电容器：结构、类型和性能参数讲解

电容器，顾名思义，是“装电的容器”，是一种容纳电荷的器件，用C表示，在实际电路中简称电容，它是电子设备中大量使用的电子元件之一，在电路中有隔直流、旁路、耦合、补偿、充放电、储能作用。

（一）电容器的结构

最简单的电容器由两端的极板和中间的绝缘电介质（包括空气）构成。在交流电路中，因为电流的方向随时间成一定的函数关系变化，而电容器充放电的过程是有时间的，这个时候，在极板间形成变化的电场，而这个电场也是随时间变化的函数。实际上，电流是通过场的形式在电容器间通过的。固定电容器有云母电容器[图311（a）]、瓷介电容器[图311（b）]、纸介电容器[图311（c）]、薄膜电容器、玻璃釉电容器[图311（d）]、混合介质电容器、漆膜电容器和电解电容器等。

图311　各种电容实物

电容器常见的单位有F（法拉）、mF（毫法）、μF（微法）、nF（纳法）、pF（皮法）。它们的单位换算为：1F=103mF=106μF=109nF=1012pF。

（二）电容器的类型

依照主要材质特性，电容器分为电解质电容器，电解质芯片电容器，塑料薄膜电容器，陶瓷电容器及陶瓷芯片电容器等大类。

1.电解质电容器

如图312所示，依照细部材质、形状及功能特性，电解质电容器可再区分为标准型（高度大于11mm）、迷你型（高度7mm）、超迷你型（高度5mm）、耐高温型（105℃）、低漏电型、迷你低漏电型（高度7mm）、双极性型、无极性型及低内阻型（LowESR）等。

图312　电解电容

图313　薄膜电容器

图314　陶瓷电容器

2.塑料薄膜电容器

如图313所示，依照细部材质、形状及功能特性，塑料薄膜电容器可再区分为聚乙烯薄膜、金属化聚乙烯薄膜、聚乙酯薄膜、聚丙烯薄膜、直流用金属化聚丙烯薄膜及交流用金属化聚丙烯薄膜等。

3.陶瓷电容器

如图314所示，依照细部材质、形状及功能特性，陶瓷电容器可再区分为Class-1（T.C.Type）温度补偿型、Class2（HiK Type）高诱电型、Class3（S.C.Type）半导体型等。

（三）电容器主要特性参数

1.标称电容量和允许偏差

标称电容量是标志在电容器上的电容量。电容器实际电容量与标称电容量的偏差称为误差，在允许的偏差范围称精度。

精度等级与允许误差对应关系：00（01）—±1%、0（02）—±2%、Ⅰ—±5%、Ⅱ—±10%、Ⅲ—±20%、Ⅳ—（+20%，-10%）、Ⅴ—（+50%，-20%）、Ⅵ—（+50%，-30%）

一般电容器常用Ⅰ～Ⅲ级，电解电容器用Ⅳ～Ⅵ级，根据用途选取。

2.额定电压

在最低环境温度和额定环境温度下可连续加在电容器的最高直流电压有效值，一般直接标注在电容器外壳上，如果工作电压超过电容器的耐压，电容器会击穿，造成不可修复的永久损坏。

3.绝缘电阻(www.xing528.com)

直流电压加在电容上，并产生漏电电流，两者之比称为绝缘电阻。当电容较小时，主要取决于电容的表面状态，容量大于0.1μF时，主要取决于介质的性能，绝缘电阻越小越好。

电容的时间常数：为恰当地评价大容量电容的绝缘情况而引入的时间常数，等于电容的绝缘电阻与容量的乘积。

4.损耗

电容在电场作用下，在单位时间内因发热所消耗的能量称为损耗。各类电容都规定了其在某频率范围内的损耗允许值。电容的损耗主要由介质损耗、电导损耗和电容所有金属部分的电阻引起。

在直流电场的作用下，电容器的损耗以漏导损耗的形式存在，一般较小，在交变电场的作用下，电容的损耗不仅与漏导有关，而且与周期性的极化建立过程有关。

5.频率特性

随着频率的上升，一般电容器的电容量呈现下降的规律。

（四）电容器的作用

在直流电路中，电容器相当于断路。电容器是一种能够储藏电荷的元件，也是最常用的电子元件之一。

最简单的电容器由两端的极板和中间的绝缘电介质（包括空气）构成。通电后，极板带电，形成电压（电势差），但是由于中间有绝缘物质，所以整个电容器不导电。不过，这样的情况是在没有超过电容器的临界电压（击穿电压）的前提条件下的。我们知道，任何物质都是相对绝缘的，当物质两端的电压加大到一定程度后，物质是都可以导电的，这个电压称为击穿电压。电容也不例外，电容被击穿后，就不是绝缘体了。不过在中学阶段，这样的电压在电路中是见不到的，因为其都是在击穿电压以下工作的，可以被当做绝缘体看待。

但是，在交流电路中，因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的，而电容器充放电有一个过程，这个时候，在极板间形成变化的电场，而这个电场也是随时间变化的函数。实际上，电流是通过电场的形式在电容器间通过的。

电容器的作用如下。

1.旁路

旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向其他器件进行放电。为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚，这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。

2.去耦

去耦又称解耦。从电路来说，总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感、电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作，这就是耦合。

去耦电容就是起到一个“电池”的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰，在电路中进一步减小电源与参考地之间的高频干扰阻抗。

将旁路电容和去耦电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去耦合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提供一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率，一般取0.1μF、0.01μF等；而去耦合电容的容量一般较大，可能是10μF或者更大，依据电路中分布参数以及驱动电流的变化大小来确定。旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。

3.滤波

从理论上（即假设电容为纯电容）说，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。但实际上超过1μF的电容大多为电解电容，有很大的电感成分，所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大的电解电容并联了一个小电容，这时大电容通低频，小电容通高频。电容的作用就是通高阻低，即通高频阻低频。电容越大低频越不容易通过。具体用在滤波中，大电容（1000μF）滤低频，小电容（20pF）滤高频。由于电容的两端电压不会突变，由此可知，信号频率越高则衰减越大，可以很形象地说电容像个水塘，不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。它把电压的变动转化为电流的变化，频率越高，峰值电流就越大，从而缓冲了电压。滤波就是充电、放电的过程。

4.储能

储能型电容器通过整流器收集电荷，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40～450V DC、电容值在220～150000μF之间的铝电解电容器（如EPCOS公司的B43504或B43505）较为常用。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其组合形式，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器。