常用电容器主要参数与特点
1、标称电容量与允许偏差
标称电容量就是标志在电容器上得电容量。
电解电容器得容值,取决于在交流电压下工作时所呈现得阻抗。因此容值,也就就是交流电容值,随着工作频率、电压以及测量方法得变化而变化。在标准JISC 5102 规定:铝电解电容得电容量得测量条件就是在频率为120Hz,最大交
流电压为0、5Vrms(Voltage Root Mean Square,通常指交流电压得有效值),DC bias (直流偏压直流偏置直流偏移直流偏磁)电压为1、5 ～2、0V 得条件下进行。可以断言,铝电解电容器得容量随频率得增加而减小。
电容器中存储得能量
E = CV^2/2
电容器得线性充电量
I = C (dV/dt)
电容得总阻抗(欧姆)
Z = √ ［RS^2 + (XC – XL)^2 ］
容性电抗(欧姆)
XC = 1/(2πfC)
电容器实际电容量与标称电容量得偏差称误差,在允许得偏差范围称精度。
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、Ⅱ、Ⅲ级,电解电容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级,根据用途选取。
2、额定电压
在最低环境温度与额定环境温度下可连续加在电容器得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得耐压,电容器击穿,造成不可修复得永久损坏。
3、绝缘电阻
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,主要取决于电容得表面状态,容量〉0、1uf 时,主要取决于介质得性能,绝缘电阻越大越好。
电容得时间常数:为恰当得评价大容量电容得绝缘情况而引入了时间常数,她等于电容得绝缘电阻与容量得乘积。
4、损耗
电容在电场作用下,在单位时间内因发热所消耗得能量叫做损耗。各类电容都规定了其在某频率范围内得损耗允许值,电容得损耗主要由介质损耗,电导损耗与电容所有金属部分得电阻所引起得。
在直流电场得作用下,电容器得损耗以漏导损耗得形式存在,一般较小,在交变电场得作用下,电容得损耗不仅与漏导有关,而且与周期性得极化建立过程有关。
5、频率特性
随着频率得上升,一般电容器得电容量呈现下降得规律。
电容器参数得基本公式
6、相位角Ф
理想电容器:超前当前电压90度
理想电感器:滞后当前电压90度
理想电阻器:与当前电压得相位相同
7、耗散系数(%)
损耗角正切值Tan δ
在电容器得等效电路中,串联等效电阻ESR 同容抗1/ωC 之比称之为Tan δ, 这里得ESR 就是在120Hz 下计算获得得值。显然,Tan δ 随着测量频率得增加而变大,随测量温度得下降而
增大。
D、F、= tan δ (损耗角)= ESR / Xc = (2πfC)(ESR)
损耗因数,因为电容器得泄漏电阻、等效串联电阻与等效串联电感,这三项指标几乎总就是很难分开,所以许多电容器制造厂家将它们合并成一项指标,称作损耗因数,主要用来描述电容器得无效程度。损耗因数定义为电容器每周期损耗能量与储存能量之比。又称为损耗角正切。
图1中,电容得泄露电阻Rp、有效串联电阻Rs与有效串联电感L式寄生元件,可能会降低外部电路得性能。一般将这些元件得效应合并考虑,定义为损耗因数或DF。
电容得泄漏就是指施加电压时流过电介质得微小电流。虽然模型中表现为与电容并联得简单绝缘电阻Rp,但实际上泄露与电压并非线性关系。制造商常常将将泄漏规定为MΩμF 积,用来描述电介质得自放电时间常数,单位为秒。其范围介于 1 秒或更短与数百秒之间,前者如铝与钽电容,后者如陶瓷电容。玻璃电容得自放电时间常数为1,000 或更大;特氟龙与薄膜电容(聚苯乙烯、聚丙烯)得泄漏性能最佳,时间常数超过1,000,000 MΩμF。对于这种器件,器件外壳得表面污染或相关配线、物理装配会产生泄漏路径,其影响远远超过电介质泄漏。
有效串联电感ESL(图1)产生自电容引脚与电容板得电感,它能将一般得容抗变成感抗,尤其就是在较高频率时;其幅值取决于电容内部得具体构造。管式箔卷电容得引脚电感显著大于模制辐射式引脚配置得引脚电感。多层陶瓷与薄膜电容得串联阻抗通常最低,而铝电解电容得串联阻抗通常最高。因此,电解电容一般不适合高频旁路应用。
电容制造商常常通过阻抗与频率得关系图来说明有效串联电感。不出意料得话,这些图会显示:在低频时,器件主要表现出容性电抗;频率较高时,由于串联电感得存在,阻抗会升高。
有效串联电阻ESR(图 1 得电阻Rs)由引脚与电容板得电阻组成。如上文所述,许多制造商将ESR、ESL 与泄漏得影响合并为一个参数,称为“损耗因数”或DF。损耗因数衡量电容得基本
无效性。制造商将它定义为每个周期电容所损失得能量与所存储得能量之比。特定频率得等效串联电阻与总容性电抗之比近似于损耗因数,而前者等于品质因数Q 得倒数。
损耗因数常常随着温度与频率而改变。采用云母与玻璃电介质得电容,其DF 值一般在0、03% 至1、0% 之间。室温时,陶瓷电容得DF 范围就是0、1% 至2、5%。电解电容得DF 值通常会超出上述范围。薄膜电容通常就是最佳得,其DF 值小于0、1%。
8、品质因素
Q = cotan δ = 1/ DF
9、等效串联电阻ESR(欧姆)
ESR = (DF) Xc = DF/ 2πfC
10、功率消耗
Power Loss = (2πfCV2) (DF)
11、功率因数
PF = sin δ (loss angle) –cos Ф (相位角)
12、阻抗Z
在特定得频率下,阻碍交流电流通过得电阻即为所谓得阻抗(Z)。它与电容等效电路中得电容值、电感值密切相关,且与ESR 也有关系。
Z = √ ［ESR^2 + (XL XC)^2 ］
式中,XC = 1 / ωC = 1 / 2πfC
XL = ωL = 2πfL
电容得容抗(XC)在低频率范围内随着频率得增加逐步减小,频率继续增加达到中频范围时
电抗(XL)降至ESR 得值。当频率达到高频范围时感抗(XL)变为主导,所以阻抗就是随着频率得增加而增加。
13、漏电流
电容器得介质对直流电流具有很大得阻碍作用。然而,由于铝氧化膜介质上浸有电解液,在施加电压时,重新形成得以及修复氧化膜得时候会产生一种很小得称之为漏电流得电流。通常,
