《电容相知识》PPT课件.ppt

2019/6/12,END,1,電容基礎知識,MIKING XU 11/5/05,Copyright 2003-2005 MAG.LAYERS INTERNATIONAL CO.,LTD,2019/6/12,END,2,(I)什么叫主动元件,被动元件？ (II) 什么叫电容？ (III)电容分类和内部构造. (IV)电容的工作原理及作用. (V)电容的主要技术参数 (VI)电容三大特性,Summary:,2019/6/12,END,3,(I)什么叫被动元件,主动元件：,所谓被动元件指:不必接电就可以动作， 相对于主动元件，被动元件在电压改变的时候，电阻和阻抗都不会随之改变。被动组件可以涵盖三大类产品：电阻器、电感器和电容器。 简单地讲就是需能（电）源的器件叫主动元件，无需能（电）源的器件就是被动元件。主动组件一般用来信号放大、变换等，被动元件用来进行信号传输，或者通过方向性进行“信号放大”。 电容,电阻,电感都是被动元件(无源元件)。 二极管,三极管,IC,晶振,传感器,连接器都是主动元件(有源元件) 。,2019/6/12,END,4,2019/6/12,END,5,(II) 什么叫电容？,電容:当两导电物质间以介质隔离，用来储存可能产生的静电的，容纳和释放电荷的电子元器件 ，就是电容器 ,即线路对电容器进行充电放电过程，如此循环重复电容进行工作。,2019/6/12,END,6,(III)电容内部构造和分类.,电容内部主要由两块正负电极和夹在中间的绝缘介质组成，所以电容类型主要是由电极和绝缘介质决定的。 按电极介质材料分为:NPO, X7R, X5R ,Y5V 按绝缘介质分:有空气介质电容器、油浸电容器及固体介质:陶瓷、钽质、电解质、云母、纸介、薄膜等电容器.,2019/6/12,END,7,2019/6/12,END,8,A:陶瓷电容内部结构及特性,陶瓷电容是在一块瓷片的两边涂上金属电极而成，普遍为扁平形。其电容量较小，都在pF(皮微法)数量级。又因为绝缘介质是较厚瓷片，所以额定电压一般在13kV左右，很难会被电损坏，一般只会出现机械破损。 陶瓷电容又分为两种：一种是单层型陶瓷电容,另一种就是积层型陶瓷电容 (MLCC)。 MLCC 体积小、相对电容量大、高频使用时损失率低及稳定性高等的特性 。,2019/6/12,END,9,MLCC简介：,它是有多层单片瓷片叠加而成，面积 越大电容量越大，电极一开始用银这种稀 有金属来做，为了降低成本，现在X7R系列产品的电极采用银和镍来做。把陶瓷 粉经过压平以后，涂上一个电极，通过压力把它压成一大片以后，做成一个单个的陶瓷电容器，有很多不同层叠加，但叠加的层数越多，受温度的影响就越敏感。,2019/6/12,END,10,MLCC內部結構:,2019/6/12,END,11,MLCC內部結構:,Multi-Layer Ceramic Capacitor,2019/6/12,END,12,-,Multilayer Manufacture,2019/6/12,END,13,B:钽质电容内部结构及特性,钽电容内部的结构是经过压结的钽粉芯组，整个芯组通过化学反应在 钽粉表面形成五氧化二钽，即钽电容的阳极，钽电容阴极是氧化钽表面沉淀二氧化锰聚合物；在聚合物的表面涂敷碳,其作用1.为下一个制程将银层和聚合体在一起粘接作用。2.碳颗粒的大小直接影响到ESR大小的关键。 在碳层外在镀金属银，作为电极引 出，可以对内部钽起到保护作用使之可以通过高温回流焊,及使整体具有较好的机械强度，并且银层厚度直接影响耐压值的高低。,2019/6/12,END,14,钽电容內部构造:,2019/6/12,END,15,C:铝电解电容内部结构及特性,电解电容的结构与纸介电容相似，不同的是作为电极的两种金属箔不同(所以在电解电容上有正负极之分，且一般只标明负极)，两电极金属箔与纸介质卷成圆柱形后，装在盛有电解液的圆形铝桶中封闭起来。阳极是三养化二铝，阴极是电解液。若电容器漏电，就容易引起电解液发热，从而出现外壳鼓起或爆裂现象耐压值一般在几伏特几百伏特之间，容量一般在几微法几千微法之间，最高工作温度一般为85105，电解电容出现外壳鼓起或爆裂，并非只有漏电才出现，工作环境温度过高或正负极接反同样也会出现。,2019/6/12,END,16,2019/6/12,END,17,D:纸质电容内部结构及特性,纸介电容结构和电解电容类似由两层正负锡箔电极和一层夹在锡箔中间的绝缘蜡纸组成，并拆叠成扁体长方形。额定电压一般在63V250V之间，容量较小，基本上是pF(皮法)数量级。现代纸介电容由于采用了硬塑外壳和树脂密封包装，不易老化，又因为它们基本工作在低压区，且耐压值相对较高，所以损坏的可能性较小。万一遭到电损坏，一般症状为电容外表发热。,2019/6/12,END,18,陶瓷,钽质,铝电解电容,纸质电容优缺点：,陶瓷贴片电容一般比较小，外观呈黑色贴片状，它体积小、耐热性好、损耗低，价格低但容量较小，都在pF(皮微法)数量级，一般适用于高频电路，又因为绝缘介质是较厚瓷片，所以额定电压一般在13kV左右，很难会被电损坏，一般只会出现机械破损在主板和显卡上被大量采用。 钽电容耐高温性好、稳定性高，不过容量较小、价格贵，一般多在CPU插座附近出现，在中高档显卡上用得也比较多； 铝电解电容（直立电容） 一般在CPU和内存槽附近比较多，铝电解电容的体积大、容量大，但易受温度影响，随着温度的升高和使用时间的增加，故障率也相应提高；耐压值一般在几伏特几百伏特之间，容量一般在几微法几千微法之间 。 纸质电容：额定电压一般在63V250V之间，容量较小，基本上是pF(皮法)数量级。 纸介电容由于采用了硬塑外壳和树脂密封包装，不易老化，又因为它们基本工作在低压区，且耐压值相对较高，所以损坏的可能性较小。,2019/6/12,END,19,随着陶瓷粉的工艺不 断往前发展，贴片陶瓷电容器的耐压已可满足500V以上的应用。 对于超过500V以上的应用，由于陶瓷粉单片的介质结构是很薄的，中间采用上述结构的话，就是在1000V工作，也可以起到分散的作用，因此，在高压应用方面有很大的优势。 由于陶瓷电容 器有共振的现象，当容量比较大，由于陶瓷电容器的内部结构，叠加的层数很多，可能 是200层，这样，本身共振的概率很高。因此，在手机或音频处理应用时，容量超过10 F ，建议采用钽电容。而在小于10 F应用时陶瓷电容器在性能价格比上就有很大的优 势。,2019/6/12,END,20,IV:電容的工作原理及作用:,电容的基本工作原理就是充电放电電容功能為:通直流隔交流,滤波,在線路中之功能為儲存能量,經過其充電及放電之過程對整個線路中之電壓進行調整與補充, 此為電容的基本應用.,2019/6/12,END,21,(V)电容的主要技术参数,标称容量、允许误差、额定电压、绝缘电阻、漏电流、损耗因数,ESR及DF值均为电容器的主要技术参数。 1.额定电压通常也称作耐压，是指在允许的环境温度范围内，电容长时间正常工作施加的最大电压有效值。电容的额定电压通常是指直流工作电压。 2.绝缘电阻及漏电流 电容介质不可能绝对不导电，当电容加上直流电压时，电容器会有漏电流产生。若漏电流太大，电容器就会发热损坏。除电解电容外，其他电容器的漏电流是极小的，故用绝缘电阻参数来表示其绝缘性能；而电解电容因漏电较大，故用漏电流表示其绝缘性能（与容量成正比）。 3.损耗因数 电容的损耗因数指有功损耗与无功损耗功率之比。通常电容在电场作用下，其储存或传递的一部份电能会因介质漏电及极化作用而变为有害的热能，这部分发热消耗的能量就是电容的损耗，显然损耗越大，发热也越严重。 4.ESR:等效串联电阻,一只电容器会因其构造而产生各种阻抗、感抗，比较重要的就是ESR等效串联电阻及ESL等效串联电感这就是容抗的基础。电容器提供电容量，要电阻干嘛？故ESR及ESL也要求低低；但lowESR/lowESL通常都是高级系列。 ESR的高低，与电容器的容量、电压、频率及温度都有关，当额定电压固定时，容量愈大ESR愈低。当容量固定时，选用高WV额定电压的品种也能降低ESR；故耐压高确实好处多多。频率的影响：低频时ESR高，高频时ESR低；当然，高温也会造成ESR的提升。,2019/6/12,END,22,5. DF: Dissipation Factor 散逸系數:存在於所有电容器中，有时DF值会以损失角tan表示 DF值是高还是低，就同一品牌、同一系列的电容器来说，与温度、容量、电压、频率都有关系；当容量相同时，耐压愈高的DF值就愈低。 DF=1/Q,2019/6/12,END,23,2019/6/12,END,24,VI電容特性(一):容值與時間的關係,用高介電常數材料做成的電容，由於陶瓷電極材料的內在固有的老化特性特性，其容值會隨著保存時間延長而降低，經焊錫高溫後其容值又可恢復。,2019/6/12,END,25,Cp (%) 10 0 NPO 10 X7R/X5R 20 30 Y5V 40 0 1 101 102 103 104 aging-hours 範例(Example): (1) X7R at 1000 hours Cp =10%, Decades=3 Aging Rate= 103=3.33 (%decade-hours) (2) Y5V at 1000 hours Cp =20%, Decades=3 Aging Rate= 203=6.67 (%decade-hours),示意圖,2019/6/12,END,26,電容特性(二):容值與直流電的關係,X7R/X5R，Y5V材質電容 (NPO除外)對直流電敏感，此類電容於直流加壓下使用時會產生介電常數降低現象，電壓越大現樣越明顯，進而導致有電容值降低的結果發生，此為俗稱DC bias 效應，特別是介電常數越大，容值降低的越嚴重。產生原因為直流電壓阻礙介電陶磁體偏極化效應，而造成介電常數降低的現象。,2019/6/12,END,27,示意圖:,Cp (%) 10 0 NPO 10 20 30 X7R/X5R 40 50 Y5V 60 VDC/Mil 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110,2019/6/12,END,28,X7R/X5R或Y5V材質電容(NPO除外)於交流電下使用時，其散逸因素會增加，且介電常數越大越明顯，如下圖所示