說到電容器,各位肯定不會陌生,它是電子設計中最基本的物理器件,與電阻和電感一樣屬于電子系統的基礎部件。
之所以稱它們為基礎元件,是因為在電路設計中不管有沒有使用,它們都直接或者間接地存在:等效電容或者寄生電容,它們無所不在,在自然界中,它們寄生在導體與絕緣體之間;在電子電路中,它們可以寄生在任何元器件里。因此對電容器特性的深度理解,才能熟練地掌控和應用它們。
電容器模型和技術規格
C
指的是電容器的標稱值,單位通常為μF、nF和pF,電容器的標準數值可以參考下圖。
ESR
電容器中的等效串聯電阻,理想值為0。陶瓷電容器具有最佳的ESR(通常為毫歐級),鉭電解電容器的ESR為數百毫歐,而鋁電解電容器的ESR為歐姆級。
ESL
電容器的等效串聯電感,理想值為0。ESL的范圍通常在100pH~10nH之間。
Rp
為并聯泄露電阻(或稱為絕緣電阻),理想值為無限小,其范圍可以從某些電解電容器的數十兆歐,至陶瓷電容器的幾十千兆歐。
電壓額定值
指可以施加到電容器上的最大電壓,超過這個值會損壞電容器。
電壓系數
指電容隨著施加電壓的變化值,單位是ppm/V。高壓系數會引入失真,COG電容器具有最低的電壓系數,而把電容器用于信號處理(如濾波)的環境中,電壓系數最為重要。
溫度系數
電容值在溫度范圍內的變化率,單位是ppm/℃。在理想的情況下,溫度系數為0。最大指定的漂移值通常在10~100ppm/℃的范圍內,或者更大,這取決于電容器的類型,下面會詳細說明。
頻率響應
由于ESR和ESL的存在,電容器在某些特定的頻點(由ESR和ESL共同決定)會出現對信號阻抗變小的現象,下圖是ESR和ESL對電容器頻響的影響關系:
電容器類型介紹
COG/NP0(1類陶瓷電容器)
- 用于信號路徑、濾波、低失真、音頻和高精度場合中;
- 電容范圍:0.1pF~0.47μF;
- 最低溫度系數:±30ppm/℃;
- 低壓系數;
- 最小電壓效應 ;
- 良好的公差:±1%~±10%;
- 溫度范圍:-55℃~125℃(150℃以及更高的溫度);
- 對于較大的電容值,電壓范圍也許會受到限制。
X7R(2類陶瓷電容器)
- 用于去耦合和其它應用,并且在設計中對精度和低失真沒有要求;
- 電容值范圍:10pF~47μF;
- 溫度系數:±833ppm/℃(在溫度范圍內的±15%);
- 實質電壓系數公差:±5%~-20%/+80%;
- 溫度范圍:-55℃~125℃;
- 對于較大的電容值,電壓范圍也許會受到限制。
Y5V(2類陶瓷電容器)
- 溫度范圍內的溫度系數:-20%/+80%;
- 溫度范圍:-30℃~85℃;
- 其它特性與X7R以及其它2類陶瓷電容器類似。
氧化鋁電解電容器
- 用于需要大電容值的大型去耦合應用和其它場合;
- 需要特別注意,電解電容器是被極化的電容器,如果極性接反,就會損壞電容器 ;
- 電容值范圍:1μF~68000μF;
- 溫度系數:±30ppm/℃;
- 實質溫度系數公差:±20%;
- 溫度范圍:-55℃~125℃(150℃以及更高的溫度);
- 具有比其它類型電容器更高的ESR 。
鉭電解電容器
- 電容值范圍:1μF~150μF;
- 特性與氧化鋁電解電容器相類似,但尺寸更小。
聚丙烯薄膜電容器
- 電容值范圍:100pF~10μF;
- 極低的電壓系數(低失真) ;
- 成本比其它類型的電容器要更高;
- 單位電容值尺寸要大于其它類型電容器;
- 溫度系數:在溫度范圍內為2%;
- 溫度范圍:-55℃~100℃。
熟練地理解并掌握這些基本特性,在特定的應用場合中將起到至關重要的作用。
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