電子設(shè)計基礎(chǔ)(二)：電容

　　五、電容器參數(shù)的基本公式

　　1、容量(法拉)

　　英制： C = ( 0.224 × K · 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 = √ [ 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)時的容值

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

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

　　18、并聯(lián)時的容值

　　CT = C1 + C2 + … + Cn

　　19、重復(fù)次數(shù)(Againg Rate)

　　A.R. = % ΔC / decade of time

　　上述公式中的符號說明如下：

　　K = 介電常數(shù)

　　A = 面積

　　TD = 絕緣層厚度

　　V = 電壓

　　t = 時間

　　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(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：

　　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(xiàn)的阻抗。因此容值，也就是交流電容值，隨著工作頻率、電壓以及測量方法的變化而變化。在標準JISC 5102 規(guī)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?？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(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)增加達到中頻范圍時電抗(XL)降至 ESR 的值。當(dāng)頻率達到高頻范圍時感抗(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，重新形成的以及修復(fù)氧化膜的時候會產(chǎn)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(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 表示紋波電流，R 表示電容的ESR

　　由上可見，當(dāng)紋波電流增大的時候，即使在 ESR 保持不變的情況下，漣波電壓也會成倍提高。換言之，當(dāng)紋波電壓增大時，紋波電流也隨之增大，這也是要求電容具備更低 ESR 值的原因。疊加入紋波電流后，由于電容內(nèi)部的等效串連電阻(ESR)引起發(fā)熱，從而影響到電容器的使用壽命。一般的，紋波電流與頻率成正比，因此低頻時紋波電流也比較低。

　　七、電容器容量標示

　　1、 直標法

　　用數(shù)字和單位符號直接標出。如01uF 表示0.01 微法，有些電容用“R”表

　　示小數(shù)點，如R56 表示0.56 微法。

　　2、 文字符號法

　　用數(shù)字和文字符號有規(guī)律的組合來表示容量。如p10 表示0.1pF，1p0 表示

　　1pF，6P8 表示6.8pF， 2u2 表示2.2uF

　　3、 色標法

　　用色環(huán)或色點表示電容器的主要參數(shù)。電容器的色標法與電阻相同。

　　電容器偏差標志符號：+100%-0--H、+100%-10%--R、+50%-10%--T、+30%-10%--Q、+50%-20%--S、+80%-20%--Z。