《电容元器件》的特性分析

一、电容器是电路中非常重要的一个元器件，常用于电源滤波电路用于滤除高频噪声。旁路电容所用的电介质材料全部都具有相对较高的电介质常数，与较低的电介质常数材料相比，电介质常数较高的材料能够在比较小的封装空间上得到比较大的容量。但是电介质常数较高的材料其温度系数也是最差的，对于特定的电介质材料，电容的体积与它的容量和最大电压等级基本成正比。

电容三种类型的电介质：铝电解电介质、Z5U电介质、X7R电介质。

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二、电容器的分类：常见的电容种类包括：铝电解电容、钽电容、陶瓷电容、固态电容、薄膜电容等。其中铝电解电容、钽电容和固态电容是有极性电容；而陶瓷电容和薄膜电容是非极性电容。

(1)、铝电解电容具有较大的容量，但其适应工作环境温度较差，封装较大，不适合高密度的应用场合，也不适合要求精度高，使用寿命长的环境中使用。

(2)、钽电容工作温度范围宽且适合在高温下工作，其高频滤波特性好，封装小，因此在高速高密度PCB设计中得到了广泛应用；但是钽电容的耐电压和耐电流能力较弱，一般都需要对标称值进行降额50%使用，而且价格较高。注：在有大的冲击电流和纹波电流的场合不建议使用钽电容。

(3)、陶瓷电容具有尺寸小，低等效串联电阻ESR，低成本，高可靠性等优点，在电子产品中应用极其广泛，但是其容值较小，一般应用于电源的高频滤波中。

(4)、铝固态电容具有极低的ESR和高纹波电流的承受能力，非常适合于低压大电流的整流滤波场合；但其普遍的耐压较低，一般没有较大耐压值的型号，且价格较贵。

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三、电容器等效电路模型：

由于制造和封装的现实条件，电容中必定会存在等效串联电感(ESL)和等效串联电阻(ESR)。因此电容的特性是和信号频率非常相关的。当频率比较低时，电容表现出容性阻抗；当频率比较高时，电容表现出感性阻抗；当频率处于谐振点时，电容表现出存阻性，并且此时的阻抗是最小的，该频率点称为自谐振频率。下图是电容器的等效电路模型和电容器的阻抗-频率特性曲线。

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四、电容器主要性能参数：电容值、容许误差、额定电压、温度系数、自谐振频率、绝缘电阻(漏电流)。

1. 电容值：标称电容量是标在电容器的电容量。

2. 容许误差：电容实际容值和标称容值之间总会存在一定的偏差，称容许误差。

3. 额定电压：在额定环境温度下可连续加在电容器的最高直流电压有效值。如果工作电压超过电容器的耐压值，电容器将击穿，并造成不可修复的永久损坏。

4. 温度系数：是在给定的温度间隔内，温度每变化1摄氏度时，电容的变化数值与该温度下的标称电容的比值。

5. 自谐振频率：实际电容器件都有一定的工作频率范围，只有在其工作频率范围内，电容才具有很好的去耦作用(在谐振点附近电容的去耦作用最明显)，因此使用电容进行电源去耦时要特别注意这一点。电容的自谐振频率值取决于它的电容值及等效串联电感值，使用前可查看相关器件手册，了解相关参数，进而确定电容的有效去耦频率范围。

6. 绝缘电阻：理想的电容器，在其上加有直流电压时，应没有电流流过电容器；然而实际上存在微小的漏电流。直流电压除以漏电流的值，即为电容器的绝缘电阻。绝缘电阻的典型值为100M欧-10000M欧，且是一个不稳定的电气参数，会随着温度，湿度的变化而变化。绝缘电阻越大越好。

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五、实际应用：在实际的电路设计中，可以采用不同容值的电容和数量配比，使得去耦网络总的阻抗降低，而且可以使总的去耦网络阻抗在一个很宽的频率范围内保持较低的阻抗值。如下图所示为采用四种不同容值电容并联的阻抗-频率特性图，利用不同种类电容的谐振配合效应，使得在一个很宽的频率范围内保持较低的阻抗值。