什么是电容器?
电容器是一种具有储存电荷、隔离直流信号、传递交流信号功能的电子元件,在构建电子电路过程中发挥着重要的作用。
电容器适用于备用电源(电池)、去耦(去除噪声)、耦合(滤除直流偏置电压)等应用。
如今,电容器被广泛用于智能手机、可穿戴设备、数据中心、基站、工业设备和车载设备等各种应用。电容器与电阻器、电感器(线圈)都是典型的无源元件。
在日本,多使用“Condenser”的说法;在日本以外的一些国家,多使用“Capacitor”的说法。
各种电容器的结构和特点
电容器有很多种类,其基本结构是在两个电极之间夹有绝缘体(电介质)的结构,通过施加电压来存储电荷。
实际产品有片式、沟槽式、叠层式、电解式、卷绕式等不同类型的电容器。
另外,电容器所用的电介质和电极材料不同,其特点也有所不同,汇总如下表。
表中按照有无极性、小型/大型/薄型/扁平、工作温度范围、电容量大小、额定电压范围、高频特性、电容稳定性、有无压电效应带来的啸叫等项目进行了汇总。
在选择电容器时,需要了解每种电容器的特点。
【电容器的种类和特点】
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硅电容器 | 叠层陶瓷电容器 | 钽电容器 | 铝电解电容器 | |||||
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产品外观 | ||||||||
电极① | 掺杂硅 | 镍 | 钽 (阳极) |
铝 (阳极) |
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电介质 | 氧化硅 或氮化硅 |
温度补偿用 陶瓷 |
高介电常数 陶瓷 |
五氧化二钽 | 氧化铝 | |||
电极② | 掺杂硅 | 镍 | 二氧化锰 (阴极) |
导电性高分子 (阴极) |
电解液 (阴极) |
导电性高分子 (阴极) |
||
极性 | 无 | 无 | 有 | 有 | ||||
小型 | ◎ | ◎ | ◎ | ○ | ○ | × | × | |
薄型/扁平 | ◎ | ○ | ○ | △ | △ | × | × | |
工作温度范围 | ◎ | ○ | ○ | ○ | ○ | △ | ○ | |
大电容量 | △ | × | ○ | ○ | ○ | ◎ | ◎ | |
高额定电压 | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ○ | ◎ | △ | |
高绝缘电阻 (低漏电流) |
◎ | ◎ | ◎ | ○ | △ | ○ | △ | |
高频特性 | ◎ | ○ | ○ | × | △ | × | △ | |
电容 稳定性 |
DC 偏置 |
◎ | ◎ | × | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
温度 | ◎ | ◎ | × | ○ | ○ | × | ○ | |
高可靠性 | ◎ | ○ | ○ | × | △ | × | △ | |
啸叫 | 无 | 有 | 无 | 无 | ||||
优点 | 薄型/小型 高频特性出色 支持的工作温度高 电容稳定性出色 高可靠性 ESD耐受能力优异 (可内置TVS保护器件) 无压电效应,无啸叫 |
小型 高频特性出色 电容稳定性出色 |
小型 高频特性出色 |
小型大容量 电容稳定性出色 |
小型大容量 电容稳定性出色 与二氧化锰产品相比,ESR更低,容许的纹波电流更高 |
大容量 产品群丰富 |
大容量 电容稳定性出色 与电解液产品相比,ESR更低,容许的纹波电流更高 |
|
缺点 | 电容量小 产品少 |
电容量小 因压电效应而产生啸叫 在分割电路板和温度变化时容易产生裂纹 |
电容稳定性差 因压电效应而产生啸叫 在分割电路板和温度变化时容易产生裂纹 |
短路导致故障 有极性 |
短路导致故障 有极性 |
产品尺寸大 漏液导致寿命短 有极性 |
产品尺寸大 有极性 |
◎:非常优异 ○:优异 △:一般 ×:较差
关于电容量
电容量是电容器的基本电气特性之一。
通常用以下公式表示:
电容量=εr×ε0×S/d
(εr:电介质的相对介电常数, ε0:真空介电常数=8.9×10-12[F/m], S:电极的表面积, d:电介质的厚度)
如公式所示,电容量与电极的表面积和电介质的介电常数成正比,与电介质的厚度成反比。
介电常数是所用介电材料固有的值。
电容量的单位是F(法拉),实际应用中也会用到pF(皮法)、nF(纳法)、μF(微法)、mF(毫法)等单位。
( 10-12[F]=1pF, 10-9[F]=1nF, 10-6[F]=1[μF], 10-3[F]=1[mF] )