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電容是電路設計過程中最常用的元件之一，由于電容種類繁多，參數(shù)復雜，所以在電容的選用上具有一定的難度，而網(wǎng)絡上所能查到的資料往往不夠全面或有矛盾之處，所以希望通過本文對電容相關內(nèi)容做一個小結，以方便后續(xù)工作。 一個比較完整的實際使用的電容模型如下圖：
引線電感：電容引腳本身具有的電感，典型插件電容的引腳電感約為4nH或1nH/mm，0805封裝的表貼電容的總電感約為1nH。 引線電阻：電容引腳本身具有的電阻，在高頻下由于趨膚特性導致電流實際橫截面積減小，引起引線電阻相應增大。 介質(zhì)損耗等效電阻：指極板間電介質(zhì)分子極化形成的電偶極子在外加的交流電場的驅(qū)動下發(fā)生旋轉摩擦產(chǎn)生能量損耗的等效電阻，這種損耗稱為介質(zhì)損耗。 本體電感：電容主體部分具有的電感，所有具有卷繞結構的電容都有比較大的本體電感，如鋁電解電容、薄膜電容等。 漏電阻：電介質(zhì)本身阻抗并非無窮大，所以會有微量的電流流過電介質(zhì)形成漏電流，漏電流大的電容不適合應用于積分電路中。一般電解電容的漏電流大，薄膜電容的漏電流小。 寄生電容：電容與PCB間的雜散分布電容。
下面介紹電路設計過程中經(jīng)常會涉及到的電容的重要參數(shù) 1、電容量 由于材料和制造工藝的不同，不同類型的電容的容量范圍有很大的不同，列舉如下：
介質(zhì)類型 | 容量范圍 | 云母電容 | 1pf-0.1uF | 低介陶瓷電容 | 1pf-0.01uF | 有機薄膜電容 | 10pf-10uF | 高介陶瓷電容 | 1nF-10uF | 鋁電解電容 | 0.1uF-0.1F | 固體鋁電解電容 | 0.1uF-1000uF | 鉭電解電容 | 0.1uF-1000uF | 活性炭電容 | 22000uF-10F |
如果選用的電容的容量超過對應種類的容量范圍，往往導致價格與容量不成比例或無法購買到。當然隨著工藝的進步同種電容的容量也在向兩邊不斷擴展，但這種擴展是有限的。
實際電容的容量會隨各種環(huán)境因素的變化而變化。 a.電容量的溫度特性： 由于電介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度的變化而變化所以，電容量也跟著變化。 在瓷介電容中NP0屬于Ⅰ類電容，其介質(zhì)屬于溫度補償型，所以其容量隨溫度的變化很小，一般小于+-30ppm，X7R,Y5V,Z5U屬于Ⅱ類電容，其容量隨溫度的變化較大。 X7R電容當溫度在-55℃--+125℃時其容量變化為+-15%。 Y5V 在-30℃--85℃范圍內(nèi)其容量變化可達+22%--82%。 Z5U在+10℃-- +85℃ 溫度特性 +22% -- -56%。
b.電容量的電壓特性： 對于高介電常數(shù)的的瓷介電容如X7R,Y5V,Z5U，容易出現(xiàn)介質(zhì)極化飽和現(xiàn)象，其介電常數(shù)會隨著電壓的升高而減小，導致在較高電壓時電容量下降，這種現(xiàn)象在低介電常數(shù)的電容中不容易出現(xiàn)，比如，NP0電容，鋁電解電容，薄膜電容等。 在音頻耦合電路中，Uo=Ui*Ri/ (Ri+Xc)，Ri為次級輸入電容，Xc為偶爾電容的容抗。 如果Xc隨Ui變化而變化，就會導致Uo與Ui呈非線性關系，出現(xiàn)諧波失真（THD）。所以在音頻耦合電路中應避免使用瓷介電容。
2、額定電壓和極性 為了減小電容的體積，增加電容的容量，常用電容的兩極板間的電介質(zhì)往往非常的薄，為了防止薄電介質(zhì)被強電場擊穿，所以必須限定電容兩端的所能施加的最大電壓，也就是額定電壓。 鋁電解電容的一個極板為鋁片，另一個極板為電解質(zhì)，為防止兩級之間發(fā)生電化學反應損傷電介質(zhì)氧化膜，必須使得鋁片為正極，電解質(zhì)為負極。如果鋁電解電容長期放置不用電介質(zhì)膜也會慢慢溶解導致漏電流增加，此時給電容加上一個接近額定電壓的正電壓一小段時間后電介質(zhì)膜會自動修復，恢復到正常狀態(tài)。這也是部分老舊電器長時間放置不用后性能會下降，上電一段時間后性能會自動恢復的重要原因之一。
3、自諧振頻率： 由于電容引線上的電感和部分類型電容極板本身的螺旋結構具有的電感，與電容本身構成了一個串聯(lián)LC諧振電路，所以電容具有一個諧振頻率，在這個諧振點上電容的阻抗最低，其阻抗特性曲線為“V”字形，最低阻抗約為引線電阻和本體電阻的串聯(lián)值2*R1+Re，低于這個頻率電容呈“容性”，高于這個頻率時呈“感性”。 電解電容的諧振頻率在100KHz左右，所以在DC/DC后端不能使用電解電容作為其濾波電容（DC/DC開關頻率一般在300KHz以上）。 在EMI試驗中，可以利用電容諧振時阻抗很低的特性，選擇適當容量的電容，焊接在輻射源的電源上，加強諧振頻率附近的電容退偶作用，可以有效地減低特定頻率上的輻射量。 表貼瓷介電容的諧振頻率與容量有關，對應關系大致如下表，單位是MHz 容值 | 105 | 104 | 103 | 102 | 101 | 10 | 0805 | 5 | 16 | 50 | 160 | 500 | 1600 | 0603 | 7.5 | 24 | 75 | 240 | 750 | 2400 |
其它封裝的瓷介電容的自諧振頻率可以根據(jù)下表不同封裝對應的電感量自行計算。 封裝 | 0603 | 0805 | 1206 | 1210 | 電感 | 0.87nH | 1.05nH | 1.2nH | 0.98nH |
4、等效串聯(lián)電阻（ESR） 等效串聯(lián)電阻為引線電阻和介質(zhì)損耗等效電阻的和，即ESR=R1+Re。 ESR受電容耐壓、容量和頻率影響都很大，比較難以掌握，一般地，耐壓越高、容量越大、頻率越高其ESR越低。 4.7uH/16V、Y5V、 1206封裝電容在1KHz是其ESR約為1歐，100KHz以上時約為幾十毫歐。同規(guī)格X7R介質(zhì)電容ESR約為其的一半。 5、損耗角正切（DF）： 由于引線電阻和介質(zhì)損耗等效的存在，流過電容的正弦電流與電容上的電壓的的相位差并非嚴格等于-90°，而是比-90°稍小的一個值，這個角與-90°的差值即為損耗角，其正切值記為tanσ。數(shù)值上tanσ=Zr/Zc，由于Zc 隨頻率升高而減小，所以損耗角正切它隨頻率升高而增大。所以要測試比較兩個電容的損耗角正切，需要在相同的頻率下進行。 從能量損耗的角度看，由于引線電阻和介質(zhì)損耗的存在，電流流過電容時會因發(fā)熱會導致能量損耗。損耗角正切描述的是電容上發(fā)熱損耗的功率與通過電容的無功功率的比值，所以我們稱之為“損耗”角，而不是用其它稱呼。 ESR與DF的可以用公式ESR=DF/Xc=DF/2πfC 進行換算。
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