器件选型---电容
器件选型---电容
1. 电容的作用
电容的基本特性:
存储电荷、直流电不能通过而交流电可以通过。
电容的容量大小与两板之间的面积、中间绝缘材料的厚度以及介电常数有关。一般来说,两板之间的面积越大,电容的容量就越大;中间绝缘材料的厚度越小,电容的容量也越大;介电常数越大,电容的容量也会越大。
电容的基本单位是法拉(F),表示每秒能够存储或释放的电量。
作用:
- 储能:存储电能,必要时释放。如闪光灯、加热设备等应用。
- 旁路(去耦):为交流电路中部分并联元件提供阻抗通路。去耦电容和旁路电容都是用于抗干扰,所处位置不同所以称呼不同。旁路(Bypass)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。去耦(Decoupling)电容也称退耦电容,是把输出信号的干扰作为滤除对象。电源和地之间连接着去耦电容,有三大作用:一是作为集成电路的储能电容;二是滤除器件产生的高频噪声,切断其通过供电回路进行传播;三是防止电源携带噪声对电路产生干扰。对IC而言,缓解电源电压的瞬间变化。
- 耦合:作为两个电路之间的连接,通交流阻直流。
- 滤波:电源电路中,整流电路将交流变成脉动的直流。在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容,利用其充放电特性,使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。由于大容量的电解电容一般具有电感,对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除,故在其两端并联了一只容量为 0.001~0.1pF 的电容,以滤除高频及脉冲干扰。
- 温度补偿:针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响而进行补偿,改善电路的稳定性。
- 计时:电容器与电阻器配合使用,确定电路的时间常数。RC振荡器。
- 谐振:用在LC谐振电路中的电容器称为谐振电容,LC并联和串联谐振电路中都需这种电容电路。
- 整流:在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。
根据不选用普通电容,选以下类型电容的原因:
- 安规电容:安规电容可以在电源失效时防止电击,保护使用者的安全。即使电容失效后,也不会导致电击,不危及人身安全。
- 钽电容:相比普通陶瓷电容高温、高湿和高频环境下的稳定性更好。
- 铝电解电容:适用AC电路,大容量,低ESR的场景。
2. 电容的种类
2.1 DIP型
- 纸质电容: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。电容量大(100pF~100μF)工作电压范围宽,最高耐压值可达6.3 kV。体积大、容量精度低、损耗大、稳定性较差。
- 云母电容:云母电容器是采用云母作为介质,在云母表面喷一层金属膜(银)作为电极,按需要的容量叠片后经浸渍压塑在胶木壳(或陶瓷、塑料外壳)内构成。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(50V~7kV)等优点 。一般在高频电路中作信号耦合、旁路、调谐等使用。
- 薄膜电容:薄膜电容是一种小型电容,它采用薄膜材料作为中间的绝缘材料。其特点是容量较小、稳定性好、成本适中,适用于高频、小型化电路中。薄膜电容容量范围为0.1pF ~ 10μF,具有较小公差、较高容量稳定性及极低的压电效应,因此是X、Y 安全电容、滤波、振荡、计频、EMI/EMC 的首选。
- 圆板陶瓷电容:陶瓷电容的结构非常简单。在两个金属盘之间放置一个薄陶瓷盘,这些端子焊接到金属盘上。一切都涂有绝缘保护涂层。
2.2 SMD型
- 铝电解电容:铝电解电容是一种大容量的电容,它采用电解液作为中间的绝缘材料。其特点是容量大、成本低,但稳定性较差,适用于低频交流电路中。铝电解电容容量范围为0.1μF ~ 22000μF,高脉动电流、长寿命、大容量的不二之选,广泛应用于电源滤波、电源旁路、解藕等场合。
- 钽电解电容:钽电容容量范围为2.2μF ~ 560μF,低等效串联电阻(ESR)、低等效串联电感(ESL)。脉动吸收、瞬态响应及噪声抑制都优于铝电解电容,是高稳定电源的理想选择。
- 积层陶瓷特片电容(最常见):陶瓷电容是一种小型电容,它采用陶瓷材料作为中间的绝缘材料。其特点是容量小、稳定性好、耐高温,但成本较高,适用于高频、高温电路中。陶瓷电容容量范围为0.5pF ~ 100μF,独特的材料和薄膜技术的结晶,迎合了当今“更轻、更薄、更节能”的设计理念。陶瓷电容一般用于滤波、振荡、定时等场合。
补充
3. 常见电容
立创检索,销量最高的电容,100nf 0603 贴片电容
查看其数据手册:
可以得出信息:
- CC0603KRX7R9BB104
说明该电容封装大小为
0603 长0.06英寸,宽0.03英寸,精度为±10%
额定电压为50v ,10*10^4pf = 100nf
X7R表示的是一个系列
4. 电容选型思路
电容量和精度-》额定电压-》材料和阻抗-》尺寸封装、工作温度和寿命及成本
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评估电路需求(电容量及允许偏差):电容的容量基本可以决定电容选用的类型。按最低容量计算,超级电容>液体铝电容>Polymer 铝电容>陶瓷电容>薄膜电容,根据电路设计确定电容器的容量大小及容量的允许偏差。
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确定电容类型(额定电压和材料):根据电容的工作环境电压和降额要求,得出电容器的额定工作电压。各类电容器的额定工作电压范围不同,部分电压范围有一些重叠。就最大额定电压来说,薄膜电容>陶瓷电容>液体铝电容>MnO2 钽电容> Polymer 铝电容> Polymer 钽电容>超级电容。
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考虑工作频率(材料):根据电容在电路中的工作和电路工作频率,确定工作频率是落在容性区域、谐振区域还是感性区域(一般不会工作在感性区域)。然后确定电容的串联谐振频率。一般来说陶瓷电容器的串联谐振频率最高。
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考虑工作频率(阻抗和材料):指电容在频域内的阻抗值参数,随频率变化。这个参数决定了电容在频域上的旁路滤波能力以及在耦合电路上对信号的衰减大小。相同类别的器件,电容容量越大,低频阻抗越低;封装越小,高频阻抗越小(不考虑 X2Y 等特殊结构器件 )如何理解
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适应工作环境(封装尺寸):根据单板布局空间、单板整体加工要求和电容参数需求选择合适封装尺寸的电容。其中电容的封装不仅仅包括长宽高,还包括电容封装方式和个别电容周围应预留的空间,比如液体铝电解电容上方应根据封装预留 2~5mm 的间距空间;而对于裸封的薄膜电容器相对来说,需要预留足够的安全间距。一般来说液体铝电容,薄膜电容体积较大,钽电解电容器、陶瓷电容器体积较小。薄膜电容现阶段主要是插装方式型号,而液体铝电容和陶瓷电容有插装和表贴两种型号。
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适应工作环境(工作温度):指定电容的上下限类别温度,工作温度对电容器的性能、可靠性以及寿命均有较大影响。
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寿命:电容在单板上的工作时间,由于电容类别的不同,在寿命方面有不同的考虑。
补充:
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