关于电容器的特性及如何选用？

    1 前言 电容器是最基础和重要的电子元件，由两块导体夹着一块绝缘体构成的电子元件。电容器作为三大基本元器件之一，主要作用就是储能和滤波，另外还有隔直、旁路、耦合、整流、调谐、能量转换等功能；根据统计整机故障原因中，由电容器选择和应用方面的原因造成的故障约占电容器总失效率的55～85%；电容器自身质量造成的失效约占15～45%。
    因此，在电子产品中做好电容器的选择和应用，是保证产品质量和可靠性的基础。 2 电容器的结构和特性 ⑴　电容器的分类 电容器的种类按介质分有：无机介质电容器、有机介质电容器、电解电容器等；按结构分有：固定电容器、可变电容器和微调电容器三大类。
    不同介质的电容，在结构、成本、特性、用途等都大不相同。 ⑵　常用电容器的结构和特性 ① 铝电解电容器 内装液体电解质，外裹铝皮；外表做负极，内插铝带做正极。
  特点是体积小、容量大、可耐受大的脉动电流，但容量误差大、泄漏电流大、损耗大，稳定性差。   ② 钽电解电容器 钽电容是由稀有金属钽加工而成，钽电容最大的优势是没有寿命限制，因为所有的材质都是固体材料，另外有高CV 值、体积小、性能稳定、绝缘电阻高、温度性能好，适于用在要求较高的电子设备中。
   ③ 陶瓷电容器 用陶瓷做介质。  在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜作极板制成。特点是体积小、耐热性好、损耗小、绝缘电阻大，但容量小。
   ④ 云母电容器 用金属箔或在云母片上喷涂银层做电极板，极板和云母一层层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。特点是介质损耗小、绝缘电阻大、但温度系数小。
     ⑤ 纸介电容器 用金属箔做电极，中间夹极薄的电容纸，卷成圆柱形或者扁柱形芯子，然后密封在金属壳或者绝缘材料壳中制成。它的特点是体积较小，容量可以做得较大，但是固有电感和损耗比较大。
   ⑥　薄膜电容器 结构同纸介电容器，介质是涤纶或聚苯乙烯。  涤纶薄膜电容介质常数较高、体积小、容量大、稳定性较好、频率特性好、介电损耗小，不能做成大的容量，耐热能力差。
  而聚苯乙烯薄膜电容器，介质损耗小、绝缘电阻高，但温度系数大。 ⑦ 金属化纸介电容器 结构与纸介电容器同，由金属膜代替金属箔，体积小、容量大。   ⑧　油浸纸介电容器 它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里，增强耐压。
  特点是电容量大、耐压高、但体积大。 ⑨　超电容 实质上由两个极板和一块悬挂在电解液中的隔板组成。特点是容量特大，可以达到650F～3000F 的电容值。  主要应用于稳定直流总线电压。
  可作为充电电池应用。 3 电容器的主要特性参数 ⑴　电容主要特性参数 ① 标称电容量 标志在电容器上的电容量。但电容器实际电容量与标称电容量是有偏差的，精度等级与允许误差有对应关系。
    一般电容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，电解电容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级，根据用途选取。电解电容器的容值，取决于在交流电压下工作时所呈现的阻抗，随着工作频率、温度、电压以及测量方法的变化，容值将有变化。
   ②　额定电压 在最低环境温度和额定环境温度下可连续加在电容器的最高直流电压的有效值，如果工作电压超过电容器的耐压，电容器将被击穿，造成损坏。  在实际中，随着温度的升高，耐压值将变低。
   ③　绝缘电阻 直流电压加在电容上，产生漏电电流，两者之比称为绝缘电阻。当电容较小时，主要取决于电容的表面状态；容量＞0。1μF 时，主要取决于介质。绝缘电阻越大越好。
   ④　损耗 电容在电场作用下，在单位时间内因发热所消耗的能量叫做损耗。  损耗与频率范围、介质、电导、电容金属部分的电阻等有关。 ⑤　频率特性 随着频率的上升，一般电容器的电容量呈现下降的规律。
  当电容工作在谐振频率以下时，表现为容性，当超过其谐振频率，表现为感性，此时就不是一个电容而是一个电感了。所以一定要避免电容工作于谐振频率以上。   ⑵　电容器选择常用的几个参数 ①　温度系数，也就是电容值随温度变化的范围。
   ②　损耗因数，因为电容器的泄漏电阻、等效串联电阻和等效串联电感，这三项指标几乎总是很难分开，所以许多电容器制造厂家将它们合并成一项指标，称作损耗因数，主要用来描述电容器的无效程度。
    损耗因数定义为电容器每周期损耗能量与储存能量之比。又称为损耗角正切。 ③　Q值，又称为品质因数，是损耗因数的倒数。一般电容的手册中会标注Q或损耗因数。 ④　介电常数K，电容的不同主要是填充介质的不同，介电常数的大小关系电容的体积和介质吸收不同，介电常数大，在较小的体积上就可以集成很大的容量，但介质吸收就很严重。
     4 电容器选用方法 ⑴　电容选择考虑原则 要留足余量, 不能勉强利用, 否则将造成不必要的损坏。主要考虑以下几点： ①　应根据电路要求选择电容器的类型; ②　合理确定电容器的电容量及允许偏差; ③　选用电容器的工作电压应符合电路要求; ④　优先选用绝缘电阻大、介质损耗小、漏电流小的电容器; ⑤　应根据电容器工作环境选择电容器。
     ⑵　电容器在电路中的常规选用 ①　不同电路条件电容器类型的选择 对于要求不高的低频电路和直流电路，一般可选用纸介电容器，也可选用低频瓷介电容器。
  在高频电路中，当电气性能要求较高时，可选用云母电容器、高频瓷介电容器或穿心瓷介电容器。  在要求较高的中频及低频电路中，可选用塑料薄膜电容器。在电源滤波、去耦电路中，一般可选用铝电解电容器。
  对于要求可靠性高、稳定性高的电路，应选用云母电容器、漆膜电容器或钽电解电容器。对于高压电路，应选用高压瓷介电容器或其他类型的高压电容器。对于调谐电路，应选用可变电容器及微调电容器。   ②　不同电路条件电容器容量的选择 在低频的耦合及去耦电路中，一般对电容器的电容量要求不太严格，只要按计算值选取稍大一些的电容量便可以了。
  在定时电路、振荡回路及音调控制等电路中，对电容器的电容量要求较为严格，因此选取电容量的标称值应尽量与计算的电容值相一致或尽量接近，应尽量选精度高的电容器。  在一些特殊的电路中，往往对电容器的电容量要求非常精确，此时应选用允许偏差在±0．1％～±0．5％范围内的高精度电容器。
   ③　耐压有较高要求场合电容器的选择 一般情况下，选用电容器的额定电压应是实际工作电压的（1．2～1．3）倍。对于工作环境温度较高或稳定性较差的电路，选用电容器的额定电压应考虑降额使用。
    电容器的额定电压一般是指直流电压，若要用于交流电路，应根据电容器的特性及规格选用；若要用于脉动电路，则应按交、直流分量总和不得超过电容器的额定电压来选用。 ④　环境有较高要求的场合电容器的选择 （a）在高温条件下使用的电容器应选用工作温度高的电容器。
     （b）在潮湿环境中工作的电路，应选用抗湿性好的密封电容器。 （c）在低温条件下使用的电容器，应选用耐寒的电容器。这对电解电容器来说尤为重要，因为普通的电解电容器在低温条件下会使电解液结冰而失效。
   （d）选用电容器时应考虑安装现场的要求。  电容器的外形有很多种，选用时应根据实际情况来选择电容器的形状及引脚尺寸。 ⑤　常见电路电容器的一般选择（但要考虑电容的性能参数与使用环境的条件密切相关） （a）高频旁路：陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、涤纶电容器。
   （b）低频旁路：纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器。   （c）滤波：铝电解电容器、纸介电容器、复合纸介电容器、液体钽电容器。
   （d）调谐：陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、聚苯乙烯电容器。 （e）高频耦合：陶瓷电容器、云母电容器、聚苯乙烯电容器。 （f）低频耦合：纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器、固体钽电容器。
     焊接时，减少使用活性高、酸性强的助焊剂，用免清洗助焊剂，注意焊接条件。 5 结束语 本文介绍了电容器的特性和选用，只有根据选择原则操作，从整机所使用的环境条件、电性能要求、体积重量、可靠性要求及成本综合权衡，才能做到正确合理的选择和应用电解电容器，才能保证电子产品的质量和可靠性。
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