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电容器的特性

电容器具有大量的规格和特性。通过观察印在电容器本体上的信息,我们可以很好地了解电容器的特性。但是有些电容器的主体上有颜色或数字代码,因此很难理解特性。每种类型或系列的电容器都有自己的一套特性和识别系统。一些电容器识别系统易于理解其特性,而另一些则使用具有误导性的符号、字母和颜色。

要容易地了解特定电容器的特性,首先要找出电容器系列是陶瓷、塑料、薄膜还是电解电容器,从中很容易识别特性。即使电容器具有相同的电容值,它们也可能具有不同的工作电压.如果您使用工作电压低的电容器代替工作电压高的电容器,那么即使两个电容器具有相同的电容,增加的电压也可能损坏低压电容器。

众所周知,电解电容是有极性的,所以在电路中连接电解电容时,正极必须接正极,负极接负极,否则会损坏电容。因此,最好将电路中损坏或旧的电容器更换为具有相同特性的新电容器。下图显示了电容器的特性。

电容器的特性
电容器的特性

所有电容器都具有一组特性。所有这些特性都可以在电容器制造商提供的数据表中找到。现在让我们讨论其中的一些特性。

一、电容标称值 (C)

所有电容器特性中最重要的特性之一是电容器的标称电容 (C)。此标称电容值通常以皮法 (pF)、纳法 (nF) 或微法 (uF) 为单位测量,这个值在电容器的主体上用颜色、数字或字母表示。这个标称电容值印在电容器体的侧面,不必等于其实际值。

标称电容值可能随工作温度和电路频率而变化。对于较小的陶瓷电容器,这些标称值低至 1 皮法拉 (1pF),而对于电解电容器,这些标称值则高达 1 法拉 (1F)。所有电容器的容差额定值范围为 -20% 至 +80%。

现在较为通用的容值代码表示方法为三位代码“XXY”表示法,前两位数字表示乘系数,后一位表示乘指数,单位为pF。其中一般前两位的取值范围为上述E6和E12系列,后一位数字表示乘指数10 n。当Y= 9时,对应前述n = -1;当Y= 8时,对应前述n = -2;当Y= 0,1,2,3,4,5,6,7时,Y就等于n。

示例如下:

  1. 0.5pF容值代码表示为508; 68pF容值代码表示为680;
  2. 1 pF容值代码表示为109; 120pF容值代码表示为121;
  3. 4.7pF容值代码表示为479;
  4. 2200pF容值代码表示为222;10pF容值代码表示为100;
  5. 100000pF容值代码表示为104(0.1μF);
  6. 47μF容值代码表示为476; 330μF容值代码表示为337

二、电容工作电压 (WV)

工作电压是所有电容器特性中更重要的特性之一。电容器在其工作寿命期间不发生故障而施加在其上的最大电压称为工作电压(WV)。该工作电压以直流表示,并且印在电容器的主体上。

一般印在电容体上的工作电压,指的是它的直流电压,而不是它的交流电压,因为交流电压是它的有效值。所以电容的工作电压必须大于1.414(Vm = Vrms x√2 ) 其实际交流值的倍数,以将交流电压施加到电容器。电容器的这个规定的直流工作电压(WV-DC)只在一定的温度范围内有效,如-300C到+700C。如果施加大于电容器工作电压的直流或交流电压,则电容器可能会损坏。

通常印在电容器本体上的工作电压有10V、16V、25V、35V、50V、63V、100V、160V、250V、400V和1000V。所有电容器如果在其额定电压值范围内并在凉爽的环境中工作,其工作寿命将更长。

三、电容容差 (±%)

容差是电容与额定值的允许相对偏差,以百分比表示。与电阻器一样,电容器的容差值也存在正值或负值。对于小于 100pF 的低值电容器,该容差值通常以皮法 (+/-pF) 为单位测量,对于大于 100pF 的较高值电容器,该容差值通常以百分比 (+/-%) 为单位测量。

电容器的公差值是在 +20°C 的温度下测量的,仅在交付时有效。如果电容器可以在较长时间的储存后使用,则公差值会增加,但根据标准规范,该值不会超过交付时测量值的两倍。绕线电容器的交货公差通常为 +/-(1%,2.5%,5%,10%,20%)。电容器的一般容差值变化为 5% 或 10%,塑料电容器的额定值低至 +/-1%。。

不管是电容还是电阻,都有容量差,这叫做容差。一般电路中都对他们的要求都有一定范围(误差在1%-15%范围内)都可以。

四、电容漏电流 (LC)

电容器中用来分隔电容器金属板的所有介电材料都不是完美的绝缘体。它们允许少量电流(例如漏电流)流过它。这种效应是因为当施加电源电压 (V) 时,电容器板上的电荷粒子会形成强大的电场。对电容器施加额定直流工作电压将观察到充电电流的变化开始很大,随着时间而下降,到某一终值时达到较稳定状态这一终值电流称为漏电流

电容器的漏电流是少量的直流电流,以纳安 (nA) 为单位。这是因为电子流过电介质材料或在其边缘周围流动,并且在电源移除时也会超时放电。

漏电流定义为将不需要的能量从一个电路转移到另一个电路。另一个定义是漏电流是电路理想电流为零时的电流。电容器漏电流是放大器耦合电路和电源电路中的一个重要因素。

薄膜或箔型电容器的漏电流非常低,而电解(钽和铝)型电容器的漏电流非常高(每 uF 5-20 uA),它们的电容值也很高。电容器的漏电流时电容的一个负面的指标。在理想的情况下电容两个极板间是不能够有电流流通的,但是哲学里面讲任何的事物都不是绝对的,所以电容的两端会存在电流,这种电流就是我们通常所说的漏电流。

电容是两个金属板夹一个绝缘介质组成,理想状态的介质是绝缘的,现实的介质在两金属板有一定电压时会漏电,即你所述的泄露电流.国家标准要求加一定的直流电压时,其漏电流不大于一定值即可判定漏电流合格(或绝缘电阻符合要求)。测试要一定时间,因为电容在加压时会被充电,充电电流不是稳定的,看到稳定电流(很小值0.00几mΩ)时电容漏电流,即为漏电流。绝缘电阻仪和直流耐压机,都可以用来检测耐电流的大小。

五、电容工作温度

电容器的电容值随电容器周围温度的变化而变化。因为温度的变化,导致电介质的性能发生变化。工作温度是在额定电压下工作的电容器的温度。大多数电容器的一般工作温度范围为 -30°C 至 +125°C。在塑料型电容器中,这个温度值不超过 +700C。

如果空气或电容器周围温度过冷或过热,电容器的电容值可能会发生变化。这些温度的变化会影响实际的电路运行,也会损坏电路中的其他元件。我认为保持温度稳定以避免电容器被炸并不是一件简单的事情。

电介质中的液体会因蒸发而流失,尤其是在电解电容器(铝电解电容器)中,当它们在高温(超过+850C)下工作时,电容器的主体也会因泄漏电流和内部压力而损坏。而且电解电容也不能在低温下使用,比如-100C以下。

六、电容温度系数 (TC)

电容器的温度系数 (TC) 描述了电容值在指定温度范围内的最大变化。通常印刷在电容器主体上的电容值是参考温度 250C 测量的,并且对于在低于或高于此温度运行的应用,还必须考虑数据表中提到的电容器的 TC。通常温度系数以每摄氏度百万分之一 (PPM/0C) 为单位或随特定温度范围的百分比变化表示。

一些电容器是线性电容器(一类电容器),它们对温度高度稳定;这种电容器的温度系数为零。通常云母或聚酯电容器是 一类电容器的示例。 1一类电容器的 TC 规范将始终以每摄氏度的百万分之几 (PPM) 为单位指定电容变化。

有些电容器是非线性的(二类电容器),这些电容器的温度不像 1一类电容器那样稳定,它们的电容值会随着温度值的增加而增加,因此这些电容器给出了正温度系数。 2二类电容器的主要优点是它们的体积效率。这些电容器主要用于需要高电容值的应用,而稳定性和温度品质因数不是主要考虑因素。 二类电容器的温度系数 (TC) 直接以百分比表示。电容器温度系数的有用应用之一是使用它们来消除温度对电路中其他组件(例如电阻器或电感器等)的影响。

七、电容器极化

电容器极化一般属于电解型电容器,如铝型和钽型电容器。大多数电解电容器是极化的,即当电源电压连接到电容器端子时需要正确的极性,例如正极(+ve)端子到正极(+ve)连接和负极(-ve)到负极(-ve) ) 联系。

电容器内部的氧化层可能会因不正确的极化而破裂,这会导致大电流流过器件。结果电容器损坏如前所述。为了防止不正确的极化,大多数电解电容器在其主体的一侧都有箭头或黑色条纹或带或 V 形,以表示其负极 (-ve) 端子,如下图所示。

如果电源电压反转,极化电容器会产生很大的漏电流。极化电容器中的泄漏电流使信号失真,使电容器过热并最终损坏。使用极化电容器的基本原因是它们的成本低于相同额定电压和相同电容值的非极化电容器。基本上,极化电容器以微法拉为单位可用,例如1uF,10uF等。

电容器极化
电容器极化

八、电容等效串联电阻 (ESR)

电容器的等效串联电阻(ESR)定义为电容器在非常高的频率下使用时的交流阻抗,并且还考虑了介电电阻。电介质的直流电阻和电容器板的电阻都是在特定的温度和频率下测量的。理想电容器不存在等效串联电阻,或者说,理想电容器的等效串联电阻等于零。但实际中,电容器的引线,极板存在电阻,电容的绝缘介质会产生损耗。在外部,可将该电容器等效为一个理想电容器与一个电阻、一个电感串联的模型,此时电阻值即为该电容器的等效串联电阻。

ESR 的作用类似于与电容器串联的电阻器。电容器的 ESR 是其质量的等级。我们知道,理论上完美的电容器是无损的,并且 ESR 值也为零。这种电阻 (ESR) 通常会导致电容器电路出现故障。

ESR是等效串联电阻,意味着,将两个电容串联,会增大这个数值,而并联则会减少之。 理论上,一个完美的电容,自身不会产生任何能量损失,但是实际上,因为制造电容的材料有电阻电容的绝缘介质有损耗,各种原因导致电容变得不“完美”。 这个损耗在外部,表现为就像一个电阻电容串联在一起,所以就起了个名字叫做“等效串联电阻”。

 

九、等效串联电阻(ESR)的影响

电路中输出电容的等效串联电阻(ESR)会影响器件的性能。而且 ESR 可能会降低电容器的电源电压。 ESR 与电容器的绝缘电阻完全相反,在某些类型的电容器中,电容器的绝缘电阻表现为与电容器并联的纯电阻。一个理想的电容只有它的电容,ESR值非常小(小于0.1Ω)。

如果电介质厚度增加,则 ESR 将增加。如果板的表面积增加,则 ESR 值将下降。要计算电容器的 ESR,我们需要标准电容器表以外的东西,例如 ESR 表。如果电容表是一个方便的设备,那么它不会检测到会增加 ESR 值的电容故障。

在非电解电容器或具有固体电解质的电容器中,引线、电极的金属电阻和电介质中的损耗是导致 ESR 的原因。一般来说,陶瓷电容器的 ESR 值在 0.01 到 0.1 欧姆之间。采用非固体电解质的铝和钽电解电容器具有非常高的 ESR 值,例如几欧姆。铝电解电容器的一个主要问题是,如果在该电路中使用的电容器的 ESR 值在运行中随着时间的推移而增加,则会损坏电路元件。

一般来说,聚合物电容器的 ESR 值小于相同值的电解(湿)电容器。

因此,聚合物电容器可以处理更高的纹波电流。电容器可用作具有非常低 ESR 额定值的滤波器。

电容器具有存储电荷的能力,即使充电电流没有流过它。电视机、闪光灯和电容器组中使用的电容器一般为电解型电容器。

根据经验法则,大容量电容器的引线在电源被移除后必须永远不要触摸。

 

 

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