電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(二)：電容

　　a 空氣介質(zhì)可變電容器

　　可變電容量：100--1500p

　　主要特點(diǎn)：損耗小，效率高；可根據(jù)要求制成直線式、直線波長(zhǎng)式、直線頻率式及對(duì)數(shù)式等

　　應(yīng)用：電子儀器，廣播電視設(shè)備等

　　b 薄膜介質(zhì)可變電容器

　　可變電容量：15--550p

　　主要特點(diǎn)：體積小，重量輕；損耗比空氣介質(zhì)的大

　　應(yīng)用：通訊，廣播接收機(jī)等

　　c 薄膜介質(zhì)微調(diào)電容器

　　可變電容量：1--29p

　　主要特點(diǎn)：損耗較大，體積小

　　應(yīng)用：收錄機(jī)，電子儀器等電路作電路補(bǔ)償

　　d 陶瓷介質(zhì)微調(diào)電容器

　　可變電容量：0.3--22p

　　主要特點(diǎn)：損耗較小，體積較小

　　應(yīng)用：精密調(diào)諧的高頻振蕩回路

　　8、 陶瓷電容器

　　用高介電常數(shù)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(zhì)，并用燒滲法將銀鍍?cè)谔沾缮献鳛殡姌O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(shù)的電容器，用于高穩(wěn)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?qū)Ψ€(wěn)定性和損耗要求不高的場(chǎng)合〈包括高頻在內(nèi)〉。這種電容器不宜使用在脈沖電路中，因?yàn)樗鼈円子诒幻}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(zhì)再以銀層電極經(jīng)燒結(jié)而成“獨(dú)石”結(jié)構(gòu)性能可與云母電容器媲美，能耐受各種氣候環(huán)境，一般可在200℃或更高溫度下工作，額定工作電壓可達(dá)500V，損耗tgδ0.0005～0.008

　　電容量：10p--0.1u

　　額定電壓：63--400V

　　主要特點(diǎn)：穩(wěn)定性較好，損耗小，耐高溫（200 度）

　　應(yīng)用：脈沖、耦合、旁路等電路

　　四、電容器主要特性參數(shù)

　　1、 標(biāo)稱電容量和允許偏差

　　標(biāo)稱電容量是標(biāo)志在電容器上的電容量。

　　電容器實(shí)際電容量與標(biāo)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(jí)與允許誤差對(duì)應(yīng)關(guān)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(jí)，電解電容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí)，根據(jù)用途選取。

　　2、額定電壓

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

　　3、絕緣電阻

　　直流電壓加在電容上，并產(chǎn)生漏電電流，兩者之比稱為絕緣電阻。

　　當(dāng)電容較小時(shí)，主要取決于電容的表面狀態(tài)，容量〉0.1uf 時(shí)，主要取決于介質(zhì)的性能，絕緣電阻越大越好。

　　電容的時(shí)間常數(shù)：為恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)大容量電容的絕緣情況而引入了時(shí)間常數(shù)，他等于電容的絕緣電阻與容量的乘積。

　　4、損耗

　　電容在電場(chǎng)作用下，在單位時(shí)間內(nèi)因發(fā)熱所消耗的能量叫做損耗。各類電容都規(guī)定了其在某頻率范圍內(nèi)的損耗允許值，電容的損耗主要由介質(zhì)損耗，電導(dǎo)損耗和電容所有金屬部分的電阻所引起的。

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

　　5、頻率特性

　　隨著頻率的上升，一般電容器的電容量呈現(xiàn)下降的規(guī)律。

　　五、電容器參數(shù)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(chǔ)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(dāng)前電壓 90度

　　理想電感器：滯后當(dāng)前電壓 90度

　　理想電阻器：與當(dāng)前電壓的相位相同

　　7、耗散系數(shù) （%）

　　D.F. = tan δ （損耗角）

　　= ESR / Xc

　　= （2πfC）（ESR）

　　8、品質(zhì)因素

　　Q = cotan δ = 1/ DF

　　9、等效串聯(lián)電阻ESR（歐姆）

　　ESR = （DF） Xc = DF/ 2πfC

　　10、功率消耗

　　Power Loss = （2πfCV2） （DF）

　　11、功率因數(shù)

　　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(shù)

　　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(lián)時(shí)的容值

　　n 個(gè)電容串聯(lián)：1/CT = 1/C1 + 1/C2 + … + 1/Cn

　　兩個(gè)電容串聯(lián)：CT = C1 · C2 / （C1 + C2）

　　18、并聯(lián)時(shí)的容值

　　CT = C1 + C2 + … + Cn

　　19、重復(fù)次數(shù)（Againg Rate）

　　A.R. = % ΔC / decade of time

　　上述公式中的符號(hào)說(shuō)明如下：

　　K = 介電常數(shù)

　　A = 面積

　　TD = 絕緣層厚度

　　V = 電壓

　　t = 時(shí)間

　　RS = 串聯(lián)電阻

　　f = 頻率

　　L = 電感感性系數(shù)

　　δ = 損耗角

　　Ф = 相位角

　　L0 = 使用壽命

　　Lt = 試驗(yàn)壽命

　　Vt = 測(cè)試電壓

　　V0 = 工作電壓

　　Tt = 測(cè)試溫度

　　T0 = 工作溫度

　　X ， Y = 電壓與溫度的效應(yīng)指數(shù)。

　　六、 電解電容的電參數(shù)

　　這里的電解電容器主要指鋁電解電容器，其基本的電參數(shù)包括下列五點(diǎn)：

　　1、電容值

　　電解電容器的容值，取決于在交流電壓下工作時(shí)所呈現(xiàn)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(cè)量方法的變化而變化。在標(biāo)準(zhǔn)JISC 5102 規(guī)定：鋁電解電容的電容量的測(cè)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(jìn)行?？梢詳嘌?，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(lián)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(jì)算獲得的值。顯然，Tan δ 隨著測(cè)量頻率的增加而變大，隨測(cè)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(guò)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(guān)，且與 ESR 也有關(guān)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(nèi)隨著頻率的增加逐步減小，頻率繼續(xù)增加達(dá)到中頻范圍時(shí)電抗（XL）降至 ESR 的值。當(dāng)頻率達(dá)到高頻范圍時(shí)感抗（XL）變?yōu)橹鲗?dǎo)，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(zhì)對(duì)直流電流具有很大的阻礙作用。然而，由于鋁氧化膜介質(zhì)上浸有電解液，在施加電壓時(shí)，重新形成的以及修復(fù)氧化膜的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一種很小的稱之為漏電流的電流。通常，漏電流會(huì)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(shí)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(guān)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