第2章 电容器

2.1 认识电容器

2.1.1 电容器的功能、原理及分类

1.电容器的功能及单位

电容器是两金属板之间存在绝缘介质的一种电路元件，是电子电路中用量仅次于电阻器的元件。电容器通常简称为电容，用字母C表示。

电容器的基本单位为法拉，符号为F；常用的单位还有mF（毫法）、μF（微法）、nF（纳法）、pF（皮法），它们之间的换算关系为

1F=10³mF=10⁶μF=10⁹nF=10¹²pF

电容器作为一种最基本的电子元件，在电子电路中，电容器用来通过交流信号而阻隔直流信号，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。小容量的电容器，通常在高频电路中使用。具体来说，电容器在电路中主要用于滤波、调谐、耦合、旁路、定时及延时等。

2.电容器的充放电原理

电容器是一种以电场形式存储能量的无源元件。在有需要的时候，电容器能够把存储的能量释出至电路。当电容器连接到一电源是直流电（DC）的电路时，在特定的情况下，有两个过程会发生，分别是电容器的“充电”和“放电”。

（1）充电

使电容器带电（存储电荷和电能）的过程称为充电。这时电容器的两个极板总是一个极板带正电，另一个极板带等量的负电。把电容器的一个极板接电源的正极，另一个极板接电源的负极，两个极板就分别带上了等量的异种电荷。充电后电容器的两极板之间就有了电场，充电过程把从电源获得的电能存储在电容器中。

（2）放电

使充电后的电容器失去电荷（释放电荷和电能）的过程称为放电。例如，用一根导线把电容器的两极接通，两极上的电荷互相中和，电容器就会放出电荷和电能。放电后电容器的两极板之间的电场消失，电能转化为其他形式的能。

在一般的电子电路中，电容器的功能实现都是其充电和放电功能的演变。举一个现实生活中的例子，我们看到市售的整流电源在拔下插头后，上面的发光二极管还会继续亮一会儿，然后逐渐熄灭，就是因为里面的电容器事先存储了电能，然后释放。当然这个电容器原本是用作滤波的。

3.电容器的分类

两片相距很近的金属中间被某绝缘物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。两片金属称为极板，中间的物质叫作介质。电容器的种类很多，见表2-1。

表2-1 电容器的分类

2.1.2 电容器的参数与标注

1.电容器的主要参数

电容器的参数比较多，这里介绍几种常用的参数，见表2-2。

表2-2 电容器的主要参数

2.电容器的容量标注

电容器的容量标注法有直标法、数字表示法、数字字母法和色标法。

（1）直标法

直标法是将标称容量及偏差直接标在电容体上。大多数电解电容器的容量标注都是采用这种表示法，许多瓷片电容器、涤纶电容器也是采用这种表示法。

直标法可分为整数标注法和小数标注法，如图2-1所示。采用小数标注法时，若是零点零几，常把整数位的“0”省去。如“.01μF”表示0.01μF。

（2）数字表示法

数字表示法是只标数字不标单位的直接表示法。常用的有三位数表示法和四位数表示法。采用此法的仅限pF和μF两种电容器。

三位数表示法就是用三位整数表示电容器的标称容量，再用一个字母来表示允许偏差，如图2-2所示。其中，第一、第二位为有效值数字，第三位表示倍乘，即表示有效值后“0”的个数，其单位为pF。如“103”表示10×10³pF（0.01μF）。即最后位为10的指数，这和数字表示电阻值的方法是一样的。

图2-1 直标法

图2-2 电容器三位数表示法

例如，某瓷片电容器上印有“104、K、200”三行字，代表该电容器电容量为10×10⁴pF=0.1μF，电容量偏差为K级（±10%），额定工作耐压为200V。某电容器上印有105J，表示电容器电容量为1000000pF=1μF，表示电容量偏差为±5%。如图2-3所示，该电容器的电容量为22×10⁴pF=0.22μF，电容量偏差为J级（±5%），额定工作耐压为160V。

图2-3 识读电容器举例

在四位数表示法中，用四位整数表示电容器的标称容量，其单位为pF，如5100pF、6800pF等，如图2-4所示。

图2-4 四位数表示法

（3）数字字母法

容量的整数部分写在容量单位标志字母的前面，容量的小数部分写在容量单位标志字母的后面，如图2-5所示。如1.5pF写成1p5。有些电容器也采用“R”表示小数点，如R47μF表示0.47μF。

（4）色标法

其标注颜色的含义与电阻器采用的相同，容量单位为pF。对于立式电容器，色环顺序从上而下，沿引线方向排列。第一、二颜色表示电容器的两位有效数字，第三颜色表示有效数字后面“0”的个数，电容器的单位规定用pF。图2-6所示为色标法举例。如果某个色环的宽度等于标准宽度的2倍或3倍，则表示相同颜色的有2个或3个色环。

图2-5 数字字母法

图2-6 色标法

【重要提醒】

有时小型电解电容器的工作电压也采用色标法表示，例如，6.3V用棕色、10V用红色、16V用灰色，通常是标注在引线根部。

3.电容器耐压值的标注

电容器耐压值的标注有两种常见方法：

1）把耐压值直接印在电容器的外壳上，例如电解电容器通常直接在外壳上标注耐压值。

2）采用一个数字和一个字母组合而成。数字表示10的幂指数，字母表示数值，单位是V（伏），见表2-3。

表2-3 电容器的耐压数值与字母代号对照表

例如：2A代表1.0×10²=100V（即1.0乘以10的2次幂）；

2G代表4.0×10²=400V；

1J代表6.3×10¹=63V。

数字最大值为4，如4D表示2.0×10⁴=2.0×10000=20000V。

2.1.3 电路中常用的几种电容器

1.铝电解电容器

铝电解电容器是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极而制成。

铝电解电容器属于有极性元件，其特点是容量较大、漏电大、稳定性差、有正负极性，适用于电源滤波或低频电路。

铝电解电容器的外形如图2-7所示，在使用时，正、负极不允许反接，否则容易击穿损坏。

2.陶瓷电容器

陶瓷电容器就是用陶瓷作为电介质，在陶瓷基体两面喷涂银层，然后经低温烧成银质薄膜作极板而制成。

陶瓷电容器的外形以片式居多，也有管形、圆形等形状，如图2-8所示。

图2-7 铝电解电容器

图2-8 陶瓷电容器

陶瓷电容器的特点是体积小、耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量较小，适用于高频电路。贴片陶瓷电容器容量较大，但损耗较大，适用于低频电路。

3.云母电容器

云母电容器采用天然云母作为电容器极间的介质，其形状多为方块状，如图2-9所示。云母电容器特点是高频性能稳定，耐压高（几百伏～几千伏），漏电流小，但容量小，体积大。

图2-9 云母电容器

云母电容器作为一种无极性电容器，和一般无极性电容器相比有很大的优点，可以说是无极性电容器中最好的一种。容量一般在4.7～51000pF之间，精度可以达到±0.01%～±0.03%，这是一般电容器难以达到的。

4.玻璃釉电容器

玻璃釉电容器是一种常用电容器，其介质是玻璃釉粉加压制成的薄片，如图2-10所示。主要用于半导体电路和小型电子仪器中的交、直流电路或脉冲电路。

图2-10 玻璃釉电容器

玻璃釉电容器具有瓷质电容器的优点，但比同容量的瓷质电容器体积小，工作频带较宽，可在125℃下工作。

5.纸介电容器

纸介电容器用特制的电容纸作为介质，铝箔或锡箔作为电极并卷绕成圆柱形，然后接出引线，再经过浸渍处理，用外壳封装或环氧树脂灌封而成。其外形如图2-11所示。

由于纸介电容器的介质厚度小，且电容纸具有较高的抗拉强度，故可卷绕成容量大、体积小的电容器，容量可以达到1～20μF。

纸介电容器的电容量范围宽，工作电压高，成本低廉，但是这种电容器的稳定性较差，容易老化，介质损耗大，工作温度一般在100℃以下，吸湿性大，需要密封，不适合高频电路工作。目前，低值纸介电容器正被薄膜电容器所取代。

图2-11 纸介电容器

6.聚苯乙烯电容器

聚苯乙烯电容器是一种有机薄膜电容器，如图2-12所示。以聚苯乙烯为介质，用铝箔或直接在聚苯乙烯薄膜上蒸镀上一层金属膜为电极。其绝缘电阻大、耐压高、漏电流小、精度高，但耐热性差，焊接时，过热会损坏电容器。

图2-12 聚苯乙烯电容器

聚苯乙烯电容器应用于各类精密测量仪表，汽车收音机，工业用接近开关、高精度的数模转换电路。

7.独石电容器

独石电容器是以钛酸钡为主的陶瓷材料烧结而成的一种瓷介质电容器，如图2-13所示。这种电容器的特点是，温度特性好，频率特性好，成本低，容量比较稳定。

独石电容器不仅可替代云母电容器和纸介电容器，还可取代某些钽电容器，广泛应用在小型和超小型电子设备（如液晶手表和微型仪器）中。

图2-13 独石电容器

8.可变电容器

可变电容器如图2-14所示。顾名思义，可变电容器的电容值可在比较大的范围内发生变化，并可确定为某一个值。可变电容器容量的改变是通过改变极片间相对的有效面积或片间距离，它的电容量就相应地变化。

可变电容器分为薄膜介质和空气介质两种形式。常用于收音机的调谐电路中，常见的有双联电容器、陶瓷电容器等。

图2-14 可变电容器

9.贴片电容器

贴片电容器（多层片式陶瓷电容器）是目前用量比较大的常用元件，就AVX公司生产的贴片电容器来讲，就有NPO、X7R、Z5U、Y5V等不同的规格，不同的规格有不同的用途。

（1）贴片电容器的尺寸表示法

贴片电容器的尺寸表示法有两种，一种是以in为单位来表示，一种是以mm为单位来表示。贴片电容器的系列型号有0402、0603、0805、1206、1210、1808、1812、2010、2225、2512，是英寸表示法；04表示长度是0.04in，02表示宽度是0.02in，其他类同型号尺寸（mm）。

（2）贴片电容器的类型

贴片电容器可分为无极性和有极性两类，如图2-15所示。

图2-15 贴片电容器

1）无极性电容器以0805和0603两类封装最为常见。

2）有极性电容器也就是我们平时所称的电解电容器，我们平时用得最多的为铝电解电容器，由于其电解质为铝，所以其温度稳定性以及精度都不是很高，而贴片元件由于其紧贴电路板，所以要求温度稳定性要高，所以贴片电容器以钽电容器为多，根据其耐压不同，贴片电容器又可分为A、B、C、D四个系列，具体分类见表2-4。

表2-4 贴片钽电容器根据耐压分类