电容简介

物理原理

电容是一种能够存储,过滤和电能量的元器件。电容的物理学公式如下:

Q标识存储的电量,ε是介电常数,A是平板面积,d是正负极间距。面积越大,距离越短,电容远大。

介电常数

介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场,原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为介电常数( permittivity)又称诱电率,与频率相关。介电常数是相对介电常数与真空中绝对介电常数乘积。如果有高介电常数的材料放在电场中,电场的强度会在电介质内有可观的下降。理想导体的相对介电常数为无穷大。
常见电容材料的介电常数如下,介电常数越大,越容易制作大容值电容(体积相同条件下)。

注:关于Class1和Class2的解释,见陶瓷电容章节介绍
介电常数是限制某种材料电容最大值的瓶颈,下面是不同材料的电容值范围:

介电常数还会影响容积率CV,它表示单位体积存储电荷的能力,钽电容的容积率是非常高的。

电容的常用容值

电容的标准容值按照E6,E12,E24数值标准,如下:
E6系列取值1.0、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8乘以10的n次方
E12系列取值1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2乘以10的n次方;
E24系列取值:1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1乘以10的n次方

电容充放电曲线

提到充放电曲线,就必须提到时间常数τ=RC,它是指电容充电到63.2%所用的时间,由如下公式得来:

其中e=2.71828。

工程中很少关注电容上的实际电量,而是章节关注电压值,电容上的电压值与RC的关系如下:

V0是电容初始电压,Vu充满后的电压值,假设V0=0V。那么上面公式简化为:

电容分类及优缺点

按照材料不同,电容可分类如下:

如下是Murata给出的不同类型电容的优缺点。

本文对陶瓷电容,聚合物薄膜电容,钽电容,POSCap(负极采用高导电性的高分子材料Poly的、有极性的钽电容或铝电容)做详细介绍,其他类型用的很少,不展开介绍。

铝电解电容是物美价廉的产品,在基带硬件领域用的不多,也不展开。
常见的电容品牌:村田Murata,集美KEMET,AVX,威世VISHAY,宇阳,国巨Yageo,TDK,汽车电子常用的铝电解电容ELNA等。

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