电子器件 电容的参数、选型与使用技巧

一、参数

最重要的参数有五个,分别是精度温度系数耐压温度范围ESR

1.1 精度

电容和电阻不同,电阻精度可以做到高于 0.1%,而电容的话 5% 精度非常高的了。一般为 5%,10%,25% 等。

1.2 温度系数

电容的电容量会随着温度的上升而下降(低于工作温度后也会明显下降),同样电容的温度系数的单位为PPM。
比如一个0.1UF,250ppm的电容,温度每升高1℃,其电容量要降低。

MLCC(一般指贴片陶瓷电容)里面常用的有:NP0,C0G,Y5V,Z5U、X7R,X5R 等。

C0G(即 NP0 电容,两者为同一物体),NP0 是一种最常用的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器。它的填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成的。NP0 电容器是电容量和介质损耗最稳定的电容器,在温度从 -55℃+125℃ 时容量变化为 0±30ppm/℃。

C0G 电容器适合用于振荡器、谐振器的槽路电容,以及高频电路中的耦合电容。C0G电容堪称完美,但是有个缺点是:不能做大容量,常见最大容量的 C0G 电容为 0.47uF,且价格较贵。

除此之外,常见的 MLCC 还有 C0G,Y5V,Z5U、X7R,X5R 等。NP0,C0G 温度特性平稳、容值小、价格高;Y5V,Z5U温度特性大、容值大、价格低;X7R、X5R则介于以上两种之间。

C0G电容器具有高温度补偿特性,适合作旁路电容和耦合电容。
X7R电容器是温度稳定型陶瓷电容器,适合要求不高的工业应用。
Z5U电容器特点是小尺寸和低成本,尤其适合应用于去耦电路。
Y5V电容器温度特性最差,但容量大,可取代低容铝电解电容。

 其中做代表的含义如下,如 X7R 是最低温度 -55°,最高温度+125°,误差15%

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1.3 耐压

电容的电容量会随着其两端的电压增大而减小。
理论上电容的耐压要比所处环境的电压最大值大即可,实际使用时需要留有 80% 的裕量,比如某处的电压最高为 8V,则需要选用耐压为 10V 以上的产品。
特别是钽电容,钽电容一定要小心伺候,钽电容的性格极其暴烈,它是一种有极性电容,接反必爆炸,必起火。再就是钽电容的耐压必须留有 50% 的裕量,比如某处的电压最高为 8V,则需要选用耐压为 16V 以上钽电容,否则产品极不稳定。

1.4 温度范围

电容必须在其规定的温度范围内使用,比如电解电容一般使用于 105℃ 以下,150℃ 的高温应用可以选用钽电容和 NP0 电容。

1.5 ESR

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其中 ESR 非常重要,一般的 DCDC 电源输出端需要 ESR 极低的电容,如 MLCC ,钽电容等。

C 电容器的标称值表11中列出了标准电容值
ESR 等效串联电阻理想值为0陶瓷电容器具有最佳的 ESR (通常为毫欧级)。电解电容器的 ESR 为数百毫欧,而铝电解电容器的 ESR 为欧姆级。
ESL 等效串联电感理想值为0
ESL范国在 100pH 至1 0nH 之间
Rp Rp 为并联泄露电阻(或称为绝缘电阻)理想值为无穷大
其范围可以从某些电解电容器的数十兆欧,至陶瓷电容器的几十千兆欧。

1.6 ESL与影响

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在设计电路的时候,只要用到了芯片,就需要在此芯片的 VCC 引脚放置一个 0.1μF 的陶瓷电容进行滤波。

但是如果供电中的谐波频率高到一定的时候电容中的 ESL 电感的作用就不可忽视了,再高的时候 ESL 电感就起主导作用了。电容就失去滤波的作用了。这时候需要降低电容量。

下图表示电容容量与损耗的关系:

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100K~10MHz 100nF(0.1uF) 陶瓷电容
10M~100MHz 10nF(0.01uF) 陶瓷电容
>100MHz 1nF(0.001uF) 陶瓷电容

二、极性电容

常见的极性电容有,常用的有极性电容有电解电容、贴片电解电容、固态电容和钽电容。

电解电容,贴片电解电容,和固态电容比较结实,接近耐压值也不会坏。

下图中,短针脚或是银色部分为极性电容负级,反之是正极。

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2.1 钽电容

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④ 中表明的 227A 是电容的容量和电压。其中A表的是额定电压,如下图表中所示:

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 227所表达含义为电容的容量:22 * 10^7pF = 220uF。

关于快速计算容量还有一个小窍门:

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四、电容滤波技巧

推荐大小电阻并联使用,分别过滤到不同谐波分量。

容量越小的电容越靠近VCC芯片的引脚滤波效果更好。

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