载、环境温度等。在运用电容器时,需求根据实践状况挑选适宜的电容器类型和标准,并严厉依照其运用条件进行运用,以延伸其运用寿数。
有的厂家会给出电容运用寿数的核算公式,如下图是Murata给出的陶瓷电容运用寿数核算公式。可作参阅。
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