元器件选型与参数：电容选型指南
元器件选型与参数：电容选型指南
电容是电子电路中常见的元器件之一，其选型和参数选择直接影响电路的性能和稳定性。本文将从电容的基本参数、种类、应用场合以及选型要点等方面进行详细讲解，帮助读者更好地理解和使用电容。
一、常规电容的基本参数
1、容值
和阻值一样，都具有基准值，再乘10^n得到不同的数值。
2、耐压值与漏电流
对于电阻而言，电阻体型越大，一般功率可以越高；对于电容而言，耐压越大，电容体型也会越大。
- 耐压值：电容两端施加的电压超过这个电容则会烧毁，同时对于电解电容而言反接电压也会烧毁。
- 漏电流：电容虽然隔直流，但是也会流通，一般有几个uA
3、ESR
等效串联电阻，Equivalent Series Resistance
定义：ESR是电容内部寄生电阻的总和，反映了电容的损耗特性。
影响：
- 低ESR：损耗低、效率高，适用于高频开关电源、滤波器等场景。
- 高ESR：可能导致较大的电压纹波和功率损耗。
- 降低方法：选X7R而非X5R、多电容并联。
应用：
- 高频电路：低ESR（如MLCC、钽电容）。
- 低频或对ESR要求不高的电路：ESR值适中即可。
4、Q值 品质因数
定义：Q值表示电容的无损耗性能，公式为 Q=1/(ESR⋅ωC)，其中ω 为角频率。
特点：
- 高Q值：电容的损耗小，性能更接近理想电容。
- 低Q值：损耗较大，不适合高精度应用。
应用：
- 射频和通信电路：需要高Q值（如 C0G/NP0 电容）。
- 普通滤波或旁路：Q值要求较低。
5、DF 损耗因子
定义：DF是电容的损耗因子的一个定量指标，公式为 DF=ESR/Xc，其中 Xc是电容的容抗。
特点：
- DF越小，电容损耗越低。
- C0G电容的DF通常小于 0.1%，而X7R电容的DF可能高达 2.5%。
应用：
- 高精度和射频应用：选择低DF电容。
- 普通用途：DF要求不严格。
二、电容种类
无极性电容 | 极性电容 |
|---|---|
涤纶电容 | 云母电容 |
瓷介电容 | 铝电解 |
钽电解 |
种类 | 容量范围 | 误差 | 漏电流 | 应用 |
|---|---|---|---|---|
涤纶电容 | 100pF~22uF | ±20% | 小 | 一般 |
云母电容 | 1pF~47nF | ±1% | 小 | 高频 |
瓷介电容 | 0.1pF~10uF | -25%~＋50% | 小 | 退耦 |
铝电解 | 0.1uF~4F | -10%~＋50% | 大 | 低频 |
钽电解 | 0.47uF~470uF | ±20% | 小 | 低压 |
三、直插电容
1、单片陶瓷电容
价格低廉、电容范围大、很通用。可用在耦合与旁路。
2、聚丙烯薄膜电容
价格低廉、容量范围大、绝对电阻高。适合于耦合与储能电路，100KHz由稳定电容值，旁路、隔直、滤波等通用电容。
3、聚酯薄膜电容
稳定性好、价格低、介质吸收率低、容量范围大、绝缘电阻高。用在耦合与储电、一般的高保真音频震荡高频电路。
4、铝电解电容
耐压高、电流大、体积小、稳定性差、精度差、电感大、有极性；用于直流电源纹波滤波和低频的旁路。
5、钽电容
耐压高、体积小、比铝电解电容的温度稳定性好、价格高、精度差。隔直、旁路、去耦、滤波、定时等。
6、固态电容
由于液态电解电容诸多问题，固态电解电容应运而生。
- ①、高稳定性；
- ②、寿命长；
- ③、低ESR和高额定纹波电流；
- ④、电容数值无法很高。
由于现在的PCB-SMT工艺越来越好，加上贴片元件的精美、体积小，现在几乎是贴片的天下。
四、贴片电容
1、MLCC
最通用的贴片电容，一般会标注耐压值、容值、温度标识。
代码 | 工作温度范围 | 容量变化范围 | 特点与用途 | 稳定性 | 场合 |
|---|---|---|---|---|---|
C0G/NP0 | -55~125 | ±0.5% 或 ±30 ppm/℃ | 高稳定性、低损耗，适合高频和精密电路 | 高 | 射频滤波、精密振荡器 |
X7R | -55~125 | ±15% | 中等稳定性，用于通用电路，价格适中 | 中 | 电源去耦、通用滤波 |
X5R | -55~85 | ±15% | 容量密度高，适用于小型化设备，价格较低 | 中 | 小型化设备 |
Y5V | -30~85 | +22%, -82% | 高容量，但容量随温度变化大，用于非关键场合 | 差 | 非关键临时滤波场合 |
Z5U | +10~85 | +22%, -56% | 容量大，但性能稳定性差，适合临时滤波等非关键场合 | 差 | 简单旁路、低频滤波 |
2、铝电解电容
3、钽电容
4、固态电容
五、电容的常规作用
如题，其一般不搭配其他元器件构成电路，单独使用而言：旁路（去耦、滤波、耦合）、储能。
1、旁路电容
定义
旁路电容是将电容与电源或信号线路并联，用于“旁路”不需要的高频信号或噪声，使其不干扰到电路的正常工作。
作用
旁路电容的主要作用是滤除电源或信号线中的高频噪声和不必要的高频成分，保证电路中信号的稳定性，尤其在高速数字电路或模拟电路中尤为重要。
- 对于电源噪声：它帮助去除电源线中的高频噪声，保证电路中的供电稳定。
- 对于信号线噪声：通过旁路电容把高频信号短路到地，防止其传播到其他电路。
使用场合
- 数字电路：常用于电源的旁路，以确保电源信号的稳定，避免出现由于电源噪声引起的错误操作。
- 高频信号处理：用于消除高频噪声，例如在放大器的输入端旁路信号源，以去除高频成分。
选型
- 一般选用低ESR的电容，尤其是在数字电路中，要求电容能够快速响应高频噪声。
- 常见选型：X7R、X5R等温度特性较好的陶瓷电容。
2、储能
定义
储能电容是用于储存电能的电容，它通过在电场中积累电荷，在需要时释放电能。电容的储能功能在许多电力电子应用中都具有重要作用。
作用
储能电容能够在电路中存储能量，并在短时间内释放出来，通常用于瞬间电流需求较大的场合。
- 短时间内提供能量：在电源波动或负载变化时，储能电容可以提供瞬间电流，防止电压骤降或电流不稳定。
- 平滑电源：电容通过储能和释放电能来平滑电源输出，特别是在不稳定电源或负载突变时。
使用场合
- 电源电路：如开关电源、DC-DC转换器中，为了确保电压的稳定，防止突发电流对电源的影响。
- UPS电源：不间断电源中，储能电容可以在电力中断时提供短时间的电力支持。
- 脉冲功率应用：如闪光灯、激光器、无线电发射器等应用中，储能电容用来储存能量，并在需要时释放。
选型
- 需要选择较大的电容值和较高的耐压值，以便存储和释放更多的能量。
- 常见的选择有电解电容和超级电容，特别是在需要大容量储能的场合。
六、电容的特殊操作
1、大电容与小电容并联
越小越近，小电容负责高频响应，应该更靠近芯片缩短响应的时间。并且小电容可以滤除高频噪声，若距离芯片太远，则电容和芯片之间的走线会重新拾取噪声，削弱去噪效果。
可以看到，大电容与小电容的并联可以拓宽滤波范围。
2、小电容并联
多个电容并联时，最好不要平行并排放（有互感）。增大电容数值、降低ESR、ESL。