まず、基本的な考え方
容量は:また、「容量」は、与えられた電位差で充電準備金を指しと呼ばれます。
コンデンサ:
①定義1:コンデンサ、定義により、「電気ロードコンテナー」、電荷受信装置です。
②定義2:コンデンサ、任意の二つの導体間の絶縁及び(鉛など)が互いに離間近いキャパシタを構成します。
容量値:コンデンサ電圧は、Uは、コンデンサの静電容量と呼ばれるコンデンサ極の量Qとの比をもたらしました。回路における研究は、電位差が与えられ、蓄積コンデンサを充電する能力は、Cと標識され、コンデンサ(静電容量)と呼ば
単位あたりの容量:フランス呼ばファラー、シンボルF.
一般的に使用される単位millifarad当たりの静電容量の(MF)、マイクロファラッド(MF)、ナノファラッド(NF)、及びピコファラッド(PF)など、変換関係は次のとおり
1ファラッド(F)= 1000ミリファラド(MF)= 1000000マイクロファラッド(MF)
1マイクロファラッド(μF)= 1000ナノファラッド(NF)= 1000000ピコファラッド(PF)。
放電容量:複数形成されたアレイ状に配置された静電容量のコンデンサは、同一の容量パラメータの複数のピンは、その共通端子として、互いに接続され、他の端子は通常もたらします。
第二に、そして静電容量
構造2.1による。
2.1.1固定コンデンサ:
私たちは、容量を設定呼んで、調整することはできません。
2.1.2可変コンデンサ:
これは、作品のセットで構成され、可動板の回転に伴ってその容量からなる可動片の組を連続的に変化させることができます。同軸一緒に取り付けられた回転する2つの可変容量は、ダブルと呼ばれています。可変容量メディア可能なガスとポリスチレンの2種類。可変容積の空気中大容量、低損失は、管ラジオに使用されます。ポリスチレンは、可変容量は、中小サイズの密封されたトランジスタラジオで使用されて作られました。
2.1.3トリマー:
また、小さな金属破片の二つまたは二つのグループで構成された半可変コンデンサ同調コンデンサとして知られ、媒体を挟んで形成されています。距離の調整や両者の領域を変更する場合。これは、空気の誘電体、セラミック、雲母、フィルム、等を有しています
2.2極性に応じて
極性および非極性コンデンサ容量の極性方向を使用することに留意されたいです。
2.3。を押し媒体
CBBコンデンサ(ポリプロピレン)、ポリエステルコンデンサ、セラミックコンデンサ、マイカコンデンサ、積層コンデンサ、(アルミ)電解コンデンサ、タンタルコンデンサなどが挙げられます。
2.3.1積層セラミックチップコンデンサ(MLCC)<非極性>
多層構造、多くの場合、内部層MLCCの数十、あるいはそれ以上。ここで、単一のキャパシタにそれぞれ同等の、いくつかの層並列コンデンサの数十に相当します。だから、MLCCの偉大を行うための能力が、電圧は高くありません。ある一般的に表面実装(SMD)
共通ピンパッケージがあり0201,0402,0603,0805,1206,1210,1812,2010。
積層セラミックコンデンサ(MLCC)は、材料クラス1とクラス2に係る二つのタイプに分けられます。クラス2は、温度安定性および一般的なアプリケーションで、Class1の温度補償されています。
⑴のClass1
クラス1または温度補償されたチタン酸バリウムキャパシタは、典型的には、チタン酸塩を構成する混合物の大部分を占めていません。彼らは通常の老化特性せずに、予測可能な温度係数を持っています。そこで、彼らは最も安定した容量が利用可能です。最も一般的に使用される積層セラミックコンデンサは、Class1のCOG(0ppm /℃±)(NPO)温度補償キャパシタです。
NPOは、温度特性補償を有する、最も一般的に積層セラミックコンデンサです。それは、メディアルビジウム、サマリウム、およびその他の希少な酸化物で満たされています。NPOコンデンサ容量が最も安定し、コンデンサの誘電損失の一つです。-55℃〜+ 125℃容量変化0±30ppmの/℃、±0.3ΔC未満の周波数で容量変化の温度で行われます。NPOコンデンサドリフト未満±0.05%のヒステリシス、膜容量の比較的より大きい±2%は無視できます。以下±0.1%の変動の典型的な寿命の相対的能力。周波数特性に対するその静電容量、誘電損失のNPOコンデンサパッケージ異なる形態小さいパッケージサイズが大きいパッケージサイズであるとは異なる周波数特性です。
発振器、共振タンクコンデンサ、及びカップリング容量の高周波回路に使用するのに適したNPOコンデンサ。
⑵クラス2
クラス2の静電容量は通常のチタン酸バリウム化合物。クラス2のコンデンサは、大容量と温度安定性を有しています。コンデンサのクラス2材料の容量は温度によって変化する、EIAは、3つのシンボルコードで表すことができます。最初のシンボルは、動作温度範囲の下限を示し、第2のシンボルは第3のシンボルは、容量の変化率は、この温度を可能表し、動作温度の上限を示しています。表1は、EIAシステムの詳細な説明を提供します。
ステージと使用可能な安定したレベルに分割されているⅡ型セラミックコンデンサ。安定したことにより、X5R、X7RセラミックグレードⅡ、Y5VとZ5Uクラスが利用できる属しながら。
温度、動作電圧(DCおよびAC)、周波数:すべてのクラス2容量コンデンサは、次の条件によって影響されます。
表1チップコンデンサクラス2 EIAコード
2.3.2 CBBコンデンサ(ポリプロピレンコンデンサ)<非極性>
いいえセンスCBB:2のポリビニル層と金属箔層2は、交互に混合した後、一緒に接続されません。
ポリエチレンプラスチックおよび金属箔層2の2層とが交互に混合した後、一緒に接続されている:CBBフェルト。
容量:1000P - 10U、定格電圧:63--2000V
利点:良好な高周波特性、少量(ポリフェニ最も又はマイカコンデンサを交換、高ために必要な回路)
短所:大容量、比較的高い価格、乏しい耐熱性(温度係数)には適していません。
2.3.3積層コンデンサ<非極性>
モノリシック・コンデンサが完全変異をMLCCされ、MLCCに形成されたエポキシ樹脂で封止さ溶接2点のリード、温度特性、周波数特性は、(典型的にのみ増加する周波数、落下の法則に提示静電容量、静電容量セラミックコンデンサ降下が比較的小さく、比較的安定した容量)です。
利点:大容量、小型、高信頼性、容量および安定性、高い耐熱性、良好な絶縁性、および低コスト。
短所:CBBと他のは、感じました。
2.2.4セラミックコンデンサ<非極性>
遷移金属の両側に形成されたセラミック銀薄膜。
長所:小さなサイズ、安定性、良好な絶縁性、高電圧、低価格、高周波数(高周波容量があります)
短所:壊れやすいです!容量が比較的小さいです。
2.2.5マイカ<非極性>
雲母上に金属薄膜層をめっきします。
利点:高周波回路に適した小さな誘電損失、絶縁抵抗、温度係数、。
短所:かさばる、小容量、高コスト(左のマップが新しい小さな容積に比べて、古いモデル、大ボリュームの容量です)
2.2.6アルミニウムコンデンサ(フルネーム:アルミ電解コンデンサ)<極性>
2つのアルミニウム層と絶縁膜は、トランスフェクション後に、バンドルは電解液(酸合成溶液を含有する)に浸漬し、積層されています。
長所:大容量。
短所:貧しい高周波特性。
2.2.7タンタルコンデンサ(フルネーム:タンタル電解コンデンサ)<極>
正極、負極に電解質外部金属溶射などの金属タンタル。
長所:優れた安定性、高容量と優れた高周波特性。
短所:(通常はキーローカル用)高コスト。
第三に、コンデンサ標識する方法
3.1を、直接、標準的な方法:
标称电容器的:标称容量、额定电压及允许偏差。
允许偏差:±0.05%、±0.1%、±0.25%、±0.5%、±1%、±2%、±5%、±10%、±20%。
3.2、数码法:
数码标注法一般为三位数码表示电容器的容量,单位pF。其中前两位数码为电容量的有效数字,第三位为倍乘数,但第三位倍乘数是9时表示*
例:“101”表示10*=100pF;
“102”表示10*=1000pF;
“104”表示10*=0.1uF;
“223”表示22*=0.022uF;
3.3、色标法:
用不同颜色的带或点在电容器表面标出标称电容量和允许偏差,与电阻色标法相同,详见电阻文档。
四、常用电容
4.1、封装尺寸
贴片电容封装与尺寸与电阻相同,详见电阻文档。
电解电容和固态电容是标准的封装,但是高度不一定标准,包括很多定制的电容,需根据产品设计特点进行选择。
无极电容封装以RAD标识,有RAD-0.1、RAD-0.2、RAD-0.3、RAD-0.4,后面的数字表示焊盘中心孔间距,如下图所示(示例RAD-0.3)
电解电容封装则以RB标识,常见封装有:RB.2/.4、RB.3 /.6、RB.4/.8、RB.5/1.0,符号中前面数字表示焊盘中心孔间距,后面数字表示外围尺寸(丝印),单位仍然是英寸,如下图(RB-.3/.6)
3、额定电压
电容的额定电压是指加在电容上的最大“安全电压”。但超过了额定电压不一定会击穿,一般电容的实际耐压会超过额定电压的20%,但使用应预留工作电压的1.5倍到2倍取耐压。但是超过了额定电压是很容易击穿,发热,开裂的。常规的电容额定电压如下:
额定电压:6.3V、10V、16V、25V、32V、50V、63V、100V、160V、250V、400V、450V、500V、630V、1000V、1200V、1500V、1600V、1800V、2000V等。
电容器的额定工作电压通常是指直流值。如果直流中含有脉动成分,该脉动直流的最大值应不超过额定值;如果工作于交流,此交流电压的最大值应不超过额定值。并且随着工作频率的升高,工作电压应降低。
有极性的电容器不能用于交流电路。电解电容器的耐温性能很差,如果工作电压超过允许值,介质损耗将增大,很容易导致温升过高,最终导致损坏。一般说来,电容器工作时只允许出现较低温升,否则属于不正常现象。因此,在设备安装时,应尽量远离发热元件(如大功率管、变压器等)。如果工作环境温度较高,则应降低工作电压使用。
4、温度系数
电容温度系数(是在给定的温度间隔内,温度每变化1℃时,电容的变化数值与该温度下的标称电容的比值。电容温度系数是电容器陶瓷、微波陶瓷等材料的重要的电性能指标之一。
电容器的温度系数越大,其容量随温度的变化越大,这在很多电路是不允许的。例如振荡电路中的振荡回路元件、移相网络元件、滤波器等,温度系数大,会使电路产生漂移,造成电路工作的不稳定。这些场合应选用温度系数小的电容器,以确保其能稳定工作。
5、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。
不同品种的电容器,最高使用频率范围不同。小型云母电容器在250MHz以内,圆片型瓷介电容器最高工作频率为300MHz, 圆管型瓷介电容器最高工作频率为200MHz, 圆盘型瓷介电容器最高工作频率为3000MHz。
五、电容器的使用:
5.1、电容的作用
电容的作用有很多,我们只介绍常用的几种。
①隔直流:作用是阻止直流通过而让交流通过。
隔直流:电容对直流电有隔直作用,是指在直流电流对电容充电完成以后,电路中没有电流流动了。在直流电源刚加到电容上时,电路中是有电流流动的,这一电流是对电容的充电电流。这一电流流动的过程很快就会结束,具体时间长短与电路中电阻和电容的大小有关,两者大小乘积越大充电时间就越长,反之越短。充电完成后,电容两端的电压等于直流电源电压的大小。
通交流:在交流电的一个周期内,由于对电容的正反向充电,流过电路中的电流方向是改变的,但由于对电容的反复充放电,就会使电路中始终有电流通过,等效于电容能够让交流电通过,这就是电容的通交特性。
②旁路(去耦):为交流电路中某些并联的组件提供低阻抗通路。
去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰,干扰的进入方式是通过电磁辐射。而实际上,芯片附近的电容还有蓄能的作用,这是第二位的。你可以把总电源看作密云水库,我们大楼内的家家户户都需要供水,这时候,水不是直接来自于水库,那样距离太远了,等水过来,我们已经渴的不行了。实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer的作用。如果微观来看,高频器件在工作的时候,其电流是不连续的,而且频率很高, 而器件VCC到总电源有一段距离,即便距离不长,在频率很高的情况下,阻抗Z=i*wL+R,线路的电感影响也会非常大,会导致器件在需要电流的时候,不能被及时供给。而去耦电容可以弥补此不足。这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一(在vcc引脚上通常并联一个去耦电容,这样交流分量就从这个电容接地。)
电容器通过将高频信号旁路到地而实现去耦作用。因此,数字芯片电源引脚旁边100nF的小电容,你可以称之为去耦电容,也可以称之为旁路电容。
③耦合:作为两个电路之间的连接,允许交流信号通过并传输到下一级电路
例如,DS90UB926Q芯片电路中(见下图)C1与C2,即应该用一个0.1μF电容交流耦合到这个引脚两个引脚。
④滤波:这个对电路而言很重要,MCU背后电容基本都是这个作用。即在MCU每个电源输入口出都会摆放这样一个电容,如下图所示。
即频率f越大,电容的阻抗Z越小。当低频时,电容C由于阻抗Z比较大,有用信号可以顺利通过;当高频时,电容C由于阻抗Z已经很小了,相当于把高频噪声短路到GND上去了。
⑤温度补偿:针对其它组件对温度的适应性不够带来的影响,而进行补偿,改善电路的稳定性。
分析:由于定时电容的容量决定了行振荡器的振荡频率,所以要求定时电容的容量非常稳定,不随环境湿度变化而变化,这样才能使行振荡器的振荡频率稳定。因此采用正、负温度系数的电容释联,进行温度互补。
当工作温度升高时,Cl的容量在增大,而C2的容量在减小,两只电容并联后的总容量为两只电容容量之和,由于一个容量在增大而另一个在减小,所以总容量基本不变。
同理,在温度降低时,一个电容的容量在减小而另一个在增大,总的容量基本不变,稳定了振荡频率,实现温度补偿目的。
⑥计时:电容器与电阻器配合使用,确定电路的时间常数。
输入信号由低向高跳变时,经过缓冲1后输入RC电路。电容充电的特性使B点的信号并不会跟随输入信号立即跳变,而是有一个逐渐变大的过程。当变大到一定程度时,缓冲2翻转,在输出端得到了一个延迟的由低向高的跳变。
⑦调谐:对与频率相关的电路进行系统调谐,比如手机、收音机、电视机。
⑧整流:在预定的时间开或者关半闭导体开关组件。
⑨储能:储存电能,用于必须要的时候释放。例如相机闪光灯,加热设备等等。
⑩防止电压突变:主要用于负载突然增大或电源输入能力下降时,稳定电路,如下图中C324 C325等电容。
5.2、电解电容的爆裂的原因
电容器爆炸的情况又分钽电容和电解电容,设计的时候特别注意,所以现在很多设计避免用钽电容,而电解电容使用也要特别注意。
爆炸的直接原因无非是温度升高后,导致电容内部的电解液急速汽化膨胀,冲破外壳束缚而爆发。但造成这一问题的原因可能有以下这些:
1、电压过高,导致电容击穿,通过电容的电流在瞬间急速增加;
2、环境温度过高,超过电容的允许工作温度,引起电解液沸腾;
3、电容极性接反,造成与1同样的结果。
还有其他原因也会导致电容爆裂:
⑴由于制造质量差等原因,电容器的内部元件击穿。
⑵由于套管密封不良而进入潮气,降低了绝缘电阻;由于渗、漏油、油面下降,从而导致对外壳放电或元件击穿。
⑶内部游离和鼓肚。当电容器内部产生电晕、击穿放电和严重游离时,电容器在过电压作用下,会产生一系列物理、化学、电气效应,加速绝缘老化、分解而产生气体,形成恶性循环,以致箱壳压力增大,造成箱壁外鼓进而导致爆炸。
⑷绝缘损坏,尤其是高压侧引出线制造工艺不良、边缘不平、有毛刺或严重变折时,尖端容易产生电晕,电晕使油分解、箱壳膨胀、油面下降而造成元件击穿。此外,在封盖时如果转角处烧焊时间过长,破坏了内部绝缘,降低了击穿电压,也易导致电容器损坏,进而引起爆炸事故。
⑸当进行带电合闸时,在合闸的瞬间,电压极性可能与电容器残留电荷的极性相反,因而引起爆炸。
⑹通风不良、温升过高、严重过电压和电压谐波分量大,也会引起爆炸。
5.2、常用电容的测量
⑴容量在0.01 pF以上固定电容的检测:
将指针式万用表调至R×10k欧姆挡,并进行欧姆调零,然后用万用表的红、黑表笔分别接触电容的两个引脚,观察万用表指针的变化。
如果表笔接通瞬间,万用表有微小变动,然后又回到无穷大处,调换表笔后,再次测量现象相同,则可以判断该电容正常; 如果表笔接通瞬间,万用表的指示至“0”附近,则可以判断该电容被击穿或严重漏电; 如果表笔接通瞬间,万用表变化后不再回至无穷大处,则可判断该电容漏电; 如果两次万用表均不动,则可以判断该电容已开路。
⑵容量小于0.01 pF的固定电容的检测:
检测10pF以下的小电容时,因电容容量太小,故用万用表进行测量,只能检查其是否有漏电、内部短路或击穿现象:测量时选用万用表R×10k挡,将两表笔分别任意接电容的两个引脚,阻值应为无穷大。如果测出阻值为零,则可以判定该电容漏电损坏或内部击穿。
5.3、RC电路充放电时间计算
电容称为“惯性元件”,即电容器两端的电压,有一定的“电惯性”,不能突然变化。充放电时间,不光电容的容量有关,还与充/放电电路中的电阻R有关。“1UF电容它的充放电时间是多长?”,不讲电阻,就不能回答。以下为RC电路充放电时间计算:
V0 为电容上的初始电压值;
V1 为电容最终可充到或放到的电压值;
Vt 为t时刻电容上的电压值。则,
Vt="V0"+(V1-V0)* [1-exp(-t/RC)]或,t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]
例如:求充电到90%VCC的时间。(V0=0,V1=VCC,Vt=0.9VCC)
代入上式: 0.9VCC=0+VCC*[[1-exp(-t/RC)]
既 [[1-exp(-t/RC)]=0.9;
exp(-t/RC)=0.1
- t/RC=ln(0.1)
t/RC=ln(10) ln10约等于2.3
也就是t=2.3RC。
带入R=10k C=10uf得。
t=2.3*10k*10uf=230ms
比如,单片机复位电路。如果复位是高电平复位,加电后电容充电电流逐渐减少,此时经电阻接地的单片机IO是没电压的,因为电容是隔直流的,直到充电完毕开始放电,放电的过程同样是电流逐渐减少的,开始放电时电流很大,加到电阻上后提供给IO高电平,一段时间(电容器的充放电参数:建立时间等)后,电流变弱到0,但是复位引脚已经有了超过3us的高电平,所以复位就完成了。
5.4、电容的串并联
并联电容器组的等效电容比电容器组中任何一个电容器的电容都要大,但各电容器上的电压却是相等的,因此电容器组的耐压能力受到耐压能力最低的那个电容器的限制。
串联电容器组的等效电容比电容器组中任何一个电容器的电容都要小,但由于总电压分配到各个电容器上,所以电容器组的耐压能力比每个电容器都提高了。
并联电容器组各电容器的两极板间电压U相同,电容器组所带的总电最Q为各个电容器所带电量之和,即并联电容器组的等效电容等于电容器组中各电容之和。
串联电容器组各电容器所带电量相等,就是电容器组的总电量Q、总电压U等于各电容器电压之和。串联电容器组等效电容的倒数等于电容器组中各电容倒数之和。
所以,电容并联,容量增加(各容量相加),耐压以最小的计。
串联电容:串联个数越多,电容量越小,但耐压增大,其容量关系:1/C=1/C1+1/C2+1/C3
并联电容:并联个数越多,电容量越大,但耐压不变,其容量关系:C=C1+C2+C3。