硬件工程师之电子元器件 — 电容（1）

写在前面

因此系列篇幅较长，故电容部分拆分为4个部分进行讲解，持续更新，敬请期待(*^▽^*)

2. 电容

2.1 电容的介绍

2.1.1 电容的简介

电容是指在给定电位差下自由电荷的储藏量，也指容纳电荷的能力。

电容是表现电容器容纳电荷本领的物理量。

电容通常用字母C表示，单位是法拉，简称法，符号为F。

电容由电容器所带电量Q与电容器两极间的电压U的比值来定义：C=Q/U。

2.1.2 电容的单位

电容的单位是法拉，简称法，符号是F。

常用的电容单位有毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）等。它们换算关系是：

1法拉（F）= 10^3毫法（mF）=10^6微法（μF）=10^9纳法（nF）=10^12皮法（pF）=10^15fF

2.1.3 电容的计算公式

串联时：

1/C=1/C₁+1/C₂+…+1/Cn

并联时：

C=C₁+C₂+…+Cn

2.1.4 电容的封装

原理图封装：

PCB封装：

2.1.5 电容的符号

如下图所示是常用的电容的符号，电解电容有正负极之分。

2.2 电容的分类

2.2.1 按材料分类

按材料分类包括陶瓷电容、涤纶电容、铝电解电容、钽电容和聚丙烯电容。

1. 陶瓷电容

陶瓷电容又称瓷介电容或独石电容。其以陶瓷材料作介质，在陶瓷表面喷涂一层金属（银）薄膜，再经过高温烧结后，焊上电极而制成。

根据陶瓷材料的不同，可以分为低频陶瓷电容器和高频陶瓷电容器两类。

高频瓷介电容

容量：1-6800pF 额定电压：63V-500V 主要特点：温度系数小，高频损耗小，稳定性好，耐压高。主要应用于高频电路。

低频瓷介电容

容量：10pF-4.7μF 额定电压：50V-100V 主要特点：体积小，价格低，损耗大，稳定性差。应用于中、低频电路中作隔直、耦合、旁路和滤波等要求不高的场合。

多层陶瓷电容器

多层陶瓷电容器（Multilayer Ceramic Capacitor，MLCC）是片式件中应用最广泛的一类，它是将内电极材料与陶瓷坯体以多层交替并联叠合，并共烧成一个整体，又称片式独石电容器，具有小尺寸、高比容、高精度的特点。

2. 涤纶电容

涤纶电容（Polyester Capacitor）是指用两片金属箔做电极，夹在极薄绝缘介质中，卷成圆柱形或者扁柱形芯子，介质是涤纶。涤纶薄膜电容介电常数较高，体积小，容量大，稳定性较好，适合做旁路电容。

3. 铝电解电容

铝电解电容是将附有氧化膜的铝箔（正极）和浸有电解液的衬垫纸，与阴极（负极）箔叠片一起卷绕而成。铝电解电容正负不可接错。

铝电解电容器可以分为四类：引线型铝电解电容器；牛角型铝电解电容器；螺栓式铝电解电容器；固态铝电解电容器。

4. 钽电容

钽电容又称钽电解电容，钽电容的介质为阳极氧化后生成的五氧化二钽，它的介电常数比铝电容的三氧化二铝介质要高。因此在同样容量的情况下，钽电容的体积能比铝电容做得更小。钽电容正负不可接错。

钽电容主要有烧结型固体、箔形卷绕固体和烧结型液体等，其中烧结型固体约占目前生产总量的95%以上，而又以非金属密封型的树脂封装式为主体。

5. 聚丙烯电容

聚丙烯电容使用无极性聚丙烯薄膜做为介质制成的一种无极性电容，是负温度系数。有非密封式和密封式两种类型，前者常用有色树脂漆封装，后者用金属或塑料外壳封装。

聚丙烯电容特点：

1、无极性、绝缘阻抗很高、频率特性优异、且介质损失很小。

2、介电常数较高、体积小、容量大、稳定性比较好。

3、介质损耗小、绝缘电阻高、但温度系数大。

2.2.2 按用途分类

按用途分类包括旁路电容、去耦电容、滤波电容和储能电容。

1. 旁路电容

旁路（Bypass）电容是可将混有高频电流和低频电流的交流电中的高频成分旁路滤掉的电容。

如下图所示，对于IC1来说，C1和C2便是旁路电容；对于IC2来说，C3是旁路电容。

2. 去耦电容

去耦（Decoupling）电容是电路中放在件的电源端的电容，此电容可以提供较稳定的电源，同时也可以降低件耦合到电源端的噪声，间接可以减少其他件受此件噪声的影响。

如下图所示，对于电源模块来说，C1和C2便是去耦电容；对于IC1来说，C3是去耦电容。

在电路中，去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用，电容所处的位置不同，称呼就不一样。对于同一个电路来说，旁路电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦电容是把输出信号的干扰作为滤除对象。

3. 滤波电容

滤波电容是指放在整流电路两端用以降低交流脉动波纹系数、提升高效平滑直流输出的一种储能器件。由于滤波电路要求储能电容有较大电容量。所以，绝大多数滤波电路使用电解电容。

如下图所示，C1和C2便是滤波电容。

4. 储能电容

储能电容通过收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。电压额定值为40～450VDC、电容值在220～μF 之间的铝电解电容器是较为常用的。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其组合的形式。对于功率级超过10KW的电源，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容。

如下图所示，C1和C2便是储能电容。

2.2.3 按工艺分类

按工艺分类包括贴片电容和插件电容。

1. 贴片电容

贴片电容全称为多层（积层，叠层）片式陶瓷电容器（Multilayer Ceramic Capacitor， MLCC）。是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合而成，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层（外电极），从而形成一个类似独石的结构体。

贴片电容的命名

以YAGEO的AC系列的贴片电阻为例。

AC XXXX X X XXX X B X XXX

① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦

① SIZE—尺寸

0201/ 0402 / 0603 / 0805 / 1206 / 1210 / 1218 / 2010

② TOLERANCE—误差

NPO（＜10pF）

B = ± 0.1pF

C = ± 0.25pF

D = ± 0.5pF

NPO（≥10pF）

F = ± 1%

G = ± 2%

J = ± 5%

X7R/X7S

J = ± 5%

K = ± 10%

M = ± 20%

③ PACKING STYLE—包装类型

R = Paper/PE taping reel; Reel 7 inch

K = Blister taping reel; Reel 7 inch

P = Paper/PE taping reel; Reel 13 inch

F = Blister taping reel; Reel 13 inch

④ TEMPERATURE COEFFICIENT MATERIAL—温度系数材料

NPO

X7R

X7S

⑤ RATED VOLTAGE—额定电压

代码	额定电压	代码	额定电压
5	6.3V	A	200V
6	10V	Y	250V
7	16V	B	500V
8	25V	Z	630V
9	50V	C	1000V
0	100V	D	2000V

⑥ PROCESS—工艺流程

N = NOP

B = X7R/X7S

⑦ CAPACITANCE VALUE—电容值

2 significant digits+number of zeros

The 3rd digit signifies the multiplying factor, and letter R is decimal point

Example: 121 = 12 x 10^1 = 120 pF

举例说明：AC0805JRX7R9BB104

封装为0805，精度为± 5%，包装类型为纸带卷筒，电容值为100nF。

2. 插件电容

插件电容是用于存储电荷并释放电能的电容器。与其他电容器一样，它由两个金属板（或电极）和介质层（或称电容介质）组成。不同之处在于，插件电容的电极采用插针或插座的形式连接到电路板上。

2.2.4 按结构分类

按结构分类包括固定电容、可变电容和微调电容。

1. 固定电容

固定电容顾名思义就是电容量固定的电容器。

2. 可变电容

可变电容是电容量可在一定范围内调节的电容器。

它由一组定片和一组动片组成，它的容量随着动片的转动可以连续改变。把两组可变电容装在一起同轴转动，叫做双连。

可变电容的介质有空气和聚苯乙烯两种。空气介质可变电容体积大，损耗小，多用在电子管收音机中。聚苯乙烯介质可变电容做成密封式的，体积小，多用在晶体管收音机中。

3. 微调电容

微调电容是让两极板的距离、相对位置或面积可调，便构成微调电容器。微调电容又叫可调电容。

根据制造材料的不同可分为陶瓷可调电容，PVC可调电容，空气可调电容等。

可变电容和微调电容的区别：

可变电容的介质通常有空气和聚苯乙烯，其体积较大，损耗较小，可用于更高频率的场合。

微调电容的介质有空气、陶瓷、云母、薄膜等。

2.2.5 按介质分类

按介质分类包括有机介质电容和无机介质电容。

1. 有机介质电容

有机介质电容指的是介质采用有机材料的电容器。

有机介质电容包括漆膜电容器、混合介质电容器、纸介电容器、有机薄膜介质电容器、纸膜复合介质电容器等。

2. 无机介质电容

无机介质电容指的是介质采用无机材料的电容器。

无机介质电容包括陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、玻璃釉电容器等。

2.2.6 按极性分类

按极性分类包括有极性电容和无极性电容。

1. 有极性电容

有极性电容是由阳极的铝箔和阴极的电解液分别形成两个电极，由阳极铝箔上产生的一层氧化铝膜做为电介质的电容。

由于这种结构,使其具有极性，当电容正接的时候，氧化铝膜会由于电化反应而保持稳定，当反接的时候，氧化铝层会变薄，使电容容易被击穿损坏，所以有极性电容在电路中必须注意极性。

2. 无极性电容

无极性电容是没有极性电源正负极的电容器。无极性电容器的两个电极可以在电路中随意的接入。因为这款电容不存在漏电的现象，主要应用在耦合、退耦、反馈、补偿、振荡等电路中。

2.2.7 按精度分类

按精度分类包括±0.1pF、±0.25pF、±0.5pF、±1%、±2%、±5%、±10%、和±20%等不同精度的电容。

以YAGEO的AC系列的贴片电容为例，B/C/D/F/G/J/K/M分别代表不同的精度。

AC0805JRX7R9BB104：100nF± 5%

AC0805KRX7R9BB104：100nF± 10%