陶瓷電容與鉭質電容及電解電容簡介電容概述 陶瓷電容 鉭質電容 鋁電解電容 電容的性能比較 電容失效模式 電容的選用 電容與電壓、電流紋波1一.電容概述1.電容結構 自1746年荷蘭科學家發現電容以來，經過不斷的 發展，電容種類已經非常豐富，但其基本結構仍然 保持不變，如下圖所示：电容用于存储電荷 ，它只能允许交流电经过，直流 电被阻挡。在电路中，通常用于调谐、滤波、极间 耦合等方面，是主要元件之一。22.容值、電壓、電量關 係 當對電容進行充電時，兩個電極分別聚集了等量的正負電荷，從而在兩極之間產生一個電壓，電壓與 電量的關係可以用如下公式表示：Q=CV V表示電容兩極之間的電壓 Q表示電容兩極閒的電荷，單位是庫侖，1庫侖=61019 個電荷。 C是電容的容值，是一個常數。33.电容的分类与符号按电容量可否调整分为：固定电容器、可变电容器和微调 电容器固定电容可变电容微调电容电解电容 按所用介质不同分为：有机介质电容器、无机介质电容器 、电解电容器和空气介质电容器等。按用途分有：高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦 合、低频耦合、小型电容器。按电容有無極性分为：無極性電容和有極性電容兩大類 4电容器的单位是法拉(F),常用单位还有微法(F)、纳法(nF)和皮法(pF),换算:1F=106F=109 nF=1012 pF4.电容器的单位与标 示电容器的标识方法有三种： 直标法：直接标注在表面，如果数字是整数， 则单位是pF;数字带小数点，单位是F。 文字符号法：用文字与数字混合标注，若字母在中 央，则充当小数点。 色标法：与电阻相同，读取方向由电容体 引脚。5电容器的参数标称容量：在外壳上标明的，由国家规定的电容器电容量的标准 值。 允许误差范围：实际电容量与标称电容量的允许最大偏差范围， 分三级I-5%,II-10%,III-20%。 额定工作电压：在允许的环境温度范围内，能够长期施加在电容 器上的最大电压有效值称为额定电压（一般为直流电压）。 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。 绝缘电阻：指两个电极间绝缘介质的电阻，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 。 频率特性：电容器的电参数随电场频率而变化的性质。 等效串聯阻抗:對非理想電容,其內部電極與端電極之間存在的電 阻值.61.定义:片式多层瓷介电容器(MLCC)-简称片式电容器, 是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式 叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯 片的两端封上金属层（外电极），从而形成一个类似独 石的结构体，故也叫独石电容器。二、片式多层瓷介电容器(MLCC)72.1 尺 寸根據EIA分法有13种通用的SIZE： 英制： 01005, 0201, 0402, 0603, 0805, 1206, 1210, 1805, 1808, 1812, 1825, 2220, 2225 公制： 0402, 0603, 1005, 1608, 2012, 3216, 3225, 4512, 4520, 4532, 4564, 5650, 56642.2外形8结构主要包括三大部分:陶瓷介质，金属内电极，金 属外电极。而多层片式陶瓷电容器它是一个多层叠合 的结构，是由多个简单平行板电容器的并联体。3.结构9内部構造10電極材質11陶瓷是一个绝缘体，而作为电容器介质用的陶瓷除了 具有绝缘特性外，还有一个很重要的特性：就是极化。即 它在外加电场的作用下，正负电荷会偏离原有的位置，从 而表现出正负两个极性。绝缘体的极化特性我们一般用介 电常数来表示，即介质的K值。4.陶瓷介质的特 性下面例举不同材料的介电常数： 真空： 1.0 空气： 1.004 纸： 46 玻璃： 3.719 三氧化二铝（Al2O3）： 9 钛酸钡（BaTiO3）： 1500 结构陶瓷： 1020000125.瓷介的分类陶瓷是一种质硬、性脆的无机烧结体，一般分为两大类： 功能陶瓷和结构陶瓷。用来制造片式多层瓷介电容（MLCC） 的陶瓷是一种结构陶瓷，是电子陶瓷，也叫电容器瓷。1)照EIA三級分類,有五种通用的介質,COG(NPO),X7R, X5R, Z5U,Y5V 类电容器瓷(COG)，它是順電材料 类电容器瓷(X7R、 X5R 、)，它是鉄電物質材料 类电容器瓷（ Y5V、Z5U ），它是鉄電物質材料136.瓷介代 号 陶瓷介质的代号是按其陶瓷材料的温度特性来命名的。 目前国际上通用美国EIA标准的叫法，用字母来表示。 常用的几种陶瓷材料的含义如下：Y5V：温度特性Y代表 25；5代表85； 温度系数V代表 80 30 Z5U：温度特性Z代表 10；5代表85；温度系数U代表 56 22 X5R: 溫度特性X代表-55C;5代表+85溫度係數R代表 15 X7R：温度特性X代表 55；7代表125 温度系数R代表 15 NPO：温度系数是30ppm/（-55125）147.电气特性电容量:电容量的大小表示电容器贮存电荷的能力。7-1.电容量（C）15MLCC介質厚度和層數的發 展16MLCC介質常數k與溫度穩定性1.介質常數k越高, MLCC体極效率越高;但介質常數k增加時,溫度穩定性変差; 2.如下所示為COG, Z5U,X7R,Y5V介質的MLCC介質常數與溫度,容值與溫度的曲綫圖：17由圖可知,EIA 類順電材料介質COG(NPO),它的介質常數k几乎不隨溫度變 動,EIA 類鉄電材料介質X7R的介質常數變動不大, EIA 類鉄電材料介質Z5U,Y5V,溫度越高,介質常數K變小.18影響電介常數k的因素 電介質有4种基本的極化結構： 電子,原子,偶極或方向性,空間電荷 EIA 類電介質是電子或原子支配的極化結構;它 可以獲的優秀的溫度穩定性和低的k值(580), 很低的損耗. EIA / 類是偶極或方向性支配的極化結構; 它可以獲的最高介電常數k.例如:BaTiO3有高的k 值,适合x7r電介質.19MLCC 制造流 程20影響電容量的因素:片式电容器的电容 量除了由它本身的设计与材料特性所决 定外，在很大程度下同它的测试条件、 温度、电压和频率有很大的关系。21 電容量與溫度的關係:温度是影响电容器电容量的一个 重要因素，我们把电容量同温度的这种关系特性叫做电 容器的温度特性(Temperature Coefficient)。对于较 为稳定的类电容器，其影响相对较小，几乎没有变化 ;对于类电容器，其影响相对较大。22 电容量与直流电压的关系:在电路的实际应用中，电容器两端可 能要放加一个直流电压，我们把电容器的这种情况下的特性叫 做直流偏压特性。对于较为稳定的类电容器，其影响相对较 小，几乎没有变化;对于类电容器，其影响相对较大。介质厚 度越厚，产品的偏压特性就越好。23电容量与交流电压的关系:类电容器的交流特性比较好，基 本不随施加电压的变化而变化。但是，对于类电容器，其容 量基本是随所加电压的升高而加速递升的，特别X7R此特性比较 明显。交流特性图24电容量与工作频率的关系:对于类电容器其应用频率的增加 ，它的容值不会有什么变化，但对于类电容器，容值下降较 为明显。电容量与频率的关系曲线图25频率响应(串联谐振)26频率响应(并联谐振)：277-2.绝缘電阻(IR)体内漏电流:在电介质中通常或多或少存在正、负离子，这些 离子在电场作用下将定向迁移，形成离子电流，我们称之为 体内漏电流。 表面漏电流:在电容器的表面，也会或多或少地存在正负离子 ，这些离子在外电场的作用下，会发生定向迁移，形成表面 漏电流。 电容器的漏电流:是陶瓷介质中体内漏电流与芯片表面的漏电 流两部分组成。 介质的绝缘电阻:加在介质两端的电压和漏电流之比称之为介 质的绝缘电阻,即 电容器的绝缘电阻除了同其本身所固有介质特性相關外，同 外界环境温度、湿度等有很大的关系。温度升高时，瓷介的自由离子增多，漏电流急剧增加，介质 绝缘电阻迅速降低。湿度对电容器电性能影响最大,会因表面吸潮使表面绝缘电 阻下降。287-3.损耗(DF)DF损亦称损失角正切:因为电容用于交流电路中时会在电路中产 生一个相位角，此相位角的余角即为损失角。DF=tan DF(耗散因素)用来表明电容将输入功率转化为热量的百分（）29 介质损耗同温度的关系:介质损耗同温度的关系曲线图30介质损耗同交流电压/密尔厚度的关系:介质损耗同交流电压/密尔厚度的关系曲线图31介质损耗同频率的关系介质损耗同频率的关系曲线图327-4.等效串联电阻ESR： ESR:ESR的损耗由介质损耗(Rsd)和金属损耗 (Rsm)两部分组成。即:ESR = Rsd + Rsm33MLCC等效電路34ESR對電路的影響35交域下之電容器等效電 如右圖；其中等效電阻 (RS)，將會隨同頻而有所 改變。各頻點之等效電 阻(ESR)如右曲線圖所示。ESR越高，通過電所消耗功 亦越高，元件越容發熱。隨著疊層層增加,容值亦增 加ESR隨著並而下。MLCC相同設計下，容值越高 ，ESR越低，Ripple Current特 性越好。367-5.品质因素(Q)品质因素:Q值就是介质损耗DF的倒数。即：Q = 1/DF。一般高Q即具备低ESR的特性。在设计时，高频下我们应考虑ESR和Q值对电路设计的 影响；低频下应考虑损耗(DF)对电路设计的影响。377-6.耐电压(DWV)电容器的耐电压:是指电容器的陶瓷介质在工作状态 中能够承受的最大电压，即击穿电压，也就是电容 器的极限电压电容器的标称电压即电容器的工作电压，标称电压 一般是相对于直流来说的。而电容器的耐电压常规 也是相对直流来说的，但有时也常用交流来表示。电容器的标称电压远远低于其瓷介的耐电压。标称 电压远远低于芯片的耐电压。比如， 1206B102K101NT其标称电压为100V，也就是其工作 直流电压要低于100V，而实际上其耐电压直流可达 1200V左右；交流可达500V左右。388.應用其中高容量,低ESR,ESL的X7R MLCC電容堆,主要用于開關電源的濾波,低ESL允許在高頻濾波39三、鉭質電容定義:钽电解电容是用金属钽作电极、氧化钽作介质的电容器，其 示意圖如下特点:化学稳定性高，额定耐压高，耐高温性能好，机械强度高， 体积小。 1.定義2.外形403.各种類型的鉭電容結構 1)二氧化錳鉭電容( MnO2 )412)有機聚合体鉭電容(KO)423)鋁有機聚合体鉭電容(AO)43鉭電容的制造流程1)制壓陰極442)焊接陽 極454.各類型鉭電容特性n鉭電容具有低的ESR,低的漏電流,no ignition failure mode,高的溫度 穩定性;在ESR,no ignition failure mode方面,KO和AO具有更佳的表現.464.鉭質電容的基本電氣參數4.1 Cp(Capacitance)容值一般電解電容器的電容量範圍為其容量从0.47uF到1000uF , 測 試頻率為120Hz。4.2電容值誤差Tolerance4.3 D.F(Disspation Factor) 損失因素4.4 UR(Voltage Rating) 額定電壓电容器在电路中能够长期稳定、可靠工作，所承受的最大直流电压。額定電壓压主要有6.3V、10V、16V、63V几种。4.5 LC(Leakage Current)漏電流4.6 ESR(Equivalent Series Resistance)等效串聯阻抗4.7 RC(Ripple Current)紋波/濾波電流常指微小的脈沖電流,表示其在電路中