电容器基础知识详细（基础电子学系列15）

在上一篇文章中，我们研究了各种类型的电容器。现在，让我们讨论为给定应用选择电容器。通常，除非您有特定的电路要求，否则选择电容器并不是一项艰巨的任务。工程师通常手头有一个为电路导出的标称电容，或者必须将电容与 IC 或有源元件一起使用。大多数 IC（如 555、微控制器 IC 等）在其数据表中针对不同的应用都有推荐的电容值。

除非有特定的电路要求，并且如果要求的电容是皮法，则可以使用陶瓷电容。如果要求的电容是毫微法，MLC（多层陶瓷）电容可以盲目相信。如果所需的电容为微法拉，铝电解电容器是常见的选择。对于更宽的温度范围和稳健性，可以使用玻璃和云母电容器。

除标称电容外，额定电压是第二个必须考虑的最重要参数。电容器的额定电压应始终至少为它在电路中可能遇到的最大电压的 1.5 倍或两倍。电容器不如电阻器可靠。一旦施加的电压接近其最大额定值，它们就很容易损坏。

如果电路有特定要求，则需要考虑许多其他因素。不同类型的电容器更适合特定的电路和应用。下表总结了不同类型电容器的优选应用：

除了不同电容器对特定应用的适用性之外，可能需要考虑的其他重要因素包括：

• 公差——必须检查电路的工作是否依赖于精密电容。如果需要窄电容，则应使用容差最低的电容器。电容器的电容永远不会超出其额定容差，除非它因过电压或环境条件而损坏。
• 工作温度范围和温度系数——如果电路对温度敏感或电容在一定温度范围内的变化不应超出限制，则必须考虑其工作温度范围和温度系数。应根据温度系数和温度曲线计算电容变化的程度。电路的温度敏感性也可以通过使用正负温度系数的电容器来处理。在这种情况下，必须计算电容在一定温度范围内的最大变化。
• 频率依赖性——许多电容器的电容取决于频率，可能不适用于特定的频率范围。根据电路的不同，电容的频率依赖性应该从根本上考虑。
• 运行损耗——运行损耗可能是电路需要能效的一个重要因素（如电池供电电路）。对于此类电路，应仔细选择电容器，考虑它们的耗散因数（以百分比表示的典型能量损失）、介电吸收、漏电流或绝缘电阻以及自感。必须将所有这些损耗降至最低，以提高电路的效率和电池寿命。
• 纹波电流 和脉冲电压——这些是非常重要的检查。必须针对脉动电压和最大纹波电流对电路进行操作。应选择具有适当纹波电流和额定工作电压的电容器。
• 极性和反向电压——如果电路中使用电解电容器，则必须按正确的方向连接。其反向电压额定值应至少是该电路分支中可能的反向电压的两倍。

电容器的标准值电容器也可根据 E 系列提供标准值，如电阻器。要了解有关电阻器、电容器、电感器和齐纳二极管的标准值的更多信息，请查看以下文章“基础电子学系列8 – 电阻器的读取值、容差和额定功率”。

与电阻器相比，电容器的标准值较少。通常，电容器仅在标准值（10、15、22、33、47 和 68）后跟指定数量的零的 E-6 系列中可用。

电容器的串联和并联组合在标准 E 系列中可能无法获得所需电容的精确值。在这种情况下，可以使用电容器的串联或并联组合来获得电路中所需的电容。当电容器串联连接时，等效电容由下式给出：

1/C串联= 1/C1 1/C2 1/C3 . . . .

当电容器并联连接时，等效电容为

C并联= C 1 C 2 C 3 。. . .

电容串联组合的方程式源自以下事实：串联连接的所有电容的电压降总和将等于施加的电压，而通过它们的电流应保持不变。电容串联组合的方程式推导如下：

V 总 = V C1 V C2 V C3 。. . .

1/C串联* ∫i.dt = 1/C 1 * ∫i.dt 1/C 2 * ∫i.dt 1/C 3 * ∫i.dt . . .

1/C串联= 1/C 1 1/C 2 1/C 3 。. . .

电容并联组合的方程式是根据以下事实得出的：通过所有并联连接的电容的电流之和将等于总电流，而它们两端的电压应保持不变。电容并联组合的方程式推导如下：

i = i1 i2 i3 。. . .

C并联* dV/dt = C 1 * dV/dt C 2 * dV/dt C 3 * dV/dt 。. . . .

C并联= C 1 C 2 C 3 。. . .

读取电阻包过去，电容器使用颜色代码和不同类型的数字代码来表示电容器的值、容差和工作电压。今天，容量、公差和工作电压印在电容器的主体上或由 BS1852 标准或 BS EN 60062 标准代码表示。在这些编码系统中，电容器的值、公差和工作电压由两位或三位数字代码后跟一个字母表示。电容值始终以皮法表示。如果是两位代码，就是电容的直接值，单位是皮法，如果是三位代码，前两位表示数字（E-6系列），第三位表示倍数以皮法为单位给出电容的最终值。可以用一个字母来表示电容器的公差。

例如，如果电容器上印有 47F，则表示其电容值为 47 pF，容差为百分之一。同样，如果一个电容器上印有 472J，则表示其电容值为 4700 pF 或 4.7nF，容差为百分之五。常用电容的字母代码如下表所列：

陶瓷电容器有附加代码，由两个字母之间的数字组成，用于指示温度范围和温度系数。这些代码中的字母和数字表示如下：

额定电压由一个数字表示，该数字表示以伏特为单位的工作电压。例如，数字“50”表示工作电压为 50V。

在下一篇文章中，我们将讨论超级电容器。