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电容器的分类

市场上有不同类型的电容器。区分不同类型电容器的关键因素是其构造中使用的电介质。一些常见的电容器类型是陶瓷电容器、电解电容器(包括铝电容器、钽电容器和铌电容器)、塑料薄膜电容器、纸电容器和云母电容器。

每种电容器类型都有其自身的优点和缺点。应用的特性和领域可能因一个电容器而异。

因此,在选择电容器时,必须考虑以下几个因素:

  • 尺寸:物理尺寸和电容值都很重要。
  • 工作电压:它是电容器的一个重要特性。它指定了可以施加在电容器上的最大电压。
  • 泄漏电流:少量电流会流过电介质,因为它们不是完美的绝缘体。这称为泄漏电流。
  • 等效串联电阻:电容器的端子有少量电阻(通常小于0.1Ω)。当电容器在高频下使用时,这种电阻会成为一个问题。

这些因素决定了如何以及在什么应用中可以使用特定类型的电容器。例如,在类似电容范围内,电解电容器的额定电压比陶瓷电容器要大。所以一般都用在电源电路中。

类似地,一些电容器的漏电流非常低,而另一些电容器的漏电流非常高。根据应用,应选择合适的电容器。

电容器的分类
电容器的分类

根据电容器中的电介质分类

固定电容是比较常见的电容类型。很难找到没有电容器的电子电路。

大多数电容器以结构中使用的电介质命名。电容器构造中使用的一些常见电介质是:

  • 陶瓷制品
  • 塑料薄膜
  • 云母
  • 玻璃
  • 氧化铝
  • 五氧化二钽
  • 五氧化二铌

后三个用于电解电容器。尽管在电容器的构造中使用了不同种类的电介质,但电容器的功能并没有改变:在平行板之间以电荷的形式存储能量。

电容器的分类

一、可变电容器

与电阻器一样,电容器也有固定类型和可变类型。可变电容器是电容可以机械或电子方式改变的电容器。这种电容器通常用于谐振电路(LC 电路)中,用于调谐无线电和天线中的阻抗匹配。这些电容器通常称为调谐电容器。

还有另一种类型的可变电容器称为微调电容器。它们固定在 PCB 上,用于校准设备。它们是无极性电容器,尺寸非常小。它们通常不适用于普通客户。可变电容器的电容非常小,通常在几皮法的数量级(一般小于 500pF)。

可变(Variable) 和微调 (Trimmer ) 电容器的符号
可变(Variable) 和微调 (Trimmer ) 电容器的符号

机械可变电容器由一组固定在转子轴上的半圆形金属板组成。此设置放置在一组定子金属板之间。此类电容器的总电容值 (C) 是根据移动金属板相对于固定金属板的位置确定的。当轴转动时,定子板和转子板之间的重叠面积会发生变化,电容也会发生变化。

在本设计中,当两组金属板完全啮合在一起时,电容值一般处于最大值。高压型调谐电容器在极板之间具有较大的气隙或空间,具有相对较大的击穿电压(以千伏为单位)。出于这个原因,这些介电电容器在调谐电路中非常有用。

电容器
电容器

机械可变电容器通常使用空气或塑料箔作为电介质。但是真空可变电容器的使用正在增加,因为它们提供了更好的工作电压范围和更高的电流处理能力。在机械调谐电容器的情况下,可以使用电容器顶部的螺钉来改变电容。

在电子控制可变电容器的情况下,使用反向偏置二极管,其中耗尽层的厚度将根据施加的直流电压而变化。这种二极管称为可变电容二极管或简称为变容二极管或变容二极管。

二、瓷介电容器(Ceramic Capacitors,CC)

陶瓷电容器是电子工业中使用最多的电容器。它们也是产量最大的电容器,每年生产超过 10000 亿个。该名称来自陶瓷材料,这是其构造中使用的电介质。

陶瓷电容器是固定电容型电容器,它们通常非常小(就物理尺寸和电容而言)。陶瓷电容器的电容通常在皮法到几微法(小于 10µF)的范围内。它们是非极化型电容器,因此可用于直流和交流电路。

瓷介电容器(CC)
瓷介电容器(CC)

这种类型的电容器的构造非常简单。一个小的陶瓷圆盘两边都涂有一层金属(银)薄膜。因此它们也被称为圆盘电容器。陶瓷充当电介质(绝缘体),银涂层将形成电极。

陶瓷层的厚度和成分将决定电容器的电气性能。为了实现大电容值,将多层此类圆盘堆叠以形成多层陶瓷片式电容器(MLCC)。现代电子产品通常由 MLCC 电容器组成。

与其尺寸相比,陶瓷电容器的电容很大。为了实现这种大电容,陶瓷电容器的介电常数非常高。陶瓷电容器根据应用领域分为三类。

1.一类陶瓷电容器

由于其高稳定性和低损耗,常用于谐振电路。 1 类电容器中最常见的陶瓷类型是由二氧化钛 (TiO2) 制成,其中少量锌、镁用作附加化合物。添加这些是为了实现最大可能的线性特性。

1 类电容器具有低介电常数,因此体积效率相对较低。因此,1 类电容器的电容范围较低。 1 类电容器的电损耗非常低,耗散因数为 0.15%。电容值与施加的电压无关。

它们具有线性温度系数。 1 类陶瓷电容器的所有这些特性使其可用于具有高 Q 因子的滤波器和 PLL 等振荡器电路等应用。不用担心 1 类陶瓷电容器老化。

2.二类陶瓷电容器

通常用于缓冲器、耦合电路和旁路系统,因为它们在体积方面的效率很高。这种高体积效率是因为它们的高介电常数。 2 类电容器的电容将取决于施加的电压,并且对温度变化具有非线性变化。

与 1 类陶瓷电容器相比,精度和稳定性较差。用于 2 类电容器的陶瓷由铁电材料制成,例如钛酸钡 (BaTiO3),以及铝或镁的硅酸盐和铝的氧化物等添加剂。

由于 2 类电容器具有较高的介电常数,因此与相同额定电压的 1 类电容器相比,尺寸更小的电容值可能更高。因此,它们用于需要电容器保持最小电容的缓冲器、滤波器和耦合电路。 2 类电容器会随着时间的推移而老化。

3.三类陶瓷电容器

另一类陶瓷电容器也可用,称为 3 类,具有更高的介电常数和更好的体积效率。但该类电气特性较差,精度和稳定性较差。

4.陶瓷电容器的特点和用途

通常,与电解电容器相比,陶瓷电容器的 ESR(等效串联电阻)和漏电流较小。 1类陶瓷电容的工作电压可达1000V,2类陶瓷电容的工作电压可达200​​0V。

陶瓷电容器的主要优点是其结构内部没有线圈,因此在电路运行过程中不会引入电感因子。因此,陶瓷电容器适用于高频应用。

陶瓷电容器有普通的两引线通孔结构、表面贴装 (SMT) 多层模式和专为 PCB 设计的特殊无铅圆盘电容器。通孔和表面贴装陶瓷电容器都经常使用。陶瓷电容器通常在其主体上编码一个 3 位数字,以识别通常以皮法 (pF) 为单位的电容值。

其中,前两位数字表示电容值,第三位数字表示要添加的零的数量。例如,带有标记 153 的陶瓷电容器将指示 15 和 3 个零,单位为皮法,相当于 15、000 pF 或 15nF。

1类电容主要应用于高频电路中。2、3类广泛应用于中、低频电路中作隔直、耦合、旁路和滤波等电容器使用。

三、薄膜电容器

薄膜电容器是各种电容器中最常用的一种电容器,其介电性能有所不同。薄膜电容器是以绝缘塑料薄膜为介质的电容器,属于无极性电容器。

这些电容器的介电材料以薄层的形式存在,该薄层设有金属电极,并缠绕成圆柱形绕组。薄膜电容器的两个电极可以是锌或金属化铝。

薄膜电容器的主要优点是其内部结构与其绕组两端的电极之间的直接连接。这种与电极的直接接触导致所有电流路径都变短。这种设计的行为就像大量并联的单个电容器。而且这种类型的电容器结构还具有低欧姆损耗和低寄生电感。这些薄膜电容器用于交流电源应用,也用于高频应用。

用作薄膜电容器电介质的塑料薄膜的一些例子是聚丙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚苯硫醚和聚四氟乙烯。薄膜型电容器在市场上的电容值范围从 5pF 到 100uF 。薄膜电容器也有不同的形状和不同的样式,包括:

  • Wrap & Fill(椭圆和圆形)类型:在这种类型中,电容器末端用环氧树脂密封,电容器用紧塑料胶带包裹。
  • 环氧树脂外壳(矩形和圆形):在这种类型中,电容器封装在模制塑料外壳中,并填充有环氧树脂。
  • 金属密封(矩形和圆形):这些类型的电容器装在金属管或金属罐中,并用环氧树脂密封。

目前,上述所有外壳式电容器都有径向引线和轴向引线两种类型。塑料薄膜电容器的主要优点是,与其他纸类型相比,它们在高温下运行良好且良好。

这些电容器容差小,可靠性高,使用寿命长。薄膜型电容器的示例是圆柱形薄膜、矩形金属化薄膜和箔薄膜型。它们在下面给出。

3.1、轴向引线类型:

圆柱形轴向引线型薄膜电容器
圆柱形轴向引线型薄膜电容器

3.2、径向引线类型

矩形重拨引线型薄膜电容器。
矩形重拨引线型薄膜电容器。
箔式薄膜电容器。
箔式薄膜电容器。

这些薄膜类型的电容器需要更厚的介电材料,以避免介电薄膜中的穿孔和撕裂。因此,这些适用于低电容值和大尺寸。

3.3、薄膜电力电容器

薄膜电力电容器也称为电力薄膜电容器。大功率薄膜电容器的制造工艺和材料通常与普通薄膜电容器相似。然而,这些具有高额定功率的电容器用于电力系统和电气装置的应用。

功率薄膜电容器用于各种应用。当与电阻串联时,这些电容器用作缓冲或阻尼电容器。这些也用于紧密调谐或低失谐滤波器电路中以过滤谐波,也可用作脉冲放电电容器。

薄膜电力电容器
薄膜电力电容器

 

3.4、聚丙烯电容器

聚丙烯电容器是薄膜电容器的众多品种之一。聚丙烯电容器是以聚丙烯薄膜为电介质的电容器。聚丙烯电容器的电容范围为 100 pf 至 10µF。

聚丙烯电容器的主要特点是高达 3000 V 的高工作电压。这一特点使聚丙烯 (pp) 电容器可用于工作电压通常非常高的电路,例如功率放大器,特别是电子管放大器、电源电路和电视电路。当需要比聚酯电容器所能提供的更好的容差时,使用聚丙烯电容器。

由于其高隔离电阻值,聚丙烯电容器也用于耦合和存储应用。并且它们对于低于 100KHZ 的频率具有稳定的电容值。这些聚丙烯电容器用于我们需要执行噪声抑制、耦合、滤波定时、阻塞、旁路和处理脉冲任务的应用中。

聚丙烯电容器
聚丙烯电容器

3.5、瓷介电容器

陶瓷电容器也称为“盘式电容器”。像电解一样,这些也是最常用的电容器类型。陶瓷电容器由两层或多层交替的陶瓷层和金属层构成。此处陶瓷充当其电介质,金属充当其电极。这些陶瓷电容器是无极性固定型电容器。一般来说,陶瓷材料的电性能可根据其稳定性分为两类。

陶瓷介质电容器
陶瓷介质电容器

四、聚碳酸酯电容器

聚碳酸酯电容器是具有聚碳酸酯材料作为其电介质的电容器。这些类型的电容器的电容范围为 100pF 至 10µF,工作电压高达 400V DC。这些聚碳酸酯电容器可以在 -55°C 至 +125°C 的温度范围内工作而不会降低额定值。

这些电容器具有非常好的温度系数,由于这些原因,聚碳酸酯电容器是优选的。这些电容器不用于高精度应用,因为它们具有 5% 至 10% 的高容差水平。聚碳酸酯电容器也用于交流应用。有时它们也出现在开关电源中。

聚碳酸酯电容器
聚碳酸酯电容器

 

五、银云母电容器

银云母电容器是通过在云母材料上沉积一层薄银作为其电介质制成的电容器。使用银云母电容器的原因是它们与任何其他类型的电容器相比具有更高的性能。

可以获得公差为 +/- 1% 的银云母电容器。这比当今市场上任何其他类型的电容器都要好得多。银云母电容器的温度系数比其他类型的电容器要好得多。

该值为正值,通常在 35 至 75 ppm / C 的范围内,平均值为 +50 ppm / C。银云母电容器的电容值通常在几皮法到 3300 之间微微法拉。银云母电容器具有非常高的 Q 值,并且功率因数也很小。银云母电容器的电压范围在 100V 到 1000V 之间。

银云母电容器稳定性好、分布电感小、精度高、损耗小、绝缘电阻大、温度特性及频率特性好、工作电压高(50 V~7 kV)等优点 。

银云母电容器用于射频振荡器。银云母电容器由于成本高,不用于耦合和去耦应用。由于它们的尺寸、成本以及其他类型电容器的改进,这些现在不使用。

银云母电容器
银云母电容器

六、电解电容器

电解电容器通常用于需要非常大电容值的应用中。电解电容器具有覆盖有氧化层的金属阳极,该氧化层通常用作其电介质。电容器的另一个电极是非固体或固体电解质。

大多数电解电容都是有极性的。这些电容器根据其介电材料进行分类。主要将这些分为三类,它们分别为

  1. 铝电解电容器:这里铝作为它的电介质。
  2. 钽电解电容器:这里五氧化二钽充当其电介质。
  3. 铌电解电容器:这里五氧化二铌作为它的电介质

通常五氧化二钽的介电常数几乎是氧化铝介电常数的三倍,但这个介电常数只决定了尺寸。

通常使用三种类型的电解质。它们如下:

  1. 非固体(湿的或液体):这些电容器的电导率接近 10ms/cm,而且价格低廉。
  2. 固体氧化锰:这些电容器具有接近100ms/cm的电导率,并且具有高质量和稳定性。
  3. 固体导电聚合物:这类电容器的电导率约为 10000 ms/cm,ESR 值 <10mΩ。

电解电容器通常用于直接流电源电路(DC)。由于它们的大电容值和小尺寸,它们也用于耦合和去耦以降低纹波电压。电解电容器的主要缺点之一是它们的低额定电压。

电解电容图
电解电容图

 

6.1、铝电解电容器

铝电容器是由铝箔上的氧化膜制成的电容器,它们之间有一条浸泡在电解质溶液中的吸水纸,所有这些设计都可以密封在一个罐子里。

基本上有两种类型的铝电解电容器,它们是普通箔型和蚀刻箔型。

  1. 普通箔型电解电容器主要用作电源电路中的平滑电容器
  2. 而蚀刻箔型电容器则用于耦合隔直电路和旁路电路

电解铝电容覆盖1uF到47000uF的电容范围,20%的大容差。工作电压额定值范围高达 500V。这些在市场上更便宜且容易获得。

电容值和额定电压以 uF 为单位印刷,或以字母后跟三位数字进行编码。这三位数字代表以 pF 为单位的电容值,其中前两位代表数字,第三位是乘数。

铝电解电容器
铝电解电容器

6.2、钽电解电容器

钽电容器是以五氧化二钽为介电材料制成的电容器。钽电解电容和铝电容一样也是有极性的电容。钽电解电容有湿式(箔)和干式(固态)两种。

钽电解电容器的第二个端子比等效铝电容器的端子小,该端子由二氧化锰制成。

钽电解电容器相对于铝电容器的主要优点是更稳定、更轻、更小。它们的电容值范围从 47nF 到 470uF,最大工作电压高达 50V。它们比铝电解质更昂贵。

氧化钽电介质的特性是低漏电流和更好的电容稳定性。氧化钽电介质的这些特性导致它们在阻塞、旁路、去耦、滤波和定时应用中使用。

而且这些性能也比氧化铝的电介质好得多。

钽电解电容器
钽电解电容器

6.3、超级电容器

超级电容器也称为超级电容器或双电层电容器。这些电容器由薄的电解质隔板制成,两侧是活性碳离子。与普通电容不同的是,超级电容的电容值非常高,以毫法拉量级,电压范围为2.3V到2.75V。

超级电容器根据其电极设计分为三种类型:

  1. 双层电容器:这些电容器具有碳电极或其衍生物。
  2. 伪电容器:这些电容器具有金属氧化物或导电聚合物电极。
  3. 混合电容器:这些电容器具有不对称电极。

超级电容器主要用于需要非常多的充电/放电循环次数,需要长寿命以及需要在短时间内大量功率的应用。超级电容器的典型应用范围为毫安级电流和毫瓦的功率,持续几分钟到几安培的电流,在较短的时间内达到几千瓦的功率。这些超级电容器一般用作临时电源,作为电池的替代品。

超级电容器
超级电容器

七、真空电容器

真空电容器
真空电容器

7.1、结构

以真空作为介质的电容器,采用高导无氧铜带通过一整套高精度模具一道道引伸而形成的一组同心圆柱形电极被密封在一个真空容器中。

7.2、优点

真空电容器与其他介质的电容器相比,具有耐压高、体积小、损耗低、性能稳定可靠等特点,不容易产生飞弧、电晕等现象。

7.3、用途

1)广播通讯设备:真空电容器在中波、短波、超短波发射机上,作为调谐、耦合、滤波、中和、隔直流等元件。

2)半导体制造设备:用于等离子体的沉积和刻蚀设备。

3)高频工业设备:用于高频介质加热和焊接等。

4)医疗器械:医疗分析仪及治疗仪等。

5)高能物理:高能粒子加速器等。

6)电力设备:用于介质损耗测试设备。

八、穿心电容器

穿心电容

8.1、结构

穿心电容是一种三端电容,但与普通的三端电容相比,由于它直接安装在金属面板上,因此它的接地电感更小,几乎没有引线电感的影响,另外,它的输入输出端被金属板隔离,消除了高频耦合,这两个特点决定了穿心电容具有接近理想电容的滤波效果。

8.2、优点

自电感较普通电容小得多,故而自谐振频率很高

8.3、用途

用于射频抗干扰滤波器。把流经机壳或设备某点的低频电流或射频电流(它可能引起干扰)通过尽可能短的通路接地。典型的应用有:旋转式装置;点火装置;机电调压器、震动器、开关;电子装置(发射机、雷达调制器、闸流管等)及设备交流滤波。

九、空气可变电容器(CB)

空气可变电容器(CB)

 

9.1、结构

电极由两组金属片组成。一组为定片,一组为动片,动片与定片之间以空气作为介质。当转动动片使之全部旋进定片时,其电容量最大,反之,将动片全部旋出定片时,电容量最小。空气可变电容器有单连和双连之分(见外型图)。

9.2、优点

调节方便、性能稳定、不易磨损。

9.3、缺点

体积大。

9.4、用途

应用于收音机、电子仪器、高频信号发生器、通信电子设备。

十、纸介电容器

纸介电容器是以纸为介质的电容器。它是用两层带状的铝或锡箔中间垫上浸过石蜡的纸卷成筒状,再装入绝缘纸壳或金属壳中,两引出脚用绝缘材料隔离(纸介的电容器价格低、体积大、耗损大且稳定性较差。由于存在较大的固有电感,不宜在频率较高的电路中使用,故常用于电动机启动电路中)。

10.1、结构

纸介电容器是用较薄的电容器专用纸作为介质,用铝箔或铅箔作为电极,经卷绕成型、浸渍后封装而成。

10.2、优点

电容量大(100 pF~100 μF)工作电压范围宽,最高耐压值可达6.3 kV。

10.3、用途

体积大、容量精度低、损耗大、稳定性较差。常见有CZ11、CZ30、CZ31、CZ32、CZ40、CZ80等系列。

十一、金属化纸介电容器(CJ)

金属化纸介电容器(CJ)
金属化纸介电容器(CJ)

11.1、结构

金属化纸介电容器采用真空蒸发技术,在涂有漆膜的纸上再蒸镀一层金属膜作为电极而成。

11.2、优点

与普通纸介电容相比,体积小,容量大,击穿后能自愈能力强。

十二、安规电容

安规电容
安规电容

12.1、结构

安规电容的组成一般是由介质、电极、外壳、封装、引脚五个部分组成的。其介质一般是由聚丙烯膜组成;电极是由金属真空蒸发层组成; 外壳一般是以阻燃PBT塑壳(UL94V-0)为主; 封装一般是由阻燃环氧树脂(UL94V-0)组成;而引脚是以镀锡铜包钢线而组成。

12.2、优点

失效后,不会导致电击,不危及人身安全。

12.3、用途

x电容是跨接在电力线两线(L-N)之间的电容,用于抑制差模干扰,一般选用金属薄膜电容。Y电容是分别跨接在电力线两线和地之间(L-E,N-E)的电容,一般是成对出现,抑制共模干扰,用于电源市电输入端即电容器失效后,不会导致电击,不危及人身安全。

电容在电路中一般起什么作用?

电容在实际电路应用中主要有以下几点作用:

  1. 隔直流,通交流,起到藕合作用。
  2. 滤波整流
  3. 计时
  4. 谐振
  5.  储能

 

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