很常見的一個場景就是，現在工程師手頭的電路中有一個標稱電容，必須將電容與IC或者有源組件一起使用。一般來說大多數 IC，例如：555、微控制器 IC ，在 datasheet 中針對不同的應用都會有一個推薦的電容值。但很多時候都是需要工程師判斷，工程師自己去選擇一個合適的電容。

這篇文章就從2個方面來講一下怎么選擇電容？

電容基礎知識詳解-各類電容材料組成與應用特點

電容選擇需要注意什么？

電容基礎知識詳解-各類電容材料組成與應用特點

1、電解電容

當需要非常大的電容值，通常使用電解電容。電解電容不是使用非常薄的金屬膜層作為電極之一，而是使用凝膠或糊狀物形式的半液體電解質溶液作為第二電極。

電解電容通常有兩種基本形式：鋁電解電容和鉭電解電容。

1.1 鋁電解電容

鋁電解電容圖1

鋁電解電容優點：最適合用于耦合、隔直和旁路電路，鋁電解電容內使用的電解質有助于修復損壞的極板，還具有對箔板進行再陽極氧化的能力。最常用于電源的去耦目的，即減少到達電路的電壓紋波。它們還廣泛用于DC/DC 開關電壓轉換器。

鋁電解電容缺點：與普通類型相比，不能承受高直流電流，容易極化，它們的公差范圍也很大，高達 20%。鋁電解電容的典型電容值范圍為 1uF 至 47,000uF。

1.2 鉭電解電容

鉭電解電容

鉭電解電容優點：介電性能也比氧化鋁好得多，具有更低的漏電流和更好的電容穩定性，使其適用于阻斷、旁路、去耦、濾波和定時應用，額定工作電壓要低得多。固態鉭電容器通常用于交流電壓小于直流電壓的電路中。

鉭電解電容缺點：高度極化，具有災難性的故障模式，可能由電壓尖峰觸發，甚至比額定電壓略高。

2、陶瓷電容

陶瓷電容的結構非常簡單。在兩個金屬盤之間放置一個薄陶瓷盤，這些端子焊接到金屬盤上。一切都涂有絕緣保護涂層。

陶瓷實物圖

陶瓷電容結構圖

MLCC 和陶瓷圓盤電容都進一步分為兩個應用類別：I 類陶瓷電容和II 類陶瓷電容。

1.1 I 類陶瓷電容

精確度 (+/- 5%)和溫度補償，電容隨溫度的變化非常小。非常穩定和準確，用于頻率控制應用，例如無線電應用的諧振電路。

1.2 II 類陶瓷電容

精度較低，但提供更高的體積密度（高達 μF 范圍），因此適用于平滑或去耦應用。此外，它們具有較大的電壓系數，在最大 VDC 的一半處電容值降低 50% 是常見的。

X5R：可在 -55C 至 85C 溫度范圍內運行，變化范圍為 +/- 15%。

X7R：可在 -55C 至 125C 溫度范圍內運行，變化范圍為 +/- 15%Y5V：可在 -30C 至 85C 溫度范圍內運行，變化范圍為 +22/- 82%。

封裝：0201、0402、0603、0805、1206 和 1812 封裝最為常見。數字代表英制尺寸，0402 為 0.04 X 0.02 英寸，0603 為 0.06 X 0.03 英寸，依此類推。

3、紙電容

紙電容是電容的最簡單形式。蠟紙保持在兩個鋁箔之間，即夾層。用蠟紙蓋住鋁箔。再次用另一張箔紙蓋住這張蠟紙。現在，把它卷成一個圓柱體。在卷筒的兩端放兩個金屬蓋。整個組件被設置為封閉在一個外殼中。通過軋制，將大截面積的電容器組裝在相當小的空間內。

紙電容結構圖

紙電容應用：由于其低漏電流、穩定性和高容量，它們通常用于依靠低漏電流實現長保持時間的采樣和保持電路。由于尺寸更小且具有長期穩定性，它們也用于電源濾波。

4、薄膜電容

薄膜電容是非極化的 ，這使得它們適用于交流信號。具有低等效串聯電阻 (ESR)和自感 (ESL)，用于A/D 轉換器。它們可以處理高峰值電流， 因此可以用作緩沖電容，以“緩沖”DC-DC 轉換器中的感應反沖電壓尖峰。

5、云母電容

云母電容是無極性的，具有低損耗、高穩定性和良好的高頻特性。主要用于功率射頻電路，高頻調諧電路，例如：濾波器和振動器，

云母電容每片的成本可能比較低，逐漸被陶瓷電容取代，以用于低功率應用。

在某些應用中，銀云母電容還是必不可少的。例如，電路設計人員仍將云母電容器用于射頻發射器等大功率應用。由于云母的高擊穿電壓，銀云母仍然廣泛使用的另一個應用是高壓應用。

6、聚合物電容

由于其低 ESR，聚合物電容用于允許大紋波電流的應用中。這種應用的一個例子是開關直流-直流轉換器，降壓、升壓和降壓-升壓轉換器，它們使電容上的電壓保持相對恒定，但會產生高紋波電流。在這種情況下，最好使用具有低 ESR 的電容器，以提高電源效率并提高過載和過熱情況下的安全性。

固態聚合物電容可用于平滑從電源到敏感電路的電壓，從而降低電源噪聲。在此類應用中，只要工作電壓足夠低，它們就可以輕松替代標準電解電容。

還可用于電源旁路和信號去耦，以減少設備產生的信號噪聲和電源噪聲，否則這些噪聲會轉移到電源并可能影響連接到該電源的其他設備。

聚合物電容通常可以在計算機主板上找到，尤其是更高質量的主板，例如服務器主板，它們在很大程度上取代了濕電解電容。

7、可變電容

在可變電容中，電容可以重復并有意地以電子或機械方式改變。具體的如下圖所示，可以改變電容。

可變電容溶質變化圖（來源于網絡）

可變電容主要限于交流電路，大多數應用需要高頻、高功率和低損耗特性。常用于設置諧振頻率 的 LC 電路?？勺冸娙萦糜谡{諧收音機。它也被稱為調諧電容器或調諧電容器或可變電抗，它還用于天線調諧器中的阻抗匹配。

電容選型需要注意參數

1、標稱電容（C）

電容的標稱值，電容的C是所有電容特性中最重要的。通常皮法拉 (pF)、納法拉 (nF) 或微法拉 (μF) 為單位測量，并以數字、字母或彩色條帶的形式標記在電容主體上。

電容的電容值會隨著電路頻率 (Hz) y 和環境溫度的變化而變化。較小的陶瓷電容可以具有低至 1 皮法拉 (1pF) 的標稱值，而較大的電解電容可以具有高達 1 法拉 (1F) 的標稱電容值。

電容的選擇由電路配置決定，但在電容一側讀取的值可能不一定是其實際值。

標稱電壓值

2、工作電壓

工作電壓是另一個重要的電容特性，在其工作壽命期間可以施加到電容上而不會出現故障的最大直流或交流電壓。通常，印在電容本體側面的工作電壓是指其直流工作電壓（WVDC）。

電容的直流和交流電壓值通常不同，因為交流電壓值指的是 rms 值，而不是 1.414 倍的最大值或峰值。此外，規定的直流工作電壓在一定的溫度范圍內有效，通常為 -30°C 至 +70°C。

任何超過其工作電壓的直流電壓或過多的交流紋波電流都可能導致故障。因此，如果在涼爽的環境中并在其額定電壓內運行，電容器將具有更長的工作壽命。

常見的工作直流電壓有 10V、16V、25V、35V、50V、63V、100V、160V、250V、400V 和 1000V，并印在電容的主體上。

3、精度-容差

與電阻一樣，電容也有一個正負值，也就是精度-容差。對于通常小于 100pF 的低值電容，以皮法 (±pF) 表示，對于通常高于 100pF 的較高值電容，以百分比 (±%)表示。

容差值是允許實際電容與其標稱值變化的程度，范圍可以從 -20% 到 +80%。因此，具有 ±20% 容差的 100μF 電容器可以合法地從 80μF 變化到 120μF，并且仍保持在容差范圍內。

電容的額定值是根據它們與額定標稱電容相比與實際值的接近程度來確定的，并帶有用于指示其實際容差的彩色條帶或字母。電容最常見的容差變化是 5% 或 10%，但一些塑料電容的額定值低至 ±1%。

4、漏電流

電容內部用于分隔導電板的電介質不是完美的絕緣體，當施加到電容時，由于極板上的電荷建立的強大電場的影響，會導致非常小的電流流過或“泄漏”通過電介質。

這種在納安 ( nA )范圍內流動的小直流電流稱為電容漏電流。泄漏電流是電子物理穿過介電介質、圍繞其邊緣或穿過其引線的結果，如果電源電壓被移除，隨著時間的推移，這將使電容完全放電。

漏電流圖

當泄漏非常低時，例如在薄膜或箔型電容中，它通常被稱為“絕緣電阻”（R p ），并且可以表示為與電容并聯的高值電阻，如上圖所示。當漏電流像電解液一樣高時，它被稱為“漏電流”，因為電子直接流過電解液。

電容漏電流是放大器耦合電路或電源電路中的一個重要參數，耦合和/或存儲應用的最佳選擇是聚四氟乙烯和其他塑料電容類型（聚丙烯、聚苯乙烯等），因為介電常數越低，絕緣電阻越高。

另一方面，電解型電容（鉭和鋁）可能具有非常高的電容，但由于其絕緣電阻差，它們也具有非常高的泄漏電流（通常約為 5-20 μA/μF），并且因此不適合存儲或耦合應用。此外，鋁電解液的漏電流會隨著溫度的升高而增加。

5、允許損耗

運行損耗可能是電路需要節能的一個重要因素（如電池供電的電路）。對于此類電路，應仔細選擇電容，考慮其耗散因數（以百分比表示的典型能量損失）、介電吸收、漏電流或絕緣電阻以及自感。必須將所有這些損耗降至最低，以提高電路的效率和電池壽命。

6、波紋電流、脈沖電壓

電路必須針對脈動電壓和最大紋波電流的可能性進行操作。然后，應選擇具有適當紋波電流和工作電壓額定值的電容。

7、頻率相關性

許多電容的電容取決于頻率，可能不適用于特定的頻率范圍，取決于電路，電容的頻率依賴性應該被主要考慮。

8、工作溫度

由于介電特性的變化，電容周圍的溫度變化會影響電容值。如果空氣或環境溫度變熱或變冷，電容的電容值可能會發生很大變化，從而影響電路的正確運行。大多數電容的正常工作范圍是 -30 ℃ 到 +125 ℃，標稱額定電壓適用于不超過 +70 ℃ 的工作溫度，尤其是塑料電容類型。

通常對于電解電容，尤其是鋁電解電容，在高溫下（超過+85 ℃ 時，電解液中的液體會因蒸發而流失，電容的主體（尤其是小尺寸）可能會因內部壓力而變形并且直接泄漏。此外，電解電容不能在低于-10 ℃ 的低溫下使用，因為電解質會結冰。

9、溫度系數

電容的溫度系數是其電容在指定溫度范圍內的最大變化。電容的溫度系數通常線性表示為每攝氏度的百萬分之幾 (PPM/ ℃)，或在特定溫度范圍內的百分比變化。一些電容是非線性的，它們的值會隨著溫度升高而增加，從而賦予它們一個以正 “P” 表示的溫度系數。

一些電容會隨著溫度升高而降低其值，從而為它們提供一個以負“N”表示的溫度系數。例如，“P100”是 +100 ppm/ ℃ 或“N200”，即 -200 ppm/ ℃等。

但是，有些電容不會改變它們的值并在一定的溫度范圍內保持恒定，這樣的電容具有零溫度系數或 “NPO” 。這些類型的電容（例如云母或聚酯）通常稱為 1 類電容。

大多數電容，尤其是電解電容，在變熱時會失去電容，但溫度補償電容的可用范圍至少為 P1000 到 N5000（+1000 ppm/ ℃到 -5000 ppm/ ℃）。也可以將具有正溫度系數的電容器與具有負溫度系數的電容串聯或并聯連接，最終結果是兩種相反的效果將在一定的溫度范圍內相互抵消。

溫度系數電容的另一個有用應用是使用它們來消除溫度對電路中其他組件（例如電感或電阻等）的影響。

10、極化和反向電壓

電容極化通常是指電解型電容，但主要是鋁電解電容，就其電氣連接而言。大多數電解電容是有極性的，即連接到電容端子的電壓必須具有正確的極性，即正極對正極，負極對負極。

電容標記

如圖所示，大多數電解電容的負極-ve端子在其一側清楚地標有黑色條紋、帶、箭頭或V 字形，以防止與直流電源的任何錯誤連接。

這里電解電容正負極性的區別可以參考李工的文章，我覺得總結得很到位：

電解電容怎么區分正負極性

一些較大的電解電容的金屬罐或主體連接到負極端子，但高壓類型的金屬罐絕緣，電極被引出以分離鏟形或螺釘端子以確保安全。

此外，在電源平滑電路中使用鋁電解電容時，應注意防止峰值直流電壓和交流紋波電壓之和成為“反向電壓”。

11、等效串聯電阻

電容的等效串聯電阻或ESR是電容在高頻下使用時的交流阻抗，包括電介質材料的電阻、端子引線的直流電阻、電介質連接的直流電阻和電容極板電阻均在特定頻率和溫度下測量。

ESR模型

在某些方面，ESR 與絕緣電阻相反，絕緣電阻表現為與電容并聯的純電阻（無容抗或感抗）。理想的電容只有電容，但 ESR 表現為與電容串聯的純電阻（小于 0.1Ω）（因此稱為等效串聯電阻），它取決于頻率，使其成為“動態”量。

由于 ESR 定義了電容 “等效” 串聯電阻的能量損失，因此它必須確定電容的整體I2R熱損失，尤其是在用于電源和開關電路時。

具有相對較高 ESR 的電容由于其較長的充電和放電RC時間常數，因此將電流從其極板傳遞到外部電路的能力較低。隨著電解液變干，電解電容的 ESR 會隨著時間的推移而增加。具有非常低 ESR 額定值的電容可供使用，并且最適合將電容用作濾波器。

最后一點，小電容（小于 0.01μF）的電容通常不會對人體造成太大危險。然而，當它們的電容開始超過 0.1μF 時，觸摸電容引線可能會令人震驚。

即使在沒有電路電流流動的情況下，電容也能夠以電壓的形式存儲電荷，從而為它們提供一種存儲器。

審核編輯：湯梓紅