【电路笔记】-电容器特性

电容器特性

电容器的特性决定了其温度、额定电压和电容范围及其在特定应用中的使用。

1、概述

与不起眼的电容器相关的电容器特性和规格令人眼花缭乱，并且读取印刷在电容器主体上的信息有时很难理解，尤其是在使用颜色或数字代码时。

每个系列或类型的电容器都使用自己独特的一组电容器特性和识别系统，其中一些系统易于理解，而另一些系统则使用误导性的字母、颜色或符号。

弄清楚标签所代表的电容器特性的最佳方法是首先弄清楚电容器属于什么类型的系列，是陶瓷、薄膜、塑料还是电解电容器，这样可以更容易地识别特定的电容器特性。

即使两个电容器可能具有完全相同的电容值，它们也可能具有不同的额定电压。 如果用较小额定电压的电容器代替较高额定电压的电容器，则增加的电压可能会损坏较小的电容器。

我们还记得上一篇教程中，对于极化电解电容器，正极引线必须连接到正极连接，负极引线必须连接到负极连接，否则可能会再次损坏。 因此，最好用与指定类型相同的旧电容器或损坏电容器来替换。 下面给出了电容器标记的示例。

电容器特性

与任何其他电子元件一样，电容器由一系列特性定义。 这些电容器特性始终可以在电容器制造商向我们提供的数据表中找到，因此这里仅列出一些更重要的特性。

2、标称电容 ©

电容器的电容 C 的标称值是所有电容器特性中最重要的。 该值以皮法拉 (pF)、纳法拉 (nF) 或微法拉 (μF) 为单位测量，并以数字、字母或彩色带的形式标记在电容器主体上。

电容器的电容值会随着电路频率（Hz）和环境温度的变化而变化。 较小的陶瓷电容器的标称电容值可低至 1 皮法拉 (1pF)，而较大的电解电容器的标称电容值可高达 1 法拉 (1F)。

所有电容器的容差额定值范围从 -20% 到高达 +80%，因为铝电解电容器会影响其实际值。 电容的选择由电路配置决定，但从电容器侧面读取的值不一定是其实际值。

3、工作电压（WV）

工作电压是电容器的另一个重要特性，它定义了电容器在其工作寿命期间不会出现故障的最大连续电压（直流或交流）。 通常，电容器本体侧面印制的工作电压是指其直流工作电压（WVDC）。

对于电容器来说，直流和交流电压值通常不同，因为交流电压值指的是均方根值。 值，而不是大 1.414 倍的最大值或峰值。 此外，指定的直流工作电压在一定的温度范围内有效，通常为-30°C至+70°C。

任何超过其工作电压的直流电压或过大的交流纹波电流都可能导致故障。 因此，如果在凉爽的环境和额定电压范围内运行，电容器将具有更长的使用寿命。 常见的工作直流电压为10V、16V、25V、35V、50V、63V、100V、160V、250V、400V和1000V，并印在电容器的本体上。

4、公差（±%）

与电阻器一样，电容器也具有以正负值表示的容差额定值，对于通常小于 100pF 的低值电容器，以皮法 (±pF) 表示；对于通常高于 100pF 的高值电容器，以百分比 (±%) 表示 。

容差值是允许实际电容与其标称值变化的范围，范围可以是 -20% 到 +80%。 因此，具有 ±20% 容差的 100μF 电容器可以合法地从 80μF 变化到 120μF，并且仍然保持在容差范围内。

电容器的额定值是根据其实际值与额定标称电容的接近程度来确定的，并用彩色带或字母来指示其实际容差。 电容器最常见的容差变化是 5% 或 10%，但一些塑料电容器的额定值低至 ±1%。

5、漏电流

电容器内部用于分隔导电板的电介质不是完美的绝缘体，由于施加到板上时，板上电荷建立的强大电场的影响，导致非常小的电流流过或“泄漏”通过电介质。 恒定的电源电压。

这种纳安 (nA) 范围内的小直流电流称为电容器漏电流。 漏电流是电子物理地穿过介电介质、其边缘或引线的结果，如果电源电压被移除，随着时间的推移，漏电流将使电容器完全放电。

当漏电非常低（例如薄膜或箔式电容器）时，通常称为“绝缘电阻”(Rp)，并且可以表示为与电容器并联的高值电阻，如图所示。 当漏电流像电解液一样高时，由于电子直接流过电解质，因此被称为“漏电流”。

电容器漏电流是放大器耦合电路或电源电路中的一个重要参数，耦合和/或存储应用的最佳选择是聚四氟乙烯和其他塑料电容器类型（聚丙烯、聚苯乙烯等），因为介电常数越低， 绝缘电阻越高。

另一方面，电解型电容器（钽和铝）可能具有非常高的电容，但由于其隔离电阻较差，因此它们也具有非常高的漏电流（通常约为 5-20 μA/μF），并且 因此不适合存储或耦合应用。 此外，铝电解液的漏电流随着温度的升高而增加。

6、工作温度（T）

由于介电特性的变化，电容器周围的温度变化会影响电容值。 如果空气或周围温度变热或变冷，电容器的电容值可能会发生很大变化，从而影响电路的正确运行。 大多数电容器的正常工作范围为 -30oC 至 +125oC，工作温度不超过 +70oC，特别是塑料电容器类型，额定电压额定值。

一般电解电容，特别是铝电解电容，在高温（+85℃以上）时，电解液内的液体会蒸发，电容本体（特别是小尺寸）会因内压而变形、漏液。 另外，电解电容器不能在低于约-10℃的低温下使用，因为电解液会冻结。

7、温度系数（TC）

电容器的温度系数是其电容在指定温度范围内的最大变化。 电容器的温度系数通常线性表示为百万分之一每摄氏度 (PPM/oC)，或特定温度范围内的百分比变化。 有些电容器是非线性的（2 类电容器），它们的值会随着温度的升高而增加，从而产生以正“P”表示的温度系数。

有些电容器的值会随着温度升高而降低，从而产生以负“N”表示的温度系数。 例如“P100”为+100 ppm/oC或“N200”为-200 ppm/oC等。但是，有些电容器在一定温度范围内不会改变其值并保持恒定，此类电容器具有零温度系数 或“非营利组织”。 这些类型的电容器（例如云母电容器或聚酯电容器）通常称为 1 类电容器。

大多数电容器，尤其是电解电容器，在变热时会失去电容，但温度补偿电容器的范围至少为 P1000 至 N5000（+1000 ppm/oC 至 -5000 ppm/oC）。 还可以将具有正温度系数的电容器与具有负温度系数的电容器串联或并联，最终结果是两种相反的效果在一定温度范围内将相互抵消。 温度系数电容器的另一个有用应用是用它们来抵消温度对电路内其他元件（例如电感器或电阻器等）的影响。

8、极化

电容器极化通常指的是电解型电容器，但主要是铝电解电容器，就其电气连接而言。 大多数电解电容器都是有极性的，即连接到电容器端子的电压必须具有正确的极性，即正极对正极，负极对负极。

不正确的极化会导致电容器内部的氧化层击穿，从而导致非常大的电流流过器件，从而导致损坏，正如我们前面提到的。

大多数电解电容器的负极、-ve 端子在其主体的一侧都清楚地标有黑色条纹、带子、箭头或人字形（如图所示），以防止与直流电源的任何错误连接。

一些较大的电解液的金属罐或主体连接到负极端子，但高压类型的金属罐是绝缘的，为了安全起见，电极被引出到单独的铲形或螺钉端子。

另外，在电源平滑电路中使用铝电解电容器时，应注意防止峰值直流电压与交流纹波电压之和成为“反向电压”。

9、等效串联电阻 (ESR)

电容器的等效串联电阻或 ESR 是电容器在高频下使用时的交流阻抗，包括电介质材料的电阻、端子引线的直流电阻、电介质连接的直流电阻以及 电容器板电阻均在特定频率和温度下测量。

在某些方面，ESR 与绝缘电阻相反，绝缘电阻表现为与电容器并联的纯电阻（无容抗或感抗）。 理想的电容器只有电容，但 ESR 表现为与电容器串联的纯电阻（小于 0.1Ω）（因此称为等效串联电阻），并且它与频率相关，使其成为“动态”量。

由于 ESR 定义了电容器“等效”串联电阻的能量损耗，因此它必须确定电容器的整体 I2R 热损耗，尤其是在电源和开关电路中使用时。

具有相对较高 ESR 的电容器由于其充电和放电 RC 时间常数较长，因此其极板与外部电路之间的电流传递能力较差。 随着电解液变干，电解电容器的 ESR 会随着时间的推移而增加。 可以使用具有极低 ESR 额定值的电容器，并且最适合将电容器用作滤波器。

最后一点，小电容（小于 0.01μF）的电容器通常不会对人体造成太大危险。 然而，当它们的电容开始超过 0.1μF 时，触摸电容器引线可能会是一种令人震惊的体验。

即使没有电路电流流动，电容器也能够以自身电压的形式存储电荷，这为它们提供了一种存储器，具有电视机、闪光灯和电容器组中的大型电解型存储电容器，可以存储电荷 致命的指控。

作为一般经验法则，一旦电源被移除，切勿触摸大容量电容器的引线。 如果您不确定它们的状况或这些大型电容器的安全处理，请在处理它们之前寻求帮助或专家建议。

我们在这里仅列出了可用于识别和定义其工作条件的众多电容器特性中的一些，在有关电容器的部分的下一个教程中，我们将了解电容器如何在其极板上存储电荷并使用它来计算其电容 价值。