硬件基础 —— 电容

1、电容基本知识（记忆元件）

    电容器是一种能储存电荷的容器。电容器对直流电阻力无穷大，即电容器具有通交隔直的作用。电容器对交流电的阻力受交流电频率影响，即相同容量的电容器对不同频率的交流电呈现不同的容抗。

    电容器对频率越高的交流电的阻碍作用就越小，即容抗小，反之电容器对频率低的交流产生的容抗大。对于同一频率的交流电电。电容器的容量越大，容抗就越小，容量越小，容抗就越大。（X_c=1/2πfC）

符号：C（单位：F，mF，uF，nF，pF）

    电容器储存电荷量的多少，取决于电容器两端所加电压。储电量在数值上等于加在导电极板上的电压与电容的乘积。

即：Q = CU

Q：一个极板上的电荷，单位为库仑（C）。

U：两极板间的电位差，单位为伏特（V）。

C：电容量，单位法拉（F）。

S：极板面积，单位为平方米（m2）。

d：两极板间距，单位为米（m）。

ε：电介质常数，单位为法/米（F/m）。

   1F = 10^6 μF = 10^9 nF=10^12 pF

当电容器电容量一定时，两极板所加电压越高，储存的电荷越多。

2、电容的分类

结构：固定电容，可变电容。

材质：云母、瓷介、纸介，电解电容器等。 常用的有陶瓷电容，A电解电容，Ta电解电容（Ta比Al稳定，性能更好，体积更小，价格要贵）而我们现在用的是多层陶瓷电容(MLCC)和钽(Ta)电容。

3、电容的特性参数

容量与误差 ：实际电容量和标称电容量允许的最大偏差范围。一般使用的容量误差有： J级±5%， K级±10%， M级±20%。

额定电压值：在下限类别温度和额定温度之间的任一温度下，可以连续施加在电容器上的最大直流电压或最大交流电压的有效值或脉冲电压的峰值。又称耐压。对于结构、介质、容量相同的器件，耐压越高，体积越大（一般为4、 6.3、10、 16、 25、 35、 50V)。

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。温度系数越小越好。

绝缘电阻：电容两极之间的电阻，或叫漏电电阻。漏电电阻越大越好。 损耗：在电场的作用下，电容器在单位时间内发热而消耗的能量。这些损耗主要来自介质损耗和金属损耗。通常用损耗角正切值来表示。频率特性：电容器的电参数随电场频率而变化的性质。在高频条件下工作的电容器，由于介电常数在高频时比低频时小，电容量也相应减小。损耗也随频率的升高而增加（陶瓷电容：低频、高频；钽电容：直流、脉动直流）。 

4、电容的作用

储存电荷

通交隔直

旁路（去耦）：并联于电源两端用作滤波；并联于电阻两端旁路交流信号； 串联于电路中，隔直流通交流，耦合交流信号，与其他元件 配合，组成谐振回路，产生锯齿波、定时等。

如：对于电源芯片，我们一般都用一个大电容（100uF到1000uF）和一个小电容（0.1uF或者0.01uF）来作为电源的滤波电路，大电容用来滤除低频噪声，小电容用来滤除高频噪声。

5、电容的失效

    常见的失效模式主要有以下几种：击穿、开路、电参数退化（包括电容量退化、损耗和绝缘电阻或者漏电流退化等）、漏液、开裂等。漏液是铝电解电容和液体钽电容器最常见的一种失效模式，瓷介电容器最常见的失效模式是开裂。

 6、电容选用

按类型选用：

（1）低频耦合、旁路，可用纸介电解。

（2）音频耦合，选用陶瓷、云母。

（3）电源滤波、退耦选电解。

精度：震荡电路，延时控制电路，选±5%以下，不得超过±10%，一般选云母、瓷管电容。精度越高，价格越贵。

耐压：额定电压应高于工作电压30—50%。

按体积：在空间允许下，可优先选用体积大的电容。同类型的、同容量的、体积越小，价格越贵。 

7、贴片电容

    现在较为通用的容值代码表示方法为三位代码“XXY”表示法，前两位数字表示乘系数，后一位表示乘指数，单位为pF。贴片电容的系列型号有0402、0603、0805、1206、1210、1808、1812、2010、2225、2512。

示例如下：

0.5pF容值代码表示为508； 68pF容值代码表示为680；

1 pF容值代码表示为109； 120pF容值代码表示为121；

4.7pF容值代码表示为479；

2200pF容值代码表示为222；10pF容值代码表示为100；

100000pF容值代码表示为104（0.1μF）；

47μF容值代码表示为476； 330μF容值代码表示为337

 

单位pF：39 P   43 P   47 P  51 P   56 P   62 P  68 P   75 P   82 P  91 P   100 P   120 P  150 P   180 P   200 P  220 P   240 P   270 P  300 P   330 P   360 P  390 P   470 P   560 P  620 P   680 P   750 P

单位nF：1.0  1.2  1.5  1.8 2.2  2.7  3.3 3.9  4.7  5.6 10  15 18  22 27  33  39  56  68  82

单位uF：0.1  0.15  0.22  0.33 0.47  1.0  1.5 2.2