电容
一、分类
二、电容应用场景
耦合电容
滤波(去耦)电容
去耦电容与旁路电容
电容特点
三、各种电容作用
电解电容
电解电容当需要非常大的电容值,通常使用电解电容。电解电容不是使用非常薄的金属膜层作为电极之一,而是使用凝胶或糊状物形式的半液体电解质溶液作为第二电极。
电解电容通常有两种基本形式:铝电解电容和钽电解电容。
①铝电解电容
铝电解电容优点:最适合用于耦合、隔直和旁路电路,铝电解电容内使用的电解质有助于修复损坏的极板,还具有对箔板进行再阳极氧化的能力。最常用于电源的去耦目的,即减少到达电路的电压纹波。它们还广泛用于DC/DC 开关电压转换器。
铝电解电容缺点:与普通类型相比,不能承受高直流电流,容易极化,它们的公差范围也很大,高达 20%。铝电解电容的典型电容值范围为 1uF 至 47,000uF。
②钽电解电容
钽电解电容优点:介电性能也比氧化铝好得多,具有更低的漏电流和更好的电容稳定性,使其适用于阻断、旁路、去耦、滤波和定时应用,额定工作电压要低得多。固态钽电容器通常用于交流电压小于直流电压的电路中。
钽电解电容缺点:高度极化,具有灾难性的故障模式,可能由电压尖峰触发,甚至比额定电压略高。
陶瓷电容(MLCC)
陶瓷电容的结构非常简单。在两个金属盘之间放置一个薄陶瓷盘,这些端子焊接到金属盘上。一切都涂有绝缘保护涂层。MLCC 和陶瓷圆盘电容都进一步分为两个应用类别:I 类陶瓷电容和II 类陶瓷电容。
1.1 I 类陶瓷电容
精确度 (+/- 5%) 和温度补偿,电容随温度的变化非常小。非常稳定和准确,用于频率控制应用,例如无线电应用的谐振电路。
I类陶瓷电容器(Class I ceramic capacitor),过去称高频陶瓷电容器(High-frequency ceramic capacitor),介质采用非铁电(顺电)配方,以TiO2为主要成分(介电常数小于150),因此具有最稳定的性能;或者通过添加少量其他(铁电体)氧化物,如CaTiO3或SrTiO3,构成“扩展型”温度补偿陶瓷,则可表现出近似线性的温度系数,介电常数增加至500。这两种介质损耗小、绝缘电阻高、温度特性好。特别适用于振荡器、谐振回路、高频电路中的耦合电容,以及其他要求损耗小和电容量稳定的电路或用于温度补偿。
C0G(NP0)
SL0
1.2 II 类陶瓷电容
精度较低,但提供更高的体积密度(高达 µF 范围),因此适用于平滑或去耦应用。 此外,它们具有较大的电压系数,在最大 VDC 的一半处电容值降低 50% 是常见的。
X5R :可在 -55C 至 85C 温度范围内运行,变化范围为 +/- 15%。
X7R :可在 -55C 至 125C 温度范围内运行,变化范围为 +/- 15% Y5V :可在 -30C 至 85C 温度范围内运行,变化范围为 +22/- 82%。
封装:0201、0402、0603、0805、1206 和 1812 封装最为常见。数字代表英制尺寸,0402 为 0.04 X 0.02 英寸,0603 为 0.06 X 0.03 英寸,依此类推。
四、电容主要参数
1.精度
电容的精度一般比电阻来的小,电阻可以做到精度高于0.1%,电容能做到5%的精度已经非常高了。
一般的精度为5%、10%、25%
2.温度系数
电容的电容量会随温度的升高而降低,衡量这个变化的指标就是温度系数,单位为ppm
例如,0.1uF、250ppm的电容,温度每升高一度,电容量要降低
3.耐压
电容的电容量会随其两端的电压增大而减小
理论上电容的耐压要比所处环境的电压最大值大即可,实际上要留有80%的裕量。特别是钽电容,耐压必须留有50%的裕量
4.温度范围
电容必须在其规定的温度范围内使用
5.ESR(等效串联电阻)
电容实际模型如上图
ESR理想值为0
电容类别 | ESR |
---|---|
陶瓷电容器 | 最佳的ESR(通常为毫欧级) |
钽电解电容 | 数百毫欧 |
铝电解电容 | 欧姆级 |
这个参数非常重要,一般的DCDC电源输出端需要ESR极低的电容,一般可以选用MLCC电容、钽电容等
6.ESL(等效串联电感)
其理想值为0,ESL范围在100pH至10nH之间
设计电路的时候,如果遇到了芯片,要在芯片的VCC引脚放置一个0.1uF的陶瓷电容进行滤波
如果供电的时候,谐波频率高到一定的时候,电容中的ESL电感作用就不可以忽视了,再高的时候ESL电感会起主导作用,此时电容显感性,失去了滤波的作用,这个时候需要降低电容量,或者选择两个电容进行并联,分别滤掉不同的谐波分量。其中,电容越靠近芯片越好,这是由于空气中的电磁波产生感应电动势,产生干扰