電子設計基礎(二)：電容

　　a 空氣介質可變電容器

　　可變電容量：100--1500p

　　主要特點：損耗小，效率高；可根據要求制成直線式、直線波長式、直線頻率式及對數式等

　　應用：電子儀器，廣播電視設備等

　　b 薄膜介質可變電容器

　　可變電容量：15--550p

　　主要特點：體積小，重量輕；損耗比空氣介質的大

　　應用：通訊，廣播接收機等

　　c 薄膜介質微調電容器

　　可變電容量：1--29p

　　主要特點：損耗較大，體積小

　　應用：收錄機，電子儀器等電路作電路補償

　　d 陶瓷介質微調電容器

　　可變電容量：0.3--22p

　　主要特點：損耗較小，體積較小

　　應用：精密調諧的高頻振蕩回路

　　8、 陶瓷電容器

　　用高介電常數的電容器陶瓷〈鈦酸鋇一氧化鈦〉擠壓成圓管、圓片或圓盤作為介質，并用燒滲法將銀鍍在陶瓷上作為電極制成。它又分高頻瓷介和低頻瓷介兩種。 具有小的正電容溫度系數的電容器，用于高穩定振蕩回路中，作為回路電容器及墊整電容器。低頻瓷介電容器限于在工作頻率較低的回路中作旁路或隔直流用，或對穩定性和損耗要求不高的場合〈包括高頻在內〉。這種電容器不宜使用在脈沖電路中，因為它們易于被脈沖電壓擊穿。高頻瓷介電容器適用于高頻電路。

　　9、 玻璃釉電容器（CI）

　　由一種濃度適于噴涂的特殊混合物噴涂成薄膜而成，介質再以銀層電極經燒結而成“獨石”結構性能可與云母電容器媲美，能耐受各種氣候環境，一般可在200℃或更高溫度下工作，額定工作電壓可達500V，損耗tgδ0.0005～0.008

　　電容量：10p--0.1u

　　額定電壓：63--400V

　　主要特點：穩定性較好，損耗小，耐高溫（200 度）

　　應用：脈沖、耦合、旁路等電路

　　四、電容器主要特性參數

　　1、 標稱電容量和允許偏差

　　標稱電容量是標志在電容器上的電容量。

　　電容器實際電容量與標稱電容量的偏差稱誤差，在允許的偏差范圍稱精度。

　　精度等級與允許誤差對應關系：00（01）-±1%、0（02）-±2%、Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、 Ⅳ-（+20%-10%）、Ⅴ-（+50%-20%）、Ⅵ-（+50%-30%）

　　一般電容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級，電解電容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級，根據用途選取。

　　2、額定電壓

　　在最低環境溫度和額定環境溫度下可連續加在電容器的最高直流電壓有效值，一般直接標注在電容器外殼上，如果工作電壓超過電容器的耐壓，電容器擊穿，造成不可修復的永久損壞。

　　3、絕緣電阻

　　直流電壓加在電容上，并產生漏電電流，兩者之比稱為絕緣電阻。

　　當電容較小時，主要取決于電容的表面狀態，容量〉0.1uf 時，主要取決于介質的性能，絕緣電阻越大越好。

　　電容的時間常數：為恰當的評價大容量電容的絕緣情況而引入了時間常數，他等于電容的絕緣電阻與容量的乘積。

　　4、損耗

　　電容在電場作用下，在單位時間內因發熱所消耗的能量叫做損耗。各類電容都規定了其在某頻率范圍內的損耗允許值，電容的損耗主要由介質損耗，電導損耗和電容所有金屬部分的電阻所引起的。

　　在直流電場的作用下，電容器的損耗以漏導損耗的形式存在，一般較小，在交變電場的作用下，電容的損耗不僅與漏導有關，而且與周期性的極化建立過程有關。

　　5、頻率特性

　　隨著頻率的上升，一般電容器的電容量呈現下降的規律。

　　五、電容器參數的基本公式

　　1、容量（法拉）

　　英制： C = （ 0.224 × K middot; A） / TD

　　公制： C = （ 0.0884 × K · A） / TD

　　2、電容器中存儲的能量

　　E = CV^2/2

　　3、電容器的線性充電量

　　I = C （dV/dt）

　　4、電容的總阻抗（歐姆）

　　Z = radic; ［ RS^2 + （XC – XL）^2 ］

　　5、容性電抗（歐姆）

　　XC = 1/（2πfC）

　　6、相位角 Ф

　　理想電容器：超前當前電壓 90度

　　理想電感器：滯后當前電壓 90度

　　理想電阻器：與當前電壓的相位相同

　　7、耗散系數 （%）

　　D.F. = tan δ （損耗角）

　　= ESR / Xc

　　= （2πfC）（ESR）

　　8、品質因素

　　Q = cotan δ = 1/ DF

　　9、等效串聯電阻ESR（歐姆）

　　ESR = （DF） Xc = DF/ 2πfC

　　10、功率消耗

　　Power Loss = （2πfCV2） （DF）

　　11、功率因數

　　PF = sin δ （loss angle） – cos Ф （相位角）

　　12、均方根

　　rms = 0.707 × Vp

　　13、千伏安KVA （千瓦）

　　KVA = 2πfCV^2 × 10^（-3）

　　14、電容器的溫度系數

　　T.C. = ［ （Ct – C25） / C25 （Tt – 25） ］ × 10^6

　　15、容量損耗（%）

　　CD = ［ （C1 – C2） / C1 ］ × 100

　　16、陶瓷電容的可靠性

　　L0 / Lt = （Vt / V0） X （Tt / T0）Y

　　17、串聯時的容值

　　n 個電容串聯：1/CT = 1/C1 + 1/C2 + … + 1/Cn

　　兩個電容串聯：CT = C1 · C2 / （C1 + C2）

　　18、并聯時的容值

　　CT = C1 + C2 + … + Cn

　　19、重復次數（Againg Rate）

　　A.R. = % ΔC / decade of time

　　上述公式中的符號說明如下：

　　K = 介電常數

　　A = 面積

　　TD = 絕緣層厚度

　　V = 電壓

　　t = 時間

　　RS = 串聯電阻

　　f = 頻率

　　L = 電感感性系數

　　δ = 損耗角

　　Ф = 相位角

　　L0 = 使用壽命

　　Lt = 試驗壽命

　　Vt = 測試電壓

　　V0 = 工作電壓

　　Tt = 測試溫度

　　T0 = 工作溫度

　　X ， Y = 電壓與溫度的效應指數。

　　六、 電解電容的電參數

　　這里的電解電容器主要指鋁電解電容器，其基本的電參數包括下列五點：

　　1、電容值

　　電解電容器的容值，取決于在交流電壓下工作時所呈現的阻抗。因此容值，也就是交流電容值，隨著工作頻率、電壓以及測量方法的變化而變化。在標準JISC 5102 規定：鋁電解電容的電容量的測量條件是在頻率為 120Hz，最大交

　　流電壓為 0.5Vrms，DC bias 電壓為1.5 ～ 2.0V 的條件下進行。可以斷言，鋁電解電容器的容量隨頻率的增加而減小。

　　2、損耗角正切值 Tan δ

　　在電容器的等效電路中，串聯等效電阻 ESR 同容抗 1/ωC 之比稱之為 Tan δ， 這里的 ESR 是在 120Hz 下計算獲得的值。顯然，Tan δ 隨著測量頻率的增加而變大，隨測量溫度的下降而增大。

　　3、阻抗 Z

　　在特定的頻率下，阻礙交流電流通過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，且與 ESR 也有關系。

　　Z = √ ［ESR^2 + （XL - XC）^2 ］

　　式中，XC = 1 / ωC = 1 / 2πfC

　　XL = ωL = 2πfL

　　電容的容抗（XC）在低頻率范圍內隨著頻率的增加逐步減小，頻率繼續增加達到中頻范圍時電抗（XL）降至 ESR 的值。當頻率達到高頻范圍時感抗（XL）變為主導，所以阻抗是隨著頻率的增加而增加。

　　4、漏電流

　　電容器的介質對直流電流具有很大的阻礙作用。然而，由于鋁氧化膜介質上浸有電解液，在施加電壓時，重新形成的以及修復氧化膜的時候會產生一種很小的稱之為漏電流的電流。通常，漏電流會隨著溫度和電壓的升高而增大。

　　5、紋波電流和紋波電壓

　　在一些資料中將此二者稱做“漣波電流”和“漣波電壓”，其實就是 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