電容的選擇技巧
發(fā)布時(shí)間:2018-06-29 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】電容是我們?cè)陔娐分薪?jīng)常用到的無(wú)源器件,經(jīng)常見(jiàn)到的幾種有鋁電解電容,濾波電容,鉭電容,貼片陶瓷電容等。由于每種電容的特性決定了相應(yīng)的使用場(chǎng)合不同。所以本文先介紹電容的基礎(chǔ)知識(shí),然后通過(guò)比較幾種電容的區(qū)別和特點(diǎn),總結(jié)出了在實(shí)際電路中選擇電容的技巧。
電容的基礎(chǔ)知識(shí)
1.電容的分類和作用
電容由兩個(gè)金屬極,中間夾有絕緣材料(介質(zhì))構(gòu)成。由于絕緣材料的不同,所構(gòu)成的電容器的種類也有所不同:
(1)按結(jié)構(gòu)可分為:固定電容,可變電容,微調(diào)電容。
(2)按介質(zhì)材料可分為:氣體介質(zhì)電容,液體介質(zhì)電容,無(wú)機(jī)固體介質(zhì)電容,有機(jī)固體介質(zhì)電容電解電容。
(3)按極性分為:有極性電容和無(wú)極性電容。 我們最常見(jiàn)到的就是電解電容。
(4)電容在電路中具有隔斷直流電,通過(guò)交流電的作用。
2.電容的符號(hào)
電容的符號(hào)同樣分為國(guó)內(nèi)標(biāo)表示法和國(guó)際電子符號(hào)表示法,但電容符號(hào)在國(guó)內(nèi)和國(guó)際表示都差不多,唯一的區(qū)別就是在有極性電容上,國(guó)內(nèi)的是一個(gè)空筐下面一根橫線,而國(guó)際的就是普通電容加一個(gè)“+”符號(hào)代表正極。
在電路圖示中,電容一般用C符號(hào)標(biāo)識(shí)。
3.電容的單位
電阻的基本單位是:F (法),此外還有μF(微法)、nF(納法)、pF(皮法),由于電容 F 的容量非常大,所以我們看到的一般都是μF、nF、pF,而不是F. 他們之間的具體換算如下:
1F=1000000μF
1μF=1000nF=1000000pF
4.電容的耐壓 單位:V(伏特)
每一個(gè)電容都有它的耐壓值,這是電容的重要參數(shù)之一。普通無(wú)極性電容的標(biāo)稱耐壓值有:63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V等,有極性電容的耐壓值相對(duì)要比無(wú)極性電容的耐壓要低,一般的標(biāo)稱耐壓值有:4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V、100V、220V、400V等。
5.電容的種類
電容的種類有很多,可以從原理上分為:無(wú)極性可變電容、無(wú)極性固定電容、有極性電容等,從材料上可以分為:CBB電容(聚乙烯),滌綸電容、瓷片電容、云母電容、獨(dú)石電容、電解電容、鉭電容等。
電路中電容選擇的技巧
有了上面的電容基礎(chǔ)知識(shí)做鋪墊,下面我們就來(lái)比較一下幾種電容的區(qū)別和特點(diǎn),總結(jié)一下在實(shí)際電路中選擇電容的一些技巧。
(1)鋁電解電容。其主要的組成部分就是鋁箔和電解液。簡(jiǎn)單的了解鋁電解電容的生產(chǎn)工藝,即把鋁箔卷成柱狀,注入液態(tài)電解質(zhì),再引出正負(fù)兩個(gè)端子,然后把電容的芯材密封在金屬外殼里。液態(tài)電解液中存在一定比例的水,當(dāng)電容上有漏電流流過(guò)的情況下,水可以被分解為氫氣和氧氣,氧氣通過(guò)氧化反應(yīng)可以與陽(yáng)極形成新的氧化膜,氫氣通過(guò)電容的橡膠塞排出。這樣不至于損壞電容。生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,成本低是鋁電解電容的一個(gè)特點(diǎn)。除此之外,鋁電解電容還有以下特點(diǎn):
a. 由于密封殼不是完全的密封,電解液會(huì)容易干涸,因此鋁電解電容的使用壽命有限;
b. 由于電解液中水的存在,影響了鋁電解電容在高溫和低溫環(huán)境下的使用性能;
c. 工藝特性原因,鋁電解電容的ESR,ESL比較難做小,因此鋁電解電容的自諧振頻率點(diǎn)通常都比較低,大致在幾十KHz到幾MHz范圍;
d. 鋁電解電容的容量與鋁箔的尺寸正相關(guān),容量可以做的很大,容量越大電容尺寸越大。
根據(jù)以上特性,鋁電解電容被廣泛應(yīng)用在低頻的濾波場(chǎng)合,特別是在幾十KHz到幾MHz的環(huán)境,比如電源的輸出濾波,我們經(jīng)??吹降亩际卿X電解電容的身影。在使用鋁電解電容的時(shí)候,要注意電容耐壓滿足電路需求。另外,在其他要求不嚴(yán)格的情況下,容量可以盡量選擇大一些,容量越大ESR越小,更容易滿足電路目標(biāo)阻抗的要求。在某些高溫使用環(huán)境,盡量避免選擇小體積小容量的鋁電解電容,以免由于溫度過(guò)高電解液揮發(fā)干涸造成電容失效影響到整個(gè)電路的工作。
(2)濾波電容。整流后由于濾波用的電容器容量較大,故必須使用電解電容。濾波電容用于功率放大器時(shí),其值應(yīng)為10000μF 以上,用于前置放大器時(shí),容量為 1000μF 左右即可。當(dāng)電源濾波電路直接供給放大器工作時(shí),其容量越大音質(zhì)越好。但大容量的電容將使阻抗從 10KHz 附近開始上升。這時(shí)應(yīng)采取幾個(gè)稍小電容并聯(lián)成大電容同時(shí)也應(yīng)并聯(lián)幾個(gè)薄膜電容,在大電容旁以抑制高頻阻抗的上升。濾波電容的特點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面:
a. 諧波濾波器回路由電容器串聯(lián)電抗器組成,在某一諧波階次形成最低阻抗,用以吸收大量諧波電流,電容器的質(zhì)量會(huì)影響諧波濾波器的穩(wěn)定吸收效果,電容器的使用壽命跟溫度有很大的關(guān)系,溫度越高壽命越低,濾波全膜電容器具有溫升低等特點(diǎn),可以保證其使用壽命;
b. 損耗低,介質(zhì)損耗角正切值(tgδ):≤0.0003;
c. 符合GB、IEC標(biāo)準(zhǔn),內(nèi)部單體電容器均附裝保護(hù)裝置;
d. 體積小且重量輕,搬運(yùn)安裝極為方便。
根據(jù)濾波電容的特點(diǎn)我們可以了解到濾波電容是并聯(lián)在整流電源電路輸出端,用以降低交流脈動(dòng)波紋系數(shù)、平滑直流輸出的一種儲(chǔ)能器件。在使用將交流轉(zhuǎn)換為直流供電的電子電路中,濾波電容不僅使電源直流輸出平穩(wěn),降低了交變脈動(dòng)波紋對(duì)電子電路的影響,同時(shí)還可吸收電子電路工作過(guò)程中產(chǎn)生的電流波動(dòng)和經(jīng)由交流電源串入的干擾,使得電子電路的工作性能更加穩(wěn)定。
(3)鉭電容。鉭電容是另外一種使用廣泛的電容,同鋁電解電容一樣,鉭電容也是一種電解電容。其主要的工藝流程是將鉭粉壓制成型后燒結(jié)成多孔的實(shí)心塊,經(jīng)過(guò)陽(yáng)極化處理形成氧化膜,然后覆上固體電解質(zhì),再覆上一層石墨及鉛錫涂層,最后用樹脂封裝成型為固體的鉭電容。鉭電容具有如下特點(diǎn):
a. 與鋁電解電容不同,鉭電容的電解質(zhì)為固體,所以不存在電解液干涸的問(wèn)題,壽命會(huì)有所提高;
b. 由于采用的固體電解質(zhì),其容量溫度特性比較穩(wěn)定,因此溫度對(duì)電容容量的影響較小,高低溫性能優(yōu)于鋁電解電容;
c. 鉭電解電容可以做到較大容量下較小的封裝,因此ESR,ESL都可以控制的比較小,其自諧振頻率比鋁電解電容要高;
d. 工藝上比鋁電解電容復(fù)雜,成本較高。
通過(guò)比較我們可以發(fā)現(xiàn),鉭電容有很多鋁電解電容不具備的優(yōu)點(diǎn),在某些濾波的使用場(chǎng)景鉭電容可以很好的替代鋁電解電容。但是有幾個(gè)需要注意的點(diǎn):由于鉭電容的結(jié)構(gòu)決定了,鉭電容的耐壓普遍不高,在實(shí)際電路重要注意鉭電容的耐壓要求,并留有一定余量。在對(duì)付電源上電瞬間大電流沖擊和和大的電壓瞬變方面鉭電容沒(méi)有鋁電解電容優(yōu)秀。溫度對(duì)鉭電容的影響很小,在實(shí)際使用中我們可以忽略溫度對(duì)鉭電容的影響。
(4)瓷片電容。瓷片電容是我們?cè)趯?shí)際電路中使用最多的電容,其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,就是把瓷片交替疊在一起燒結(jié)而成。體積小成本低,使用廣泛。其只要特點(diǎn)有:
a. 尺寸小。瓷片電容結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,尺寸可以做到很小,0402甚至0201封裝的瓷片電容廣泛應(yīng)用在像手機(jī)這樣對(duì)尺寸有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合;
b. 電性能穩(wěn)定,溫度影響較??;
c. ESR,ESL值很低,自諧振頻率較高,可應(yīng)用于PCB上幾MHz到1GHz的濾波要求;
d. 由于多層的結(jié)構(gòu)特性和封裝原因,抵抗彎曲能力較差,PCB彎曲變形有可能引起電容開裂失效。
根據(jù)以上器件特性,瓷片電容除了應(yīng)用于濾波場(chǎng)景以外,還廣泛應(yīng)用于隔直,耦合,旁路等多種應(yīng)用場(chǎng)合。其工作頻率較電解電容有很大提高,能滿足幾MHz到1GHz的應(yīng)用環(huán)境。
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