电子元件-电容

内容包括电容的大致分类，电容的ESR，电容的温度特性，旁路电容与去耦电容、日本红宝石电容介绍，三端子电容器等。紫色文字是超链接，点击自动跳转至相关博文。持续更新，原创不易！

目录：

一、电容的ESR

1、关于电容ESR

2、电容ESR的测量

3、低ESR在电力控制器中的应用

1）应用场合   2）快速充放电电容(低ESR)生产厂家

4、常用计算

二、电容的温度特性

1、涤纶电容与CBB电容温度特性

1）简介   2）温度特性

2、陶瓷电容温度特性

1）一类等级IEC/EN 60384-8/21 和 EIA-RS-198   2）二类等级参照EIA RS-198标准

3、钽电容温度特性

4、日本TAIYO轴向电容温度特性

5、塑料(麦拉)电容(MC)温度特性

6、X2电容(MKP)温度特性

1）参数说明   2）尺寸选型表(MPX/MKP)

3）薄膜电容(上图)与瓷片电容、Y2电容(下图)曲线对比图

三、旁路电容与去耦电容详解

1、简述

2、旁路电容与去耦电容

3、总结

1）冲击电流的产生  2）降低冲击电流影响的措施  3）何为去耦电容

4）去耦电容如何取值  5）去耦电容的种类  6）去耦电容的放置

四、三端子电容器的优势

五、电容的大致分类

1、聚酯(涤纶)电容(CL)

2、聚苯乙烯电容(CB)

3、聚丙烯电容(CBB)

4、云母电容(CY)

5、高频瓷介电容(CC)

6、玻璃釉电容(CI)

7、铝电解电容

9、钽电解电容(CA)、铌电解电容(CN)

10、校正电容

11、薄膜介质微调电容器

12、陶瓷介质微调电容器

13、独石电容

14、MLCC电容

15、特氟龙电容

六、日本红宝石电容

1、概述

2、YXA

3、YXF

4、YXJ

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电容是如何工作的

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一、电容的ESR

1、关于电容ESR

下面以 Nichicon 的两个比较好的电解电容说明，一个是 LED 灯专用超长寿电容，一个是小型开关电源用电容的指标，前者保证的 DF=0.2，后者保证的 DF=0.1，根据测试频率 120Hz 来看，电容的 Xc=1/2πfc = 28.23Ω，DF=Rs/Xc，因此对应的 ESR 就是 5.36Ω 和 2.82Ω。

铝电解电容通常只适用于直流场合，设计工作电压至少要低于额定电压的80%。对于有浪涌防护的电路，其额定浪涌电压要高于防护器件(通常是TVS)的残压。

铝电解电容的规格书只给出了耗散因数正切角tanδ。可以根据以下公式来计算ESR：ESR = tanδ/(2πfC)。

例如：120Hz时，tanδ=16%，而C=220uF，则ESR约为965mΩ。可见铝电解电容的ESR非常大，这会导致输出电压纹波很大。因此，使用铝电解电容时，需要配合使用片状陶瓷电容，靠近DC/DC芯片放置。随着开关频率和温度的升高，ESR会下降。

铝电解电容的寿命比较短，选型需要注意。而寿命是和工作温度直接相关，规格书通常给出产品最高温度时的寿命，例如105度，寿命为2000小时。

根据经验规律，工作温度每下降10，寿命乘以2。如果产品的设计使用寿命为3年，也就是26280小时。则10*log2(26280/2000)=37.3，那么设计工作温度不能超过65度。

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2、电容ESR的测量

有制式 LCR 表，可以很精确测量电容的各种参数。但如果特定针对普通电解电容，由于电解电容的 ESR 通常较大，可以用简单的方法测得较好结果，比如你说你有交流信号。不管是信号发生器还是一个工频变压器都好，反正对频率不高，ESR 较大的情况还是比较容易测得相对准确的。

首先找一个参考用电阻，大小应该比估计的 ESR 更大一些，这样方便计算，然后和电容串联接入（正弦波）交流源中，然后用万用表测电容两端电压和参考电阻两端电压，就可以求出回路电流。一个电解电容在低频时，等效为一个理想电容 C1 和 ESR 的 R1 的串联，因此可用这两个电压和已知的参考电阻大小求出 ESR。

下面以一个 47uF 电容和 3Ω 的 ESR 构成电解电容模型说明，Proteus或Multisim均可：

电容的阻抗 Z=R+jX，后期计算如下，结果和预设的 3Ω 非常接近，精度很理想。

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3、低ESR在电力控制器中的应用

1）应用场合

低ESR电容用于配电自动化馈线终端FTU中是非常合适的选择，参看“测试相关汇总”之四、断路器分闸、合闸时间测试。多个电容 并联可以降低ESR值。

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2）快速充放电电容（低ESR）生产厂家

深圳市雅达康电子科技有限公司

深圳市青佺电子有限公司

上海一点点电子科技有限公司

尼吉康 LQ快速充放电电容代售

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4、常用计算

关于电容器的线性充电量详细推算见“RC电路相关计算之附录1、电容定义式与决定式”。

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二、电容的温度特性

来源：【电容】关于电容，这篇说得太详细了_lxm920714的专栏-CSDN博客_电容csdn

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1、涤纶电容与CBB电容温度特性

1）简介

（1）CL是涤纶电容器，又称聚酸酯薄膜电容器。tanδ(3～7)×10^(-3)。电容量可从100pf到几百μf；工作电压从几十伏到上万伏。绝缘电阻高，耐热性好。具有自愈性和无感特性。缺点是损耗tanδ大，电参数稳定性差。

（2）CCB是聚丙烯薄膜电容器。tanδ(1～10)×10^(-4)(比CL低一个数量级)。具有优良的高频绝缘性能，电容量与损耗tanδ在很大频率范围内与频率无关，随温度变化很小，而介电强度随温度升高而有所增加，这是其他介质材料难以具备的。耐温高，吸收系数小。

（3）CL21和CBB21都是金属化电容器，优点是引出线是从喷了金属的端面引出，从而使电流通路很短，所以也称为无感电容器。

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2）温度特性

CL型与CBB型电容器的温度系数大体上都为300ppm/左右，但是CL型为正温度系数，CBB型为负温度系数。CBB型电容器在温度升高40时,容量要下降12%左右。所以这两种电容器都不能制成精密电容器,最高精度只有±5%(J)。

 

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2、陶瓷电容温度特性

1）一类等级IEC/EN 60384-8/21 和 EIA-RS-198

据上表可以看出，“NP0”电容和“C0G”电容的漂移都为0，容差均为±30ppm/K；“N1500”电容和“P3K”电容的漂移均为1500ppm/K，最大容差均为±250ppm/°C。

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2）二类等级参照EIA RS-198标准

举列：

Z5U电容工作温度范围+10 °C～+85 °C，与25°C 比较其容差+22%～-82%；

X7R电容工作温度范围-55 °C～+125 °C，与25°C 比较其容差±15%；

X7A电容工作温度范围-55 °C～+125 °C，与25°C 比较其容差±1%。

NP0的容值不能做的太高，目前0.1uF最大；X7R呈正负曲线形式。

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3、钽电容温度特性

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4、日本TAIYO轴向电容温度特性

比如：日本太阳诱电UP050CH105J轴向色环电容

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5、塑料(麦拉)电容(MC)温度特性

 

受温度影响小，但价格很贵，在几十元。

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6、X2电容(MKP)温度特性

1）参数说明

（1）X2电容器类别，代表这是X2安规电容

（2）104K代表电容器的容量和误差

（3）MPX/MKP代表电容器型号，MKP是金属化聚丙烯膜电容器(Metalized Polypropylene Film Capacitor)，即薄膜电容

（4）用三位数表示容量，前两位表示的是容量值，后一位表示的是10的指数。K代表误差为±10%

（5）40/110/56/B代表气候类别，下限温度是-40，上限温度是110，稳态湿热天气为56天，B代表有焰燃烧等级

（6）不同国家的安规认证，对X2电容的额定电压要求是不一样的

         CQC认证要求的额定电压是310VAC，其它国家要求为：275V、305VAC、310VAC

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2）尺寸选型表(MPX/MKP)

 

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3）薄膜电容(上图)与瓷片电容、Y2电容(下图)曲线对比图

 

实测MKP-X2 100nF电容：

引自电容器温度特性图

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三、旁路电容与去耦电容详解

1、简述

电路来说，总是存在驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感、电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹)，这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作。这就是耦合。

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2、旁路电容与去耦电容
1）去藕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
2）旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄放途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般是0.1uF、0.01uF等，而去耦合电容一般比较大，是10uF或者更大，依据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。
3、旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源，这应该是他们的本质区别。

去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。

数字电路中典型的去耦电容值是0.1μF，这个电容的分布电感的典型值是5μH，0.1μF的去耦电容有5μH的分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz左右，也就是说,对于10MHz以下的噪声有较好的去耦效果，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。

0.1μF、10μF的电容，并行共振频率在20MHz以上，去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片充放电电容，或1个蓄能电容，可选10μF左右。最好不用电解电容，电解电容是两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感，要使用钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格，可按C=1/——即10MHz取0.1μF，100MHz取0.01μF。

分布电容是指由非形态电容形成的一种分布参数。一般是指在印制板或其他形态的电路形式,在线与线之间、印制板的上下层之间形成的电容。这种电容的容量很小，但可能对电路形成一定的影响。在对印制板进行设计时一定要充分考虑这种影响，尤其是在工作频率很高的时候。也成为寄生电容，制造时一定会产生，只是大小的问题。布高速PCB时，过孔可以减少板层电容，但会增加电感。分布电感是指在频率提高时，因导体自感而造成的阻抗增加。

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3、总结

旁路实际上就是给高频干扰提供一个到地的能量释放途径，不同的容值可以针对不同的频率干扰。所以一般旁路时常用一个大贴片加上一个小贴片并联使用。对于相同容量的电容的Q值我认为会影响旁路时高频干扰释放路径的阻抗，直接影响旁路的效果，对于旁路来说，希望在旁路作用时，电容的等效阻抗越小越好，这样更利于能量的泄放。
数字电路输出信号电平转换过程中会产生很大的冲击电流，在供电线和电源内阻上产生较大的压降，使供电电压产生跳变，产生阻抗噪声(亦称开关噪声)，形成干扰源。

1）冲击电流的产生

（1）输出级控制正负逻辑输出的管子短时间同时导通，产生瞬态尖峰电流

（2）受负载电容影响,输出逻辑由“0”转换至“1”时，由于对负载电容的充电而产生瞬态尖峰电流。瞬态尖峰电流可达50mA,动作时间大约几ns至几十ns

2）降低冲击电流影响的措施

1）降低供电电源内阻和供电线阻抗

2）匹配去耦电容

3）何为去耦电容

在IC(或电路)电源线端和地线端加接的电容称为去耦电容

4）去耦电容如何取值

去耦电容取值一般为0.01uF~0.1uF，频率越高，去耦电容值越小

5）去耦电容的种类

独石    玻璃釉   瓷片   钽

6）去耦电容的放置

去耦电容应放置于电源入口处，连线应尽可能短。

有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。

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四、三端子电容器的优势

电容分为电解电容、陶瓷电容、钽电容等。陶瓷电容在移动智能产品中使用广泛，其中又分为三端子电容和两端子电容，三端子电容高频特性好。

下图是两端子电容和三端子电容的实物对比图

理想的电容，随着频率的增加，阻抗越来越低。见下图的阻抗频率曲线。

然而实际电容是有寄生参数的，下图是电容的简化等效模型，由于串联等效电阻ESR和串联等效电感ESL的存在，使得电容的阻抗频率特性产生了巨大变化。

下图是实际电容的阻抗频率特性，我们可以看到在低频段，电容起主导作用，阻抗随着频率增加而降低，然而高频段是电感起主导作用，阻抗随着频率增加而增加，这部分正是我们不希望看到的。

所谓的三端子电容高频特性好，就是它的ESL低。

我们对比下22uf的两端子电容和三端子电容的阻抗差异。可以看到两端子电容在1.05Mhz 处阻抗大约3mΩ，三端子电容谐振频率高一些，在3Mhz处阻抗只有大约2mΩ；最主要的高频部分，两端子电容在1Ghz处甚至超过了1Ω，而三端子电容只有110mΩ。三端子电容完胜！

 

为什么三端子电容的高频特性好呢？同样的问题：为什么三端子电容的ESL小？

那是因为三端子电容结构特殊，缩短了电流路径，使得ESL具有并联的特性，进而减小了ESL，使得高频特性好。

三端子电容的高频特性好，封装也好，但价格却很高。本部分内容来自：www.dianyuan.com/eestar/article-1559.html。

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五、电容的大致分类

1、聚酯(涤纶)电容(CL)
电容量:40p～4uF
额定电压:63～630V
主要特点:小体积,大容量,耐热耐湿,稳定性差
应用:对稳定性和损耗要求不高的低频电路

常见涤纶电容器耐压的标注是采用一个数字和一个字母组合而成。数字表示10的幂指数，字母表示数值，单位是V（伏）。 

字母=数值，如下所示：
A=1.0 B=1.25 C=1.6 D=2.0 E=2.5 F=3.15 G=4.0 H=5.0 J=6.3 K=8.0 Z=9.0
例：2A代表 1.0*10^2=100V ；1J代表 6.3*10^1=63V

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2、聚苯乙烯电容(CB)

电容量:10p～1uF
额定电压:100V～30KV
主要特点:稳定,低损耗,体积较大
应用:对稳定性和损耗要求较高的电路

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3、聚丙烯电容(CBB)
电容量:1000p～10uF
额定电压:63～2000V
主要特点:性能与聚苯相似但体积小,稳定性略差
应用:代替大部分聚苯或云母电容,用于要求较高的电路

CBB22 用在直流，脉冲，高频较大电流场合，应用于要求高频率，高电流，高稳定性的电器中。

特点：金属化聚丙烯膜，环氧树脂包封，高频损耗小，绝缘性能好，自愈效果好。与CBB21相比质量更好，可以适合高电流的场合。

CBB60、61适用于频率为50HZ(60Hz)交流电源供电的单向电动机的起动和运转。

CBB81(PPS)金属化聚丙烯高压电容器

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4、云母电容(CY)
电容量:10p～0.1uF
额定电压:100V～7kV
主要特点:高稳定性,高可靠性,温度系数小
应用:高频振荡,脉冲等要求较高的电路

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5、高频瓷介电容(CC)
电容量:1～6800pF
额定电压:63～500V
主要特点:高频损耗小,稳定性好
应用:高频电路

低频瓷介电容(CT)
电容量:10p～4.7uF
额定电压:50V～100V
主要特点:体积小,价廉,损耗大,稳定性差
应用:要求不高的低频电路
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6、玻璃釉电容(CI)
电容量:10p～0.1uF
额定电压:63～400V
主要特点:稳定性较好,损耗小,耐高温(200度)
应用:脉冲、耦合、旁路等电路

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7、铝电解电容
电容量:0.47～10000uF，电容的单位里uF也有写作mFB或mFD(其中mF指microFarad微法拉)
额定电压:6.3～450V
主要特点:体积小,容量大,损耗大,漏电大
应用:电源滤波,低频耦合,去耦,旁路等

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9、钽电解电容(CA)、铌电解电容(CN)
电容量:0.1～1000uF
额定电压:6.3～125V
主要特点:损耗、漏电小于铝电解电容
应用:要求高的电路中代替铝电解电容

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10、校正电容

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11、薄膜介质微调电容器
可变电容量:1～29pF
主要特点:损耗较大,体积小
应用:收录机,电子仪器等电路作电路补偿

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12、陶瓷介质微调电容器
可变电容量:0.3--22pF
主要特点:损耗较小,体积较小
应用:精密调谐的高频振荡回路

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13、独石电容
独石电容的特点:电容量大、体积小、可靠性高、电容量稳定,耐高温耐湿性好等
应用范围:广泛应用于电子精密仪器.各种小型电子设备作谐振、耦合、滤波、旁路
容量范围:0.5pF～1uF
耐压:二倍额定电压
里面说独石又叫多层瓷介电容,分两种类型,型性能挺好,但容量小,一般小于0.2uF,另一种叫II型,容量大,但性能一般

就温漂而言：独石为正温系数+130左右，CBB为负温系数-230，用适当比例并联使用,可使温漂降到很小。
就价格而言：钽、铌电容最贵，独石、CBB较便宜，瓷片最低，但有种高频零温漂黑点瓷片稍贵。云母电容Q值较高，也稍贵。

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14、MLCC电容

MLCC(Multi-layer Ceramic Capacitors)是片式多层陶瓷电容器英文缩写。是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层（外电极），从而形成一个类似独石的结构体，故也叫独石电容器。

比如西安市西无二电子信息集团有限公司(西安九元高压电容器厂)的CT1-100V-100nF

电容量：1V 1kHz 25 100nF±3%

损耗角正切：1V 1kHz 25 tgδ<0.4%

温度特性：-20～+85≤±0.5％

耐电压：50Hz 400VAC@1min(空气中进行)

绝缘电阻：≥106MΩ

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15、特氟龙电容

一般在240℃～260℃之间连续使用，具有显著的热稳定性。

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六、日本红宝石电容

1、概述

日本红宝石电容(Rubycon)主要产品系列： 

YK系列（85度普通标准品）、YXA系列（105度高温标准品）：应用于家用电器、电脑板卡、仪表、消费类电子产品等，在可靠性高的场合，宜采用YXA系列。 YXF系列（105度长寿命、低阻抗品）。

YXG(105度长寿命、高纹波品)：用于开关电源作为输出滤波用，在滤波要求高的场合建议采用YXG系列，长寿命数字电能表建议采用YXF系列。 

ZLH系列（105度低阻抗品）、ZL（105度高纹波低阻抗品）：是YXF、YXG的改进型。在耐纹波的能力上有很大的提高，特别适用军事、航天、航空等领域的开关电源中。 

BXA系列（105度 8000－ 10000小时长寿命品）、CFX系列（105度 5000小时长寿命品）：节能灯及电子镇流器专用品。 

USC系列（85度针脚基板自立型）、MXC系列（105度针脚基板自立型）：彩电、显示器、空调等电子产品中工频电源部分滤波用。

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2、YXA
形式：直插
特性：105标准品，常用品
温度：-55~105/-25~105
额定电压：6.3~250V/350~450V
静电容量:0.1~22000μf
漏电流:0.01CV或3μA
寿命：1000~3000H
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3、YXF
形式：直插
特性：105高频低阻,长寿命品.
温度：-40~105
额定电压：6.3~250V
静电容量:0.47~15000μf
漏电流:0.01CV或3μA
寿命：4000~10000H
YXA是标准品,YXF是高频低阻,YXF应用在高频电路中。

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4、YXJ

105小型化高频系列：适用于开关电源、电表市场。

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