從電容十說(shuō)中了解電容
加入技術(shù)交流群
掃碼加入
和技術(shù)大咖面對(duì)面交流
海量資料庫(kù)查詢(xún)
流的電源去耦、濾波及低頻信號(hào)耦合電路的低功耗表現(xiàn)比較突出。
另一類(lèi)多層陶瓷電容是 C0G 類(lèi)，它的容量多在 1000pF 以下， 該類(lèi)電容
器主要性能指標(biāo)是損耗角正切值 tgδ(DF)。傳統(tǒng)的貴金屬電極（NME）的 C0G
產(chǎn)品 DF 值范圍是 (2.0 ～ 8.0) × 10-4，而技術(shù)創(chuàng)新型賤金屬電極（BME）的
C0G 產(chǎn)品 DF 值范圍為 (1.0 ～ 2.5) × 10-4， 約是前者的 31 ～ 50%。 該
類(lèi)產(chǎn)品在載有 T/R 模塊電路的 GSM、CDMA、無(wú)繩電話(huà)、藍(lán)牙、GPS 系統(tǒng)中
低功耗特性較為顯著。較多用于各種高頻電路，如振蕩/同步器、定時(shí)器電路等。
話(huà)說(shuō)電容之五：鉭電容替代電解電容的誤區(qū)
通常的看法是鉭電容性能比鋁電容好，因?yàn)殂g電容的介質(zhì)為陽(yáng)極氧化后生成
的五氧化二鉭，它的介電能力（通常用ε 表示）比鋁電容的三氧化二鋁介質(zhì)要高。
因此在同樣容量的情況下，鉭電容的體積能比鋁電容做得更小。（電解電容的電
容量取決于介質(zhì)的介電能力和體積，在容量一定的情況下，介電能力越高，體積
就可以做得越小，反之，體積就需要做得越大）再加上鉭的性質(zhì)比較穩(wěn)定，所以
通常認(rèn)為鉭電容性能比鋁電容好。
但這種憑陽(yáng)極判斷電容性能的方法已經(jīng)過(guò)時(shí)了，目前決定電解電容性能的關(guān)
鍵并不在于陽(yáng)極，而在于電解質(zhì)，也就是陰極。因?yàn)椴煌年帢O和不同的陽(yáng)極可
以組合成不同種類(lèi)的電解電容，其性能也大不相同。采用同一種陽(yáng)極的電容由于
電解質(zhì)的不同，性能可以差距很大，總之陽(yáng)極對(duì)于電容性能的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于陰極。
還有一種看法是認(rèn)為鉭電容比鋁電容性能好，主要是由于鉭加上二氧化錳陰
極助威后才有明顯好于鋁電解液電容的表現(xiàn)。如果把鋁電解液電容的陰極更換為
二氧化錳， 那么它的性能其實(shí)也能提升不少。
可以肯定，ESR 是衡量一個(gè)電容特性的主要參數(shù)之一。 但是，選擇電容，
應(yīng)避免 ESR 越低越好，品質(zhì)越高越好等誤區(qū)。衡量一個(gè)產(chǎn)品，一定要全方位、
多角度的去考慮，切不可把電容的作用有意無(wú)意的夸大。
---以上引用了部分網(wǎng)友的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。
普通電解電容的結(jié)構(gòu)是陽(yáng)極和陰極和電解質(zhì)，陽(yáng)極是鈍化鋁，陰極是純鋁，
所以關(guān)鍵是在陽(yáng)極和電解質(zhì)。陽(yáng)極的好壞關(guān)系著耐壓電介系數(shù)等問(wèn)題。
一般來(lái)說(shuō)，鉭電解電容的ESR 要比同等容量同等耐壓的鋁電解電容小很多，
高頻性能更好。如果那個(gè)電容是用在濾波器電路（比如中心為50Hz 的帶通濾波
器）的話(huà)，要注意容量變化后對(duì)濾波器性能（通帶...）的影響。
話(huà)說(shuō)電容之六：旁路電容的應(yīng)用問(wèn)題
嵌入式設(shè)計(jì)中，要求 MCU 從耗電量很大的處理密集型工作模式進(jìn)入耗電量
很少的空閑/休眠模式。這些轉(zhuǎn)換很容易引起線(xiàn)路損耗的急劇增加，增加的速率
很高，達(dá)到 20A/ms 甚至更快。通常采用旁路電容來(lái)解決穩(wěn)壓器無(wú)法適應(yīng)系統(tǒng)中高速器件引起的負(fù)載變化，以確保電源輸出的穩(wěn)定性及良好的瞬態(tài)響應(yīng)。旁路電容是為本地器件提供能量的儲(chǔ)能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負(fù)載需求。就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，并向器件進(jìn)行放電。為盡量減少阻抗，旁路電容要盡
量靠近負(fù)載器件的供電電源管腳和地管腳。這能夠很好地防止輸入值過(guò)大而導(dǎo)致
的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過(guò)大電流毛刺時(shí)的電壓降。
應(yīng)該明白，大容量和小容量的旁路電容都可能是必需的，有的甚至是多個(gè)陶
瓷電容和鉭電容。這樣的組合能夠解決上述負(fù)載電流或許為階梯變化所帶來(lái)的問(wèn)
題，而且還能提供足夠的去耦以抑制電壓和電流毛刺。在負(fù)載變化非常劇烈的情
況下，則需要三個(gè)或更多不同容量的電容，以保證在穩(wěn)壓器穩(wěn)壓前提供足夠的電
流?？焖俚乃矐B(tài)過(guò)程由高頻小容量電容來(lái)抑制，中速的瞬態(tài)過(guò)程由低頻大容量來(lái)
抑制，剩下則交給穩(wěn)壓器完成了。
還應(yīng)記住一點(diǎn)，穩(wěn)壓器也要求電容盡量靠近電壓輸出端。
話(huà)說(shuō)電容之七：電容的等效串聯(lián)電阻ESR
普遍的觀(guān)點(diǎn)是：一個(gè)等效串聯(lián)電阻（ESR）很小的相對(duì)較大容量的外部電容
能很好地吸收快速轉(zhuǎn)換時(shí)的峰值（紋波）電流。但是，有時(shí)這樣的選擇容易引起
穩(wěn)壓器（特別是線(xiàn)性穩(wěn)壓器 LDO）的不穩(wěn)定，所以必須合理選擇小容量和大容
量電容的容值。永遠(yuǎn)記住，穩(wěn)壓器就是一個(gè)放大器，放大器可能出現(xiàn)的各種情況
它都會(huì)出現(xiàn)。
由于 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)速度相對(duì)較慢，輸出去耦電容在負(fù)載階躍的初始
階段起主導(dǎo)的作用，因此需要額外大容量的電容來(lái)減緩相對(duì)于 DC/DC 轉(zhuǎn)換器
的快速轉(zhuǎn)換，同時(shí)用高頻電容減緩相對(duì)于大電容的快速變換。通常，大容量電容
的等效串聯(lián)電阻應(yīng)該選擇為合適的值，以便使輸出電壓的峰值和毛刺在器件的
Dasheet 規(guī)定之內(nèi)。
高頻轉(zhuǎn)換中，小容量電容在 0.01μF 到0.1μF 量級(jí)就能很好滿(mǎn)足要求。表
貼陶瓷電容或者多層陶瓷電容（MLCC）具有更小的 ESR。另外，在這些容值
下，它們的體積和 BOM 成本都比較合理。如果局部低頻去耦不充分，則從低
頻向高頻轉(zhuǎn)換時(shí)將引起輸入電壓降低。電壓下降過(guò)程可能持續(xù)數(shù)毫秒，時(shí)間長(zhǎng)短
主要取決于穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)增益和提供較大負(fù)載電流的時(shí)間。
用 ESR 大的電容并聯(lián)比用 ESR 恰好那么低的單個(gè)電容當(dāng)然更具成本效
益。然而,這需要你在 PCB 面積、器件數(shù)目與成本之間尋求折衷。
話(huà)說(shuō)電容之八：電解電容的電參數(shù)
這里的電解電容器主要指鋁電解電容器，其基本的電參數(shù)包括下列五點(diǎn)：
1、電容值
電解電容器的容值，取決于在交流電壓下工作時(shí)所呈現(xiàn)的阻抗。因此容值，
也就是交流電容值，隨著工作頻率、電壓以及測(cè)量方法的變化而變化。在標(biāo)準(zhǔn)
JISC 5102 規(guī)定：鋁電解電容的電容量的測(cè)量條件是在頻率為 120Hz，最大交
流電壓為 0.5Vrms，DC bias 電壓為1.5 ～ 2.0V 的條件下進(jìn)行?？梢詳嘌裕?BR>鋁電解電容器的容量隨頻率的增加而減小。
2、損耗角正切值 Tan δ
在電容器的等效電路中，串聯(lián)等效電阻 ESR 同容抗 1/ωC 之比稱(chēng)之為 Ta
n δ， 這里的 ESR 是在 120Hz 下計(jì)算獲得的值。顯然，Tan δ 隨著測(cè)量頻率
的增加而變大，隨測(cè)量溫度的下降而增大。
3、阻抗 Z
在特定的頻率下，阻礙交流電流通過(guò)的電阻即為所謂的阻抗（Z）。它與電
容等效電路中的電容值、電感值密切相關(guān)，且與 ESR 也有關(guān)系。
Z = √ [ESR2 + (XL - XC)2 ]
展峻的筆記 http://xabai.21ic.org
9
式中，XC = 1 / ωC = 1 / 2πfC
XL = ωL = 2πfL
電容的容抗（XC）在低頻率范圍內(nèi)隨著頻率的增加逐步減小，頻率繼續(xù)增加
達(dá)到中頻范圍時(shí)電抗（XL）降至 ESR 的值。當(dāng)頻率達(dá)到高頻范圍時(shí)感抗（XL）
變?yōu)橹鲗?dǎo)，所以阻抗是隨著頻率的增加而增加。
4、漏電流
電容器的介質(zhì)對(duì)直流電流具有很大的阻礙作用。然而，由于鋁氧化膜介質(zhì)上
浸有電解液，在施加電壓時(shí)，重新形成的以及修復(fù)氧化膜的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一種很小
的稱(chēng)之為漏電流的電流。通常，漏電流會(huì)隨著溫度和電壓的升高而增大。
5、紋波電流和紋波電壓
在一些資料中將此二者稱(chēng)做“漣波電流”和“漣波電壓”，其實(shí)就是 ripple
current，ripple voltage。 含義即為電容器所能耐受紋波電流/電壓值。 它們和
ESR 之間的關(guān)系密切，可以用下面的式子表示：
Urms = Irms × R
式中，Vrms 表示紋波電壓
Irms 表示紋波電流
R 表示電容的 ESR
由上可見(jiàn)，當(dāng)紋波電流增大的時(shí)候，即使在 ESR 保持不變的情況下，漣波
電壓也會(huì)成倍提高。換言之，當(dāng)紋波電壓增大時(shí)，紋波電流也隨之增大，這也是
要求電容具備更低 ESR 值的原因。疊加入紋波電流后，由于電容內(nèi)部的等效串
連電阻（ESR）引起發(fā)熱，從而影響到電容器的使用壽命。一般的，紋波電流與
頻率成正比，因此低頻時(shí)紋波電流也比較低。
話(huà)說(shuō)電容之九：電容器參數(shù)的基本公式
1、容量（法拉）
英制： C = ( 0.224 × K · A) / TD
公制： C = ( 0.0884 × K · A) / TD
2、電容器中存儲(chǔ)的能量
E = ? CV2
3、電容器的線(xiàn)性充電量
I = C (dV/dt)
4、電容的總阻抗（歐姆）
Z = √ [ RS
2 + (XC – XL)2 ]
5、容性電抗（歐姆）
XC = 1/(2πfC)
6、相位角 Ф
理想電容器：超前當(dāng)前電壓 90o
理想電感器：滯后當(dāng)前電壓 90o
理想電阻器：與當(dāng)前電壓的相位相同
7、耗散系數(shù) (%)
D.F. = tan δ （損耗角）
= ESR / XC
= (2πfC)(ESR)
8、品質(zhì)因素
Q = cotan δ = 1/ DF
9、等效串聯(lián)電阻ESR（歐姆）
ESR = (DF) XC = DF/ 2πfC
10、功率消耗
Power Loss = (2πfCV2) (DF)
11、功率因數(shù)
PF = sin δ (loss angle) – cos Ф (相位角)
12、均方根
rms = 0.707 × Vp
13、千伏安KVA （千瓦）
KVA = 2πfCV2 × 10-3
14、電容器
評(píng)論