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浅析电路中电容的选择

电容是我们在电路中经常用到的无源器件,经常见到的几种有钽电容、铝电解电容、贴片陶瓷电容,每种电容的特性决定了相应的使用场合不同。下面我们来比较一下几种电容的区别和特点,总结一下在实际电路中应该怎样选择电容。

一、钽电容

钽电容是一种使用广泛的电容,同铝电解电容一样,钽电容也是一种电解电容。其主要的工艺流程是将钽粉压制成型后烧结成多孔的实心块,经过阳极化处理形成氧化膜,然而覆上固体电解质,再覆上一层石墨及铅锡涂层,最后用树脂封装成型为固体的钽电容。钽电容具有如下特点:

1、与铝电解电容不同,钽电容的电解质为固体,所以不存在电解液干涸的问题,寿命会有所提高;

2、由于采用的固体电解质,其容量温度特性比较稳定,因此温度对电容容量的影响较小,高低温性能优于铝电解电容;

3、钽电解电容可以做到较大容量下较小的封装,因此ESR、ESL都可以控制的比较小,其自谐振频率比铝电解电容要高;

4、工艺上比铝电解电容复杂,成本较高;

通过比较我们可以发现,钽电容有很多铝电解电容不具备的优点,在某些滤波的使用场景钽电容可以很好的替代铝电解电容。但是有几个需要注意的点:由于钽电容的结构决定了钽电容的耐压普遍不高,在实际电路着重注意钽电容的耐压要求,并留有一定余量。温度对钽电容的影响很小,在实际使用中我们可以忽略温度对钽电容的影响。

二、铝电解电容

顾名思义,其主要的组成部分就是铝箔和电解液。简单的了解铝电解电容的生产工艺,即把铝箔卷成柱状,注入液态电解质,再引出正负两个端子,然后把电容的芯材密封在金属外壳里。液态电解液中存在一定比例的水,当电容上有漏电流流过的情况下,水可以被分解为氢气和氧气,氧气通过氧化反应可以与阳极形成新的氧化膜,氢气通过电容的橡胶塞排出。这样不至于损坏电容。生产工艺简单,成本低是铝电解电容的一个特点。除此之外,铝电解电容还有以下特点:

1、由于密封不完全,电解液会容易干涸,因此铝电解电容的使用寿命有限;

2、由于电解液中水的存在,影响了铝电解电容在高温和低温环境下的使用性能;

3、工艺特性原因,铝电解电容的ESR、ESL比较难做小,因此铝电解电容的自谐振频率点通常都比较低,大致在几十KHZ到几MHZ范围;

4、铝电解电容的容量与铝箔的尺寸正相关,容量可以做的很大,容量越大电容尺寸越大;

根据以上特性,铝电解电容被广泛应用在低频的滤波场合,特别是在几十KHZ到几MHZ的环境,比如电源的输出滤波,我们经常看到的都是铝电解电容的身影。在使用铝电解电容的时候,要注意电容耐压满足电路需求。另外,在其他要求不严格的情况下,容量可以尽量选择大一些,容量越大ESR越小,更容易满足电路目标阻抗的要求。在某此高温使用环境,尽量避免选择小体积小容量的铝电解电容,以免由于温度过高电解液挥发干涸造成电容失效影响整个电路的工作。

三、瓷片电容

瓷片电容是我们在实际电路中使用最多的电容,其结构比较简单,就是把瓷片交替叠在一起烧结而成。体积小成本低,使用广泛。其主要特点有:

1、尺寸小,瓷片电容结构简单,尺寸可以做到很小,0402甚至0201封装的瓷片电容广泛应用在像手机这样对尺寸有严格要求的场合;

2、电性能稳定,温度影响较小;

3、ESR、ESL值很低,自谐振频率较高,可应用于PCB上几MHZ到1GHZ的滤波要求;

4、由于多层的结构特性和封装原因,抵抗弯曲能力较差,PCB弯曲变形有可能引起电容开裂失效;

根据以上器件特性,瓷片电容除了应用于滤波场景以外,还广泛应用于隔直、耦合、旁路等多种应用场合。其工作频率较电解电容有很大提高,能满足几MHZ到1GHZ的应用环境。

 

信息来源:钽电容

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