电容器运用「电容器原理」

今天带来电容器运用「电容器原理」，关于电容器运用「电容器原理」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

电容器简介

电容器，通常简称其容纳电荷的本领为电容，用字母C表示，国际单位是法拉（F），英文名称为capacitor。是由两块金属电极之间夹一层绝缘电介质构成。当在两金属电极间加上电压时，电极上就会存储电荷，所以电容器是储能元件。任何两个彼此绝缘又相距很近的导体（包括导线）间都构成一个电容器。电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于电路中的隔直通交、耦合、旁路、电源滤波、能量转换、谐振等方面。

特点：

它具有充放电特性和阻止直流电流通过，允许交流电流通过的能力；在充电和放电过程中，两极板上的电荷有积累过程，也即电压有建立过程，因此电容器上的电压不能突变；电容器的充电：两板分别带等量异种电荷，每个极板带电量的绝对值叫电容器的带电量；电容器的放电：电容器两极正负电荷通过导线中和。在放电过程中导线上有短暂的电流产生；电容器的容抗与频率、容量之间成反比。分析容抗大小时就得联系信号的频率高低、容量大小。

定义

电容与电容器不同。电容为基本物理量，符号C，单位为F（法拉）。 通用公式C=Q/U平行板电容器专用公式：板间电场强度E=U/d ，电容器电容决定式 C=εrS/4πkd(介电常数真空εr=1，k为静电力常量，S为两板正对面积，d为两板间距离。

可知，①电极面积S扩大 ②电极间的距离缩短 ③使用诱电率高的材料，可增大容值。

电容的单位是F（法拉）。将1V电压（电位差）给予某导体，储存1C（库伦）的电荷时，电容值为1F。

单位及转换

在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F，由于法拉这个单位太大，所以常用的电容单位有毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）等，换算关系是：

1法拉（F）= 1000毫法（mF）=1000000微法（μF）

1微法（μF）= 1000纳法（nF）= 1000000皮法（pF）。

电容与电池容量的关系：

1伏安时=1瓦时=3600焦耳

电容器的主要作用

电容器的作用可以用一个与水管连接的水塔来形象地描述。水塔可用来“存储”水压，当供水系统的水泵供应的水量超过居民所需水量时，多余的水将被存储到水塔中。然后，当水的需求量较高时，多余的水将从水塔中流出以维持水压。所以说电容器是一种能够储藏电荷的元件。

●去耦：去耦电容就是起到一个“电池”的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰，在电路中进一步减小电源与参考地之间的高频干扰阻抗，起隔直流通交流作用 。

●滤波：从理论上我们有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容，这样大电容滤低频，小电容滤高频。电容越大高频越容易通过。具体用在滤波中，大电容（1000μF）滤低频，小电容（20pF）滤高频。电容能把电压的变动转化为电流的变化，频率越高，峰值电流就越大，从而缓冲了电压。滤波就是充电，放电的过程，滤波电容将一定频段内的信号从总信号中去除 。

●旁路：用在旁路电路中的电容器称为旁路电容，旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件。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。

●储能：电容器用于存储电量以便高速释放。储能型电容器通过整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端，比如超级电容主要用于储能。

●高频消振：用在高频消振电路中的电容称为高频消振电容，在音频负反馈放大器中，为了消振可能出现的高频自激，采用这种电容电路，以消除放大器可能出现的高频啸叫 。

●谐振：用在LC谐振电路中的电容器称为谐振电容，LC并联和串联谐振电路中都需这种电容电路 。

●负载电容：是指与石英晶体谐振器一起决定负载谐振频率的有效外界电容。负载电容常用的标准值有12pF、20pF、24pF、30pF和50pF等。负载电容可以根据具体情况作适当的调整，通过调整一般可以将谐振器的工作频率调到最佳标称值。

电容器的分类

从原理上分为：无极性可变电容、无极性固定电容、有极性电容等；

从材料上可以分为：CBB电容（聚乙烯），涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等。

按照结构分三大类：固定电容器、可变电容器和微调电容器。

按用途分有：高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、储能、高频耦合、低频耦合、小型电容器。

按介质材料的不同可以分为：瓷介电容、钽电容、涤纶电容、云母电容、电解电容、聚丙烯电容、纸介电容、薄膜电容、独石电容等等

按照安装方式有：插件式，贴片式（SMD）、螺丝安装式。

常规电路电容器主要选择

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、玻璃釉电容器。l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。l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。l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。l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。

常见电容器的特性

铝电解电容器：容量大，能耐受大的脉动电流；容量误差大，泄漏电流大；一般不适于在高频和低温下应用，不宜使用在25kHz以上频率。主要应用于低频旁路、信号耦合、电源滤波。钽电解电容器：温度特性、频率特性和可靠性好，漏电流小，贮存性良好，寿命长，容量误差小，体积小，单位体积下能得到最大的电容电压乘积。对脉动电流的耐受能力差，若损坏易呈短路状态。造价高。独石电容器：小体积、大容量、高可靠、耐高温，具有稳定的性能，体积小，Q值高，容量误差较大。主要应用于噪声旁路、滤波器、积分、振荡电路纸介电容器 陶瓷电容器:具有小的正电容温度系数的电容器，高介电常数，低损耗，电感小。用于高稳定振荡回路中，作为回路电容器及垫整电容器。聚丙烯（聚丙乙烯）电容器：高频特性好，体积较小，不适合做大容量，耐热性能较差。瓷片电容器：体积小，耐压高，频率高。易碎，容量小。 云母电容器：体积大，容量小，生产容易。高稳定性。

电容器的主要指标

容量：常规情况下从0.5pF起，大容量电容器可以达到F级别。常规标准电容器主要值如下：0.5PF、0.6pF、0.7pF、0.8pF，0.9pF，1pF*，1.1pF，1.2pF*，1.5pF*，1.8pF*，2pF，2.2pF*，2.4pF*，2.7pF*，3pF*，3.3pF*，3.9pF*、4pF，4.3pF*，4.7pF*，5pF，5.1pF*，5.6pF*，6pF，6.2pF*，6.8pF*，7pF，7.5pF*，8pF，8.2pF*，9pF，9.1pF*，10pF*及其倍数关系的容值（*号标记）。 耐压值：表征电容器的耐压参数。常见耐压值有：6.3V，10V，16V，25V，50V，100V，200V，330V，400V，630V，1KV等（常规），部分大容量电容器有2V，2.5V，4V，80V等非常规耐压值。误差范围（精度）：电容器电容量和标称容量的差值范围。温度系数：电容器电容量受温度影响电容量变化的范围系数。 温度范围：电容器正常工作的温度范围。ESR：标称电容器的内阻，ESR越小，电容器越接近理想电容器。Q值：Q值是一个无量纲数，数值上等于电容的电抗除以寄生电阻（ESR），Q值随频率变化而有很大的变化，这是由于电抗和电阻都随着频率而变。 绝缘电阻：电容器的绝缘电阻的大小等于加在电容器上的直流电压与所产生的漏电流的比值，即Ri=U/Iu，式中:R1——绝缘电阻(MΩ);U——加在电容器上的直流电压(V);Iu——漏电流(μA)。电容器的绝缘电阻与电容器的介质材料和面积，引线的材料和长短以及制造工艺等因素有关。绝缘电阻越高，表明电容器的质量越高。对于同一种类的电容器来说，电容量越大，绝缘电阻越小。封装：插脚形式和螺丝安装形式的电容器外形区别较大，具体参见规格书。常见贴片封装的电容器封装主要有：01005,0201，0402，0603,0805,1206等，贴片大容量圆柱形电解电容器封装形式也区别较大，具体参见规格书。极性：部分电容器尤其是电解电容器一般有极性，只能应用在脉动直流电路中，不可应用于交流电路中。

电容器关键指标

电容器的射频等效电路

电容器阻抗和频率特性

常见电容器的特性

影响电容器成本的主要因素

电容器容量，一般来讲，同样类型的电容器，大容量电容器的价格高于小容量电容器的价格。电容器类型，比如一般情况下，电解电容价格高于常规陶瓷电容。电容器材质，比如同为电解电容器，钽电容、铌电容价格高于铝电容。电容器精度，一般精度越高，价格越高。电容器温度系数，温度系数越小，价格越高电容器工作温度范围，温度范围越大，价格越高电容器封装形式，常规形式下，同等容量封装越小，价格越高。电容器包装形式。ESR要求，ESR越小，价格越高。电容器耐压程度，耐压越高，价格越高。品牌

电容的选型

容值：根据电路需求的容值确定。射频电路大部分情况下使用的容值小于470pF（射频器件滤波等例外）。精度：根据电路和关键RF器件容差范围确定。一般小于10pF容值的选择误差0.1pF，部分选择1%的精度，较高容量的电容器选择5%，10%，等精度。用于匹配、谐振等电路的精度一般要求较高，滤波电路的一般精度要求较低。耐压：根据源端电压范围确定，一般需要容差50%或者更多。材质：射频电路一般选用陶瓷电容。封装形式：射频电路一般建议选用贴片形式的电容。温度系数：根据电路需求决定。温度范围：根据工作温度等决定。工作频率范围：根据工作的频率决定。Q值：根据电路需求和关键RF器件容差范围决定。ESR值：根据电路需求等决定。

X5R/C0G静定容量变化情况

电容器的静电容量测试

万用表检测电容

用数字万用表检测电容器，可按以下方法进行。

一、用电容档直接检测

某些数字万用表具有测量电容的功能，其量程分为2000p、20n、200n、2μ和20μ五档。测量时可将已放电的电容两引脚直接插入表板上的Cx插孔，选取适当的量程后就可读取显示数据。2000p档，宜于测量小于2000pF的电容；20n档，宜于测量2000pF至20nF之间的电容；200n档，宜于测量20nF至200nF之间的电容；2μ档，宜于测量200nF至2μF之间的电容；20μ档，宜于测量2μF至20μF之间的电容。

经验证明，有些型号的数字万用表（例如DT890B ）在测量50pF以下的小容量电容器时误差较大，测量20pF以下电容几乎没有参考价值。此时可采用串联法测量小值电容。方法是：先找一只220pF左右的电容，用数字万用表测出其实际容量C1,然后把待测小电容与之并联测出其总容量C2，则两者之差（C1－C2）即是待测小电容的容量。用此法测量1～20pF的小容量电容很准确。

二、用电压档检测

用数字万用表直流电压档检测电容器，实际上是一种间接测量法，此法可测量220pF～1μF的小容量电容器，并且能精确测出电容器漏电流的大小。

大容量电容器的测量

电容器啸叫现象

陶瓷电容器为何会产生啸叫现象？

由于具有强介电性的陶瓷的电致效应，在施加交流电压时，独石陶瓷电容器贴片会发生叠层方向伸缩。因此电路板也会平行方向伸缩，而因电路板的振动而产生了噪声。贴片及电路板的振幅仅为1pm～1nm左右，但发出的声响却十分大。其实几乎无法听到电容器本身发出的噪声，但将其安装于电路板后振动会随之增强，振幅的周期也达到了人耳能够听到的频率带(20Hz～20kHz)，所以声音可通过人耳进行识别。例如可听到"ji----"、"ki----""pi----"等声响。

解决：使用抗啸叫品种或者使用低介电常数电容器。

电容器的电压特性

电容器的实际静电容量值随着直流(DC)与交流(AC)电压而变化的现象叫做电压特性。该变化幅度越小，说明电压特性越好，幅度越大，说明电压特性越差。

直流偏置特性

直流偏置特性是指，对电容器施加直流电压时实际静电容量发生变化(减少)的现象。这种现象是使用了钛酸钡系铁电体的高介电常数类片状多层陶瓷电容器特有的现象，导电性高分子的铝电解电容器(高分子AI)和导电性高分子钽电解电容器(高分子Ta)、薄膜电容器(Film)、氧化钛和使用了锆酸钙系顺电体的温度补偿用片状多层陶瓷电容器(MLCC<C0G>)上几乎不会发生这种现象。

电容器阻抗/ESR频率特性