小论电容1（电容的参数）

电容是电子元件里的三大基础元件（R、L、C）之一，可以说基本上所有的电子设备，和电有关系的东西都离不开电容，可是大家真的了解电容吗？阅读完此文你可以对电容有更进一步的了解。
本系列文章会分为四片文章论述，分别为
电容的参数
电容的分类
电容的作用
电容的挑选

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一、电容的参数

电容(Capacitance)亦称作“电容量”，是指在给定电位差下的电荷的储藏量，记为C，国际单位是法拉(F)。电容的公式为：C=εS/4πkd 。

那么电容的相关参数有：

1、电容的容值

电容的符号是C，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，换算关系如下

1法拉(F) = 1000毫法(mF) = 1000000微法(μF);

1微法(μF) = 1000纳法(nF) = 1000000皮法(pF)。

2、标称容值与误差

电容量即电容加上电荷后储存电荷的能力大小。电容量误差是指其实际容量与标称容量间的偏差，通常有±10%、±20%，用在射频电路中PI匹配中的电容±0.5%、±0.75%的小误差电容。

3、额定电压

额定工作电压是该电容器在电路中能够长期可靠地工作而不被击穿所能承受的最大直流电压(又称耐压)。它与电容器的结构、介质材料和介质的厚度有关，一般来说，对于结构、介质相同，容量相等的电容器，其耐压值越高，体积也越大。
　　当在电容器的两极板间施加电压之后，极板间的电解质便处于电场中，本来是中性的电介质，由于外电场力的作用，介质分子内的正负电荷将在空间位置上发生少许偏移(如负电荷逆电场方向移动)，形成所谓的电偶极子，也就是介质内部出现了电场，破坏了原来的电中性状态。这种现象叫做电解质的极化。可见，极化状态下的介质是带负电荷的，但这些电荷依然受介质本身的束缚而不能自由移动，介质的绝缘性能尚未遭到破坏，只有少数电荷脱离束缚而形成很小的漏电流。如果外加电压不断加强，最后将使极化电荷大量脱离束缚，引起漏电流大大增加，于是介质的绝缘性能遭到破坏，使两个极板短接，完全丧失电容的作用。这种现象称为介质击穿。介质击穿之后，电容器被毁坏。因此电容器的工作电压要有一定限制，不能随意增加。

4、温度系数

电容器电容量随温度变化的大小用温度系数(在一定温度范围内，温度每变化1℃，电容量的相对变化值)来表示，这一点和电阻是一样一样的。

5、损耗

在电场作用下，电容器单位时间内发热而消耗的能量叫电容器的损耗。 理想电容器在电路中不应消耗能量，但在实际上，电容器或多或少都要消耗能量，其能量消耗主要由介质损耗和金属部分的损耗组成，通常用损耗角正切值来表示。

6、频率特性

电容器的频率特性通常是指电容器的电参数(如电容量、损耗角正切值等)随电场频率而变化的性质。在高频下工作的电容器，由于介电常数在高频时比低频时小，因此电容量将相应地减小。与此同时，它的损耗将随频率的升高而增加。此外在高频工作时，电容器的分布参数，如极片电阻、引线和极片接触电阻，极片的自身电感，引线电感等，都将影响电容器的性能，由于这些因素的影响，使得电容器的使用频率受到限制。

7、介质

参数描述了电容采用的电介质材料类别，温度特性以及误差等参数，不同的值也对应着一定的电容容量的范围。比如
　　X7R常用于容量为3300pF~0.33uF的电容，这类电容适用于滤波，耦合等场合，电介质常数比较大，当温度从0°C变化为70°C时，电容容量的变化为±15%;
　　Y5P与Y5V常用于容量为150pF~2nF的电容，温度范围比较宽，随着温度变化，电容容量变化范围为±10%或者+22%/-82%。
　　对于其他的编码与温度特性的关系，大家可以参考表

　　例如，X5R的意思就是该电容的正常工作温度为-55°C~+85°C，对应的电容容量变化为±15%

8、封装尺寸

主要分为直插和贴片两种，贴片又细分0805、0402等，直插也分为不同大小高度的圆柱形、长条形等。

9、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，而实际上存在有微小的漏电流。直流电压除以漏电流的值，即为电容器的绝缘电阻。其典型值为100 MΩ到10000MΩ。现在CL11、CBB22等塑料薄膜电容器的绝缘电阻值可达到5000MΩ以上。电容器的绝缘电阻是一个不稳定的电气参数，它会随着温度、湿度、时间的变化而变化。绝缘电阻越大越好。

10、损耗率

电容器的损耗率是电容器一周期内转化成热能的能量与它的平均储能的比率，通常用百分数表示。电容器转化成热能的能量主要由介质损耗的能量和电容所有的电阻所引起的能量损耗，在直流电场的作用下，电容器的损耗以漏电阻损耗的形式存在，一般较小，在交变电场的作用下，电容的损耗不仅与漏电阻有关，而且与周期性的极化建立过程有关。有些电容器如电解电容在交流信号下工作损耗随频率迅速增加，只能在直流或低频工作。

11、 相位角 Ф

理想电容器：超前当前电压 90度
（理想电感器：滞后当前电压 90度
理想电阻器：与当前电压的相位相同）

12、耗散系数 （%）

损耗角正切值 Tan δ
在电容器的等效电路中，串联等效电阻 ESR 同容抗 1/ωC 之比称之为 Tan δ， 这里的 ESR 是在 120Hz 下计算获得的值。显然，Tan δ 随着测量频率的增加而变大，随测量温度的下降而增大。
D.F. = tan δ （损耗角）= ESR / Xc = （2πfC）（ESR）
损耗因数，因为电容器的泄漏电阻、等效串联电阻和等效串联电感，这三项指标几乎总是很难分开，所以许多电容器制造厂家将它们合并成一项指标，称作损耗因数，主要用来描述电容器的无效程度。损耗因数定义为电容器每周期损耗能量与储存能量之比。又称为损耗角正切。
电容的泄露电阻Rp、有效串联电阻Rs和有效串联电感L式寄生元件，可能会降低外部电路的性能。一般将这些元件的效应合并考虑，定义为损耗因数或DF。
电容的泄漏是指施加电压时流过电介质的微小电流。虽然模型中表现为与电容并联的简单绝缘电阻Rp，但实际上泄露与电压并非线性关系。制造商常常将将泄漏规定为 MΩ-μF 积，用来描述电介质的自放电时间常数，单位为秒。其范围介于 1 秒或更短与数百秒之间，前者如铝和钽电容，后者如陶瓷电容。玻璃电容的自放电时间常数为 1,000 或更大；特氟龙和薄膜电容（聚苯乙烯、聚丙烯）的泄漏性能最佳，时间常数超过 1,000,000 MΩ-μF。对于这种器件，器件外壳的表面污染或相关配线、物理装配会产生泄漏路径，其影响远远超过电介质泄漏。
有效串联电感 ESL（图 1）产生自电容引脚和电容板的电感，它能将一般的容抗变成感抗，尤其是在较高频率时；其幅值取决于电容内部的具体构造。管式箔卷电容的引脚电感显著大于模制辐射式引脚配置的引脚电感。多层陶瓷和薄膜电容的串联阻抗通常最低，而铝电解电容的串联阻抗通常最高。因此，电解电容一般不适合高频旁路应用。
电容制造商常常通过阻抗与频率的关系图来说明有效串联电感。这些图会显示：在低频时，器件主要表现出容性电抗；频率较高时，由于串联电感的存在，阻抗会升高。
有效串联电阻 ESR（图 1 的电阻 Rs）由引脚和电容板的电阻组成。如上文所述，许多制造商将 ESR、ESL 和泄漏的影响合并为一个参数，称为“损耗因数”或 DF。损耗因数衡量电容的基本无效性。制造商将它定义为每个周期电容所损失的能量与所存储的能量之比。特定频率的等效串联电阻与总容性电抗之比近似于损耗因数，而前者等于品质因数 Q 的倒数。
损耗因数常常随着温度和频率而改变。采用云母和玻璃电介质的电容，其 DF 值一般在 0.03% 至 1.0% 之间。室温时，陶瓷电容的 DF 范围是 0.1% 至 2.5%。电解电容的 DF 值通常会超出上述范围。薄膜电容通常是最佳的，其 DF 值小于 0.1%。

13、品质因素

Q = cotan δ = 1/ DF

14、等效串联电阻ESR（欧姆）

ESR = （DF） Xc = DF/ 2πfC

15、功率消耗

Power Loss = （2πfCV2） （DF）

16、功率因数

PF = sin δ （loss angle） – cos Ф （相位角）

17、阻抗 Z

在特定的频率下，阻碍交流电流通过的电阻即为所谓的阻抗（Z）。它与电容等效电路中的电容值、电感值密切相关，且与 ESR 也有关系。
Z = √ ［ESR^2 + （XL - XC）^2 ］
式中，XC = 1 / ωC = 1 / 2πfC
XL = ωL = 2πfL
电容的容抗（XC）在低频率范围内随着频率的增加逐步减小，频率继续增加达到中频范围时电抗（XL）降至 ESR 的值。当频率达到高频范围时感抗（XL）变为主导，所以阻抗是随着频率的增加而增加。

18、漏电流

电容器的介质对直流电流具有很大的阻碍作用。然而，由于铝氧化膜介质上浸有电解液，在施加电压时，重新形成的以及修复氧化膜的时候会产生一种很小的称之为漏电流的电流。通常，漏电流会随着温度和电压的升高而增大。

19、纹波电流和纹波电压

在一些资料中将此二者称做“涟波电流”和“涟波电压”，其实就是 ripple current，ripple voltage。 含义即为电容器所能耐受纹波电流/电压值。 它们和ESR 之间的关系密切，可以用下面的式子表示：
Urms = Irms × R
式中，Vrms 表示纹波电压，Irms 表示纹波电流，R 表示电容的ESR
由上可见，当纹波电流增大的时候，即使在 ESR 保持不变的情况下，涟波电压也会成倍提高。换言之，当纹波电压增大时，纹波电流也随之增大，这也是要求电容具备更低 ESR 值的原因。叠加入纹波电流后，由于电容内部的等效串连电阻（ESR）引起发热，从而影响到电容器的使用寿命。一般的，纹波电流与频率成正比，因此低频时纹波电流也比较低。