1、电容的用途-降压 主要有如下几种： 1隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。 2旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。 3耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路 4滤波：这个对DIY 而言很重要，显卡上的电容基本都是这个作用。 5温度补偿：针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响，而进行补偿，改善电路的稳定性。 6计时：电容器与电阻器配合使用，确定电路的时间常数。 7调谐：对与频率相关的电路进行系统调谐，比如手机、收音机、电视机。 8整流：在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。 9储能：储存电能，用于必须要的时候释放。例如相机闪光灯，加热设备等等。
2、（如今某些电容的储能水平已经接近锂电池的水准，一个电容储存的电能可以供一个手机使用一天。 在不同的电路中它的用途不一样，要具体分析！ 工作原理并不复杂。它的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。 例如， 在50Hz的工频条件下， 一个 1uF的电容所产生的容抗约为3180 欧姆。当220V 的交流电压加在电容器的两端，则流过电容的最大电流约为70mA。虽然流过电容的电流有70mA，但在电容器上并不产生功耗，应为如果电容是一个理想电容，则流过电容的电流为虚部电流，它所作的功为无功功率。根据这个特点，我们如果在一个1uF 的电容器上再串联一个阻性元件，则阻性元件两端
3、所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。例如，我们将一个110V/8W 的灯泡与一个1uF 的电容串联， 在接到220V/50Hz的交流电压上，灯泡被点亮，发出正常的亮度而不会被烧毁。因为110V/8W的灯泡所需的电流为8W/110V= 72mA，它与1uF电容所产生的限流特性相吻合。同理，我们也可以将5W/65V的灯泡与1uF 电容串联接到220V/50Hz 的交流电上，灯泡同样会被点亮，而不会被烧毁。 因为5W/65V的灯泡的工作电流也约为70mA。 因此，电容降压实际上是利用容抗限流。而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。 采用电容降压时应
4、注意以下几点： 1 根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容，而不是依据负载的电压和功率。 2 限流电容必须采用无极性电容，绝对不能采用电解电容。而且电容的耐压须在400V 以上。最理想的电容为铁壳油浸电容。 3 电容降压不能用于大功率条件，因为不安全。 4 电容降压不适合动态负载条件。 5 同样，电容降压不适合容性和感性负载。 6 当需要直流工作时，尽量采用半波整流。不建议采用桥式整流。而且要满足恒定负载的条件。 电容的种类和用途 纸介电容 用两片金属箔做电极，夹在极薄的电容纸中，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（如火漆、陶瓷、玻璃釉等）壳中制成。它的特点是体
5、积较小，容量可以做得较大。但是有固有电感和损耗都比较大，用于低频比较合适。 云母电容 用金属箔或者在云母片上喷涂银层做电极板，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。陶瓷电容 用陶瓷做介质，在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜做极板制成。它的特点是体积小，耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适宜用于高频电路。 铁电陶瓷电容容量较大，但是损耗和温度系数较大，适宜用于低频电路。 薄膜电容 结构和纸介电容相同，介质是涤纶或者聚苯乙烯。涤纶薄膜电容，介电常数较高，体积小，容量大，稳定性较好，适宜做旁路电容。
6、 聚苯乙烯薄膜电容，介质损耗小，绝缘电阻高，但是温度系数大，可用于高频电路。 金属化纸介电容 结构和纸介电容基本相同。它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代替金属箔，体积小，容量较大，一般用在低频电路中。 油浸纸介电容 它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里，能增强它的耐压。它的特点是电容量大、耐压高，但是体积较大。 铝电解电容 它是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极制成。还需要经过直流电压处理，使正极片上形成一层氧化膜做介质。它的特点是容量大，但是漏电大，稳定性差，有正负极性，适宜用于电源滤波或者低频电路中。使用的时候，正负极不要接反。 钽、铌电解电容 它用金属钽或者铌做
7、正极，用稀硫酸等配液做负极，用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。它的特点是体积小、容量大、性能稳定、寿命长、绝缘电阻大、温度特性好。用在要求较高的设备中。 半可变电容 也叫做微调电容。它是由两片或者两组小型金属弹片，中间夹着介质制成。调节的时候改变两片之间的距离或者面积。它的介质有空气、陶瓷、云母、薄膜等。 可变电容 它由一组定片和一组动片组成，它的容量随着动片的转动可以连续改变。把两组可变电容装在一起同轴转动，叫做双连。可变电容的介质有空气和聚苯乙烯两种。空气介质可变电容体积大，损耗小，多用在电子管收音机中。聚苯乙烯介质可变电容做成密封式的，体积小，多用在晶体管收音机中。 NPO(COG):
8、电气性能最稳定，基本上不随温度、电压与时间的改变面改变，适用于对稳定性要 求高的高频电路； X7R(2X1):电气性能较稳定,在温度、电压与时间改变时性能的变化并不显著，适用于隔直、偶合、旁路与对容量稳定性要求不太高的鉴频电路，由于X7R是一种强电介质，因面能造出容量比NPO介质更大的电容器； Y5V（2F4）（Z5U）：具有较低高的介电常数，常用于生产比容较大的、标称容量较高的大容量电容器产品，但其容量稳定性较X7R差，容量、损耗对温度，电压等测试条件较敏感。 名称：铝电解电容 _anZMM) 符号： BNn- JKC 电容量：0。47-10000u q bm 额定电压：6。3-450V w
9、)*Jf “ 主要特点：体积小，容量大，损耗大，漏电大 !Y5RbDY 应用：电源滤波，低频耦合，去耦，旁路等 D 4Z|gNqw 名称：但电解电容（CA）铌电解电容（CN） -CVW=K+ 符号： W S0# 电容量：1-6800p h“UL 额定电压：63-500V “Ut ?“bA 主要特点：高频损耗小，稳定性好 LM k!s| 应用：高频电路 YXl O, 635pwW * 名称：低频瓷介电容（CT） oR+!#DW 符号： 5 n| 6r 电容量：10p-4。7u T:)E-_ukr 额定电压：50V-100V D5!6BO0X主要特点：体积小，价廉，损耗大，稳定性差 k,!e9X*
10、 应用：要求不高的低频电路 _Fz;m 名称：玻璃釉电容（CI） |,./RFP 符号： C0t 基带处理器要求高速度、低电压;LCD 模块要求低厚度(0.5mm) 、大容量电容. 而汽车环境的苛刻性对多层陶瓷电容更有特殊的要求: 首先是耐高温, 放置于其中的多层陶瓷电容必须能满足 150 度的工作温度 ;其次是在电池电路上需要短路失效保护设计. 也就是说 ,小型化、高速度和高性能、耐高温条件、高可靠性已成为陶瓷电容的关键特性. 陶瓷电容的容量随直流偏置电压的变化而变化 .直流偏置电压降低了介电常数 ,因此需要从材料方面, 降低介电常数对电压的依赖, 优化直流偏置电压特性. 应用中较为常见的是
11、 X7R(X5R) 类多层陶瓷电容, 它的容量主要集中在 1000pF 以上, 该类电容器主要性能指标是等效串联电阻(ESR), 在高波纹电流的电源去耦、滤波及低频信号耦合电路的低功耗表现比较突出 . 另一类多层陶瓷电容是 C0G 类 ,它的容量多在 1000pF 以下, 该类电容器主要性能指标是损耗角正切值 tg (DF).传统的贵金属电极 (NME)的 C0G 产品 DF 值范围是(2.08.0)10-4,而技术创新型贱金属电极 (BME)的 C0G 产品 DF 值范围为 (1.02.5)10-4,约是前者的 3150%.该类产品在载有 T/R 模块电路的 GSM、 CDMA、无绳电话、蓝
12、牙、 GPS 系统中低功耗特性较为显著. 较多用于各种高频电路 ,如振荡/ 同步器、定时器电路等. 钽电容替代电解电容的误区通常的看法是钽电容性能比铝电容好 ,因为钽电容的介质为阳极氧化后生成的五氧化二钽 ,它的介电能力 (通常用 表示 )比铝电容的三氧化二铝介质要高. 因此在同样容量的情况下, 钽电容的体积能比铝电容做得更小.( 电解电容的电容量取决于介质的介电能力和体积, 在容量一定的情况下 ,介电能力越高, 体积就可以做得越小, 反之, 体积就需要做得越大) 再加上钽的性质比较稳定, 所以通常认为钽电容性能比铝电容好. 但这种凭阳极判断电容性能的方法已经过时了 ,目前决定电解电容性能的关
13、键并不在于阳极 ,而在于电解质 ,也就是阴极 .因为不同的阴极和不同的阳极可以组合成不同种类的电解电容 ,其性能也大不相同 .采用同一种阳极的电容由于电解质的不同, 性能可以差距很大 ,总之阳极对于电容性能的影响远远小于阴极 . 还有一种看法是认为钽电容比铝电容性能好 ,主要是由于钽加上二氧化锰阴极助威后才有明显好于铝电解液电容的表现. 如果把铝电解液电容的阴极更换为二氧化锰 , 那么它的性能其实也能提升不少. 可以肯定 ,ESR 是衡量一个电容特性的主要参数之一 .但是 ,选用电容 ,应避免 ESR 越低越好 ,品质越高越好等误区. 衡量一个产品 ,一定要全方位、多角度的去考虑, 切不可把电
14、容的作用有意无意的夸大 . -以上引用了部分网友的经验总结 . 普通电解电容的结构是阳极和阴极和电解质 ,阳极是钝化铝, 阴极是纯铝, 所以关键是在阳极和电解质. 阳极的好坏关系着耐压电介系数等问题. 一般来说 ,钽电解电容的 ESR 要比同等容量同等耐压的铝电解电容小很多, 高频性能更好 .如果那个电容是用在滤波器电路( 比如中心为 50Hz 的带通滤波器) 的话, 要注意容量变化后对滤波器性能( 通带 .)的影响 . 旁路电容的应用问题嵌入式设计中 ,要求 MCU 从耗电量很大的处理密集型工作模式进入耗电量很少的空闲 /休眠模式. 这些转换很容易引起线路损耗的急剧增加, 增加的速率很高 ,
15、达到 20A/ms 甚至更快 . 通常采用旁路电容来解决稳压器无法适应系统中高速器件引起的负载变化, 以确保电源输出的稳定性及良好的瞬态响应. 旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件 ,它能使稳压器的输出均匀化 ,降低负载需求. 就像小型可充电电池一样, 旁路电容能够被充电, 并向器件进行放电 .为尽量减少阻抗, 旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚 .这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声 .地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降. 应该明白 ,大容量和小容量的旁路电容都可能是必需的, 有的甚至是多个陶瓷电容和钽电容. 这样的组合能够解决上述负载电流或许为阶梯变化所
16、带来的问题, 而且还能提供足够的去耦以抑制电压和电流毛刺 .在负载变化非常剧烈的情况下, 则需要三个或更多不同容量的电容, 以保证在稳压器稳压前提供足够的电流 .快速的瞬态过程由高频小容量电容来抑制 ,中速的瞬态过程由低频大容量来抑制, 剩下则交给稳压器完成了. 还应记住一点 ,稳压器也要求电容尽量靠近电压输出端 . 电容的等效串联电阻 ESR普遍的观点是: 一个等效串联电阻 (ESR)很小的相对较大容量的外部电容能很好地吸收快速转换时的峰值 (纹波 )电流 .但是 ,有时这样的选择容易引起稳压器( 特别是线性稳压器 LDO)的不稳定 ,所以必须合理选择小容量和大容量电容的容值. 永远记住 ,
17、稳压器就是一个放大器, 放大器可能出现的各种情况它都会出现. 由于 DC/DC 转换器的响应速度相对较慢 ,输出去耦电容在负载阶跃的初始阶段起主导的作用 ,因此需要额外大容量的电容来减缓相对于 DC/DC 转换器的快速转换, 同时用高频电容减缓相对于大电容的快速变换. 通常 ,大容量电容的等效串联电阻应该选择为合适的值, 以便使输出电压的峰值和毛刺在器件的 Dasheet 规定之内. 高频转换中, 小容量电容在 0.01F 到 0.1F 量级就能很好满足要求. 表贴陶瓷电容或者多层陶瓷电容(MLCC) 具有更小的 ESR. 另外, 在这些容值下, 它们的体积和 BOM 成本都比较合理.如果局部
18、低频去耦不充分 ,则从低频向高频转换时将引起输入电压降低 .电压下降过程可能持续数毫秒, 时间长短主要取决于稳压器调节增益和提供较大负载电流的时间. 用 ESR 大的电容并联比用 ESR 恰好那么低的单个电容当然更具成本效益 .然而, 这需要你在 PCB 面积、器件数目与成本之间寻求折衷. 电解电容的电参数里的电解电容器主要指铝电解电容器 ,其基本的电参数包括下列五点 : 1、电容值 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. 因此容值, 也就是交流电容值, 随着工作频率、电压以及测量方法的变化而变化. 在标准 JISC 5102 规定 :铝电解电容的电容量的测量条件是在频率为
19、 120Hz,最大交流电压为 0.5Vrms,DC bias 电压为 1.52.0V 的条件下进行. 可以断言 ,铝电解电容器的容量随频率的增加而减小. 2、损耗角正切值 Tan 在电容器的等效电路中 ,串联等效电阻 ESR 同容抗 1/ C 之比称之为 Tan ,这里的 ESR 是在 120Hz 下计算获得的值. 显然 ,Tan 随着测量频率的增加而变大, 随测量温度的下降而增大. 3、阻抗 Z 在特定的频率下, 阻碍交流电流通过的电阻即为所谓的阻抗 (Z).它与电容等效电路中的电容值、电感值密切相关, 且与 ESR 也有关系. Z = /ESR2 + (XL - XC)2 (此处开平方)
20、式中 ,Xc = 1 / C = 1 / 2fC XL = L = 2fL 电容的容抗(Xc) 在低频率范围内随着频率的增加逐步减小 ,频率继续增加达到中频范围时电抗(XL)降至 ESR 的值. 当频率达到高频范围时感抗(XL) 变为主导, 所以阻抗是随着频率的增加而增加. 4、漏电流 电容器的介质对直流电流具有很大的阻碍作用. 然而, 由于铝氧化膜介质上浸有电解液 ,在施加电压时 ,重新形成的以及修复氧化膜的时候会产生一种很小的称之为漏电流的电流. 通常 ,漏电流会随着温度和电压的升高而增大. 5、纹波电流和纹波电压 在有的资料中称作涟波电流和涟波电压, 其实就是 ripple curren
21、t,ripple voltage.含义就是电容器所能耐受纹波电流 /电压值 .二者和 ESR 之间的关系密切 ,可以用下面的式子表示: Urms = Irms R 式中 ,Vrms 表示纹波电压 Irms 表示纹波电流 R 表示电容的 ESR 由上可见, 当纹波电流增大的时候, 即使在 ESR 保持不变的情况下 ,涟波电压也会成倍提高. 换言之, 当纹波电压增大时, 纹波电流也随之增大, 这也是要求电容具备更低 ESR 值的原因. 叠加入纹波电流后, 由于电容内部的等效串连电阻(ESR) 引起发热 ,从而影响到电容器的使用寿命. 一般的,纹波电流与频率成正比 ,因此低频时纹波电流也比较低 .
22、电源输入端的X,Y安全电容在交流电源输入端, 一般需要增加 3 个电容来抑制 EMI 传导干扰. 交流电源输入分为 3根线: 火线(L)/零线(N)/ 地线(G). 在火线和地线之间及在零线和地线之间并接的电容 ,一般称之为 Y电容 .这两个 Y电容连接的位置比较关键, 必须需要符合相关安全标准 ,以防引起电子设备漏电或机壳带电, 容易危及人身安全及生命, 所以它们都属于安全电容, 要求电容值不能偏大, 而耐压必须较高. 一般地, 工作在亚热带的机器, 要求对地漏电电流不能超过 0.7mA;工作在温带机器, 要求对地漏电电流不能超过 0.35mA.因此,Y 电容的总容量一般都不能超过4700P
23、F. 特别提示:Y 电容为安全电容, 必须取得安全检测机构的认证.Y 电容的耐压一般都标有安全认证标志和 AC250V 或 AC275V 字样, 但其真正的直流耐压高达 5000V 以上. 因此 ,Y 电容不能随意使用标称耐压 AC250V,或 DC400V 之类的普通电容来代用 . 在火线和零线抑制之间并联的电容, 一般称之为 X 电容 .由于这个电容连接的位置也比较关键 ,同样需要符合安全标准. 因此,X 电容同样也属于安全电容之一 .X 电容的容值允许比 Y 电容大, 但必须在 X 电容的两端并联一个安全电阻, 用于防止电源线拔插时, 由于该电容的充放电过程而致电源线插头长时间带电. 安
24、全标准规定, 当正在工作之中的机器电源线被拔掉时, 在两秒钟内, 电源线插头两端带电的电压( 或对地电位) 必须小于原来额定工作电压的 30%. 同理,X 电容也是安全电容, 必须取得安全检测机构的认证.X 电容的耐压一般都标有安全认证标志和 AC250V 或 AC275V 字样, 但其真正的直流耐压高达 2000V 以上, 使用的时候不要随意使用标称耐压 AC250V,或 DC400V 之类的的普通电容来代用. X 电容一般都选用纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容 ,这种电容体积一般都很大, 但其允许瞬间充放电的电流也很大, 而其内阻相应较小. 普通电容纹波电流的指标都很低, 动态内阻较高. 用
25、普通电容代替 X 电容, 除了耐压条件不能满足以外, 一般纹波电流指标也是难以满足要求的. 实际上, 仅仅依靠用 Y电容和 X电容来完全滤除掉传导干扰信号是不可能的. 因为干扰信号的频谱非常宽, 基本覆盖了几十 KHz到几百 MHz甚至上千 MHz的频率范围 .通常 ,对低端干扰信号的滤除需要很大容量的滤波电容 ,但受到安全条件的限制,Y 电容和 X 电容的容量都不能用大 ;对高端干扰信号的滤除 ,大容量电容的滤波性能又极差 ,特别是聚脂薄膜电容的高频性能一般都比较差 ,因为它是用卷绕工艺生产的 ,并且聚脂薄膜介质高频响应特性与陶瓷或云母相比相差很远 ,一般聚脂薄膜介质都具有吸附效应 ,它会降
26、低电容器的工作频率 ,聚脂薄膜电容工作频率范围大约都在 1MHz 左右 ,超过 1MHz 其阻抗将显著增加. 因此, 为抑制电子设备产生的传导干扰, 除了选用 Y 电容和 X 电容之外, 还要同时选用多个类型的电感滤波器 ,组合起来一起滤除干扰. 电感滤波器多属于低通滤波器, 但电感滤波器也有很多规格类型, 例如有 :差模、共模, 以及高频、低频等 .每种电感主要都是针对某一小段频率的干扰信号滤除而起作用 ,对其它频率的干扰信号的滤除效果不大 .通常 ,电感量很大的电感, 其线圈匝数较多 ,那么电感的分布电容也很大. 高频干扰信号将通过分布电容旁路掉. 而且, 导磁率很高的磁芯, 其工作频率则较低 .目前, 大量使用的电感滤波器磁芯的工作频率大多数都在 75MHz 以下. 对于工作频率要求比较高的场合, 必须选用高频环形磁芯, 高频环形磁芯导磁率一般都不高, 但漏感特别小 ,比如, 非晶合金磁芯 ,坡莫合金等.
