电容器的主要的特性

很多电子产品中，电容器都是必不可少的电子元器件，它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源和退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等。由于电容器的类型和结构种类比较多，因此，使用者不仅需要了解各类电容器的性能指标和一般特性，而且还必须了解在给定用途下各种元件的优缺点、机械或环境的限制条件等。一、电容器的主要性能电容器的电气性能一般有四个主要参数，它们是：1标称电容量及偏差某一个电容器上标有220nT，表示这个电容器的标称电容量为220nF，实际电容量应220nF5之内，此处T表示容量误差为5。若T改为K，表示误差为10；改为M表示误差为20。云母和陶瓷介质电容器的电容量较低(大约在5000pF以下)；纸、塑料和一些陶瓷介质形式的电容量居中(大约在0005F10F)；通常电解电容器的容量较大。2额定电压电容器上还标有额定电压值，即在下限类别温度和额定温度之间的任一温度下，可以连续施加在电容器上的最大直流电压或最大交流电压的有效值或脉冲电压的峰值。电容器在工作时，其上承受的直流电压应小于额定电压。选择电容器额定电压的原则如下：1)低压时，实际工作电压与额定电压的比率可以高一些。2)高压时，实际工作电压与额定电压的比率要低一些。3)工作于交流状态或直流上的脉动交流成份比较大时，比率要选低一些，频率越高，比率越低。4)要求可靠性高时，比率要选低一些。电容器应用在高压场合时，必须注意电晕的影响。电晕是由于在介质/电极层之间存在空隙而产生的，它除了可以产生损坏设备的寄生信号外，还会导致电容器介质击穿。在交流或脉动条件下，电晕特别容易发生。对于所有的电容器，在使用中应保证直流电压与交流峰值电压之和不的超过直流电压额定值。3绝缘电阻理想的电容器，在其上加有直流电压时，应没有电流流过电容器，而实际上存在有微小的漏电流。直流电压除以漏电流的值，即为电容器的绝缘电阻。现在CL11、CBB22等塑料薄膜电容器的绝缘电阻值可达到5000M以上。电容器的绝缘电阻是一个不稳定的电气参数，它会随着温度、湿度、时间的变化而变化。4损耗角正切值损耗角正切值，简称损耗或写成tg。当交流电流通过电容器时，其上有一个交流电压降，对于理想的电容器，其两端的交流电压乘上流过的电流所得的值称为无功功率，此时，电容器不会发热。实际的电容器会产生微小的热量，其发热的功率称为有功功率。有功功率与无功功率之比称为损耗角正切值。例如CBB22型电容器的损耗约在万分之五左右，也就是说发热功率占无功功率的万分之五。在电压值为基准的矢量图上，不发热的电流超前它90，发热的电流与它同相，正好是直角三角型的两个直角边，发热的电流(阻性电流)与不发热的电流(容性电流)之比即为损耗，也就是正切值。电容器的损耗受工作频率的影响较大，一般而言，均随频率的增高而增大，但也有例外。例如：某电容器在1kHz时比在100Hz时的损耗还要小。5 温度系数。实际电容器的电容量是随着温度变化而变化的，当温度升高时，有的电容量会变大，称为正温度系数的电容器；有的则变小，称为负温度系数的电容器。温度系数通常是以20基准温度，当温度变化一度时，电容量的变化比率来表示，单位为PPM/。PPM表示百万分之一。例如：CBB22的温度系数约为300PPM/，则表示每升高一度，电容量减小万分之三即003。如果温度上升40，则00340=12，容量要下降12二、电容器的分类：为了便于记忆，我们把主要的电容器分成三类，并称为主流产品。1电解电容器电解电容器属老产品，近年来的改进主要是体积越做越小。铝电解电容器的电性能较差，损耗tg在100Hz时约为510左右，容量的稳定性和温度系数也差。这种电容器主要应用在电源滤波和要求不严的低频电路中。使用者要记住的是：同样的容量，大体积的要比小体积的损耗小；同样的容量，高压的比低压的损耗要小；不同的容量，小容量比大容量的损耗要小。钽电解电容器(CA型)电性能包括损耗、容量的稳定性和温度系数，要比铝电解好得多。但价格也要高些。2塑料薄膜电容器塑料薄膜电容器是近一、二十年发展起来的电容器，现已成为主流产品(淘汰了以往的纸介电容器)。薄膜电容器的容量上限可以很大，如电动机启动用CBB60、CBB61型电容器，容量可达几十微法。薄膜电容器主要有两种材料，聚酯(涤纶)CL型和聚丙烯CBB型。每种材料主要有两种结构；箔式CL11、CBB11和金属化CL21、CBB21、CBB22等。这样我们就能很容易从型号上看出它们的材料和结构。例如：CL21则表示这个电容器的材料是涤纶，结构是金属化。CL11型是数量最大的一种低价产品。箔式结构是指电容器用塑料薄膜和铝箔叠在一起卷绕而成，导电电极为铝箔。金属化结构是预先用真空蒸发的方法在薄膜上蒸发了一层极薄的金属膜，然后用这个薄膜卷绕成的电容器，导电电极为蒸发的金属膜(大多仍为铝膜)。在同样规格情况下，金属化电容器的体积要比箔式的小。金属化薄膜电容器有自愈特性，即电容器中塑料薄膜某一点若存在缺陷，加电压时会击穿，则此处的金属膜会蒸发掉，而不会产生短路现象，从而使电容器仍能正常工作。金属化电容器还有一个优点就是引出线是从喷了金属的端面引出，从而使电流通路很短，所以也称为无感电容器。损耗：CL型和CBB型电容器在外形上差别不大，但在损耗这一电性能上差别较大。涤纶电容器的损耗较大，在1kHz时典型值约为50104，与纸介电容器相当。聚丙烯电容器的损耗(1kHz)，指标大约是10104，实际上一般小于5104，约为涤纶电容器的十分之一。绝缘：CL型和CBB型绝缘性能都特别好，优于其它电容器。例如，一只CBB22型100nF电容器，其绝缘电阻可超过五万兆欧。温度系数：CL型与CBB型电容器的温度系数大体上都为300PPM/左右，但是CL型为正温度系数，CBB型为负温度系数。前面介绍过CBB型电容器在温度升高40时，容量要下降12左右。所以这两种电容器都不能制成精密电容器，最高精度只有5(J)。有时候，电容器上的标记不清，若要辨别真假CBB电容器，可以利用CL型和CBB型温度系数方向不同的原理来辨别，可以用手掌型数字电容表和电吹风来进行试验。先把电容器接到电容表上读出冷态时的电容值，然后用电吹风加热电容器，注意温度要调低一点，如果电容器的容量变大，说明是CL型电容器，反之则是CBB型电容器。顺便提一下，所有的非极性薄膜电容器均为负温度系数，例如聚苯乙烯电容器。3陶瓷电容器陶瓷电容器分为三个品种：1类瓷CC型，2类瓷CT型，3类瓷CS型。1类瓷、瓷介电容器电性能最好，一般工作在高频领域。绝缘和损耗也都非常好，温度系数也很小。陶瓷电容器与其它电容器不同，介质是属复合材料，所以改变材料的配方可调节温度系数。所以1类瓷、陶瓷电容器除了标明容量外，还要标明其温度系数以及温度系数的误差。例如：标有CH、C表明其温度系数基数为0，H表示温度系数的误差为60PPM/，如标有PJ，P表示温度系数基数为150PPM/，J表示其误差为120PPM/，有时也用电容器顶上的颜色来表示温度系数。黑色的温度系数最小，红色、橙色依次次之。温度系数越小的电容器，其体积要大一些，所以一般情况下，1 类单片高频瓷介电容器的最大电容量不会超过1000pF。2类瓷和3类瓷陶瓷电容器又称为铁电陶瓷。它们的特点是材料的介电系数特别高，所以制成的电容器容量特别大，而体积又小。例如：铁电陶瓷电容器的损耗和绝缘这两个参数，比CL11型要差5倍左右，容量的温度系数也较大。例如：E型温度特性的电容量变化率为2055，F型为3080，只有B型较好为10。容量的温度特性具有居里点，温度在30左右时容量最大，温度降低和温度增高时，容量都急骤下降。所以这种电容器只能用在要求不高的地方。对于陶瓷电容器，同样的电容量和工作电压，体积越大的电性能越好。4非主流电容器(1)云母电容器(CY型)以前在高频领域主要应用云母电容器，后来逐步由高频陶瓷电容器取代。云母电容器应用的减少不是因为电性能不好，而是因为云母矿源稀少，制造云母电容器生产工艺复杂造成的。云母电容器的电性能非常好，所以云母电容器可以制成标准电容器。(2)聚苯乙烯电容器(CB型)聚苯乙烯电容器是最早的