電容器的主要參數及基本公式

電容器的主要參數有標稱電容量和容差、額定電壓、絕緣電阻、損耗率，這些參數主要由電容器中的電介質決定。電容器產品標出的電容量值。

云母和陶瓷介質電容器的電容量較低（大約在5000pF以下）;紙、塑料和一些陶瓷介質形式的電容器居中（大約在0.005μF ~1.0μF）;通常電解電容器的容量較大。

電容器主要參數

1、標稱電容量和容差

標稱電容量是標在電容器上的電容量。

電容器實際電容量與標稱電容量的偏差稱容差。某一個電容器上標有220nJ，表示這個電容器的標稱電容量為220nF，實際電容量應220nF±5%之內，此處J表示容量誤差為±5%。若J改為K，表示誤差為±10%;改為M表示誤差為±20%。

2、額定電壓

在最低環境溫度和額定環境溫度下可連續加在電容器的最高直流電壓有效值，一般直接標注在電容器外殼上，如果工作電壓超過電容器的耐壓，電容器擊穿，造成不可修復的永久損壞。

3、絕緣電阻

理想的電容器，在其上加有直流電壓時，應沒有電流流過電容器，而實際上存在有微小的漏電流。直流電壓除以漏電流的值，即為電容器的絕緣電阻。其典型值為100 MΩ到10000MΩ?，F在CL11、CBB22等塑料薄膜電容器的絕緣電阻值可達到5000MΩ以上。電容器的絕緣電阻是一個不穩定的電氣參數，它會隨著溫度、濕度、時間的變化而變化。絕緣電阻越大越好。

4、損耗率

電容器的損耗率是電容器一周期內轉化成熱能的能量與它的平均儲能的比率，通常用百分數表示。電容器轉化成熱能的能量主要由介質損耗的能量和電容所有的電阻所引起的能量損耗，在直流電場的作用下，電容器的損耗以漏電阻損耗的形式存在，一般較小，在交變電場的作用下，電容的損耗不僅與漏電阻有關，而且與周期性的極化建立過程有關。有些電容器如電解電容在交流信號下工作損耗隨頻率迅速增加，只能在直流或低頻工作。

5、頻率特性

隨著頻率的上升，一般電容器的電容量呈現下降的規律。

電容器參數的基本公式

6、 相位角 Ф

理想電容器：超前當前電壓 90度

理想電感器：滯后當前電壓 90度

理想電阻器：與當前電壓的相位相同

7、耗散系數 （%）

損耗角正切值 Tan δ

在電容器的等效電路中，串聯等效電阻 ESR 同容抗 1/ωC 之比稱之為 Tan δ， 這里的 ESR 是在 120Hz 下計算獲得的值。顯然，Tan δ 隨著測量頻率的增加而變大，隨測量溫度的下降而增大。

D.F. = tan δ （損耗角）= ESR / Xc = （2πfC）（ESR）

損耗因數，因為電容器的泄漏電阻、等效串聯電阻和等效串聯電感，這三項指標幾乎總是很難分開，所以許多電容器制造廠家將它們合并成一項指標，稱作損耗因數，主要用來描述電容器的無效程度。損耗因數定義為電容器每周期損耗能量與儲存能量之比。又稱為損耗角正切。

圖1中，電容的泄露電阻Rp、有效串聯電阻Rs和有效串聯電感L式寄生元件，可能會降低外部電路的性能。一般將這些元件的效應合并考慮，定義為損耗因數或DF。

電容的泄漏是指施加電壓時流過電介質的微小電流。雖然模型中表現為與電容并聯的簡單絕緣電阻Rp，但實際上泄露與電壓并非線性關系。制造商常常將將泄漏規定為 MΩ-μF 積，用來描述電介質的自放電時間常數，單位為秒。其范圍介于 1 秒或更短與數百秒之間，前者如鋁和鉭電容，后者如陶瓷電容。玻璃電容的自放電時間常數為 1，000 或更大；特氟龍和薄膜電容（聚苯乙烯、聚丙烯）的泄漏性能最佳，時間常數超過 1，000，000 MΩ-μF。對于這種器件，器件外殼的表面污染或相關配線、物理裝配會產生泄漏路徑，其影響遠遠超過電介質泄漏。

有效串聯電感 ESL（圖 1）產生自電容引腳和電容板的電感，它能將一般的容抗變成感抗，尤其是在較高頻率時；其幅值取決于電容內部的具體構造。管式箔卷電容的引腳電感顯著大于模制輻射式引腳配置的引腳電感。多層陶瓷和薄膜電容的串聯阻抗通常最低，而鋁電解電容的串聯阻抗通常最高。因此，電解電容一般不適合高頻旁路應用。

電容制造商常常通過阻抗與頻率的關系圖來說明有效串聯電感。這些圖會顯示：在低頻時，器件主要表現出容性電抗；頻率較高時，由于串聯電感的存在，阻抗會升高。

有效串聯電阻 ESR（圖 1 的電阻 Rs）由引腳和電容板的電阻組成。如上文所述，許多制造商將 ESR、ESL 和泄漏的影響合并為一個參數，稱為“損耗因數”或 DF。損耗因數衡量電容的基本無效性。制造商將它定義為每個周期電容所損失的能量與所存儲的能量之比。特定頻率的等效串聯電阻與總容性電抗之比近似于損耗因數，而前者等于品質因數 Q 的倒數。

損耗因數常常隨著溫度和頻率而改變。采用云母和玻璃電介質的電容，其 DF 值一般在 0.03% 至 1.0% 之間。室溫時，陶瓷電容的 DF 范圍是 0.1% 至 2.5%。電解電容的 DF 值通常會超出上述范圍。薄膜電容通常是最佳的，其 DF 值小于 0.1%。

8、品質因素

Q = cotan δ = 1/ DF

9、等效串聯電阻ESR（歐姆）

ESR = （DF） Xc = DF/ 2πfC

10、功率消耗

Power Loss = （2πfCV2） （DF）

11、功率因數

PF = sin δ （loss angle） – cos Ф （相位角）

12、阻抗 Z

在特定的頻率下，阻礙交流電流通過的電阻即為所謂的阻抗（Z）。它與電容等效電路中的電容值、電感值密切相關，且與 ESR 也有關系。

Z = √ ［ESR^2 + （XL - XC）^2 ］

式中，XC = 1 / ωC = 1 / 2πfC

XL = ωL = 2πfL

電容的容抗（XC）在低頻率范圍內隨著頻率的增加逐步減小，頻率繼續增加達到中頻范圍時電抗（XL）降至 ESR 的值。當頻率達到高頻范圍時感抗（XL）變為主導，所以阻抗是隨著頻率的增加而增加。

13、漏電流

電容器的介質對直流電流具有很大的阻礙作用。然而，由于鋁氧化膜介質上浸有電解液，在施加電壓時，重新形成的以及修復氧化膜的時候會產生一種很小的稱之為漏電流的電流。通常，漏電流會隨著溫度和電壓的升高而增大。

14、紋波電流和紋波電壓

在一些資料中將此二者稱做“漣波電流”和“漣波電壓”，其實就是 ripple current，ripple voltage。 含義即為電容器所能耐受紋波電流/電壓值。 它們和ESR 之間的關系密切，可以用下面的式子表示：

Urms = Irms × R

式中，Vrms 表示紋波電壓，Irms 表示紋波電流，R 表示電容的ESR

由上可見，當紋波電流增大的時候，即使在 ESR 保持不變的情況下，漣波電壓也會成倍提高。換言之，當紋波電壓增大時，紋波電流也隨之增大，這也是要求電容具備更低 ESR 值的原因。疊加入紋波電流后，由于電容內部的等效串連電阻（ESR）引起發熱，從而影響到電容器的使用壽命。一般的，紋波電流與頻率成正比，因此低頻時紋波電流也比較低。
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