电容器基础知识.pptVIP

电 容 器 基础知识 日 期：2017年2月18日 主要内容 结 构 示 意 关键制造工艺 1 2 5 3 4 主要性能指标 1.1电荷存储性能 电容器作为一种储能元件，电容量是其最基本的性能参数。根据定义：电容量是指单位电压 U 上，正负极之间存储电荷量 Q 的大小。其公式为式 2-1 表示： C = Q /U　　　　　　 （2-1） 根据国际单位制，电量的单位为库仑 C，电压的单位伏特 V，电容量的单位为 F，即法拉。通常生产上采用 120 Hz 频率测量电解电容器的容量。 电容器之所以能够储存电荷，主要是因为作为介质的材料拥有极化的效应。 因此一个电容器的电容量的大小实质上是由电容器的介质材料、基板的面积和两 个基板之间的距离决定的。而介质材料的极化能力可以用介电常数来表示，所以介电常数越高，则极化能力越强，所以在电容器尺寸和结构相同的情况下，其电容量也越大。。 1.2 损耗角正切值 tgδ 电容器存储的电荷来源于外部电子的输运，而电子在输运的过程中必然产生 一定的热量。这一部分热量对于电容器的储能而言就是消耗，我们定义它为电容 器的损耗。电解电容器的损耗一般由介质部分损耗、金属部分损耗、接触部分损 耗三部分组成。 电容器在交变电场作用下，损耗不仅与漏导有关，而且与周期性的极化建立 过程有关。通常为了更确切的表征电容器损耗的性质，用电容器损耗角的正切 表示电容器的损耗。电解电容器的损耗角正切值定义为式 2-2： tg δ =ωC R 式中 ω＝2πf 为角频率，f 为电解电容器的工作频率(单位 Hz)，C 为电解电容器有效电容量(单位Ｆ)，R 为电解电容器的 ESR(单位 ?)。 1.3 绝缘性能 通常对于电解电容器，绝缘性能用漏电流来评定。这一参数是判断电解电容 器质量的一个重要指标。漏电流定义为在规定条件下极板间加上一定的直流电压时流经电容器的传导电流。 通常计算其允许值的基本公式为式 2-3： IL= K C U 式中 C 单位为μF，U的单位为V，K为漏电流常数，IL单位μA。通常钽电解电容器 K＝0.02～0.04，而钽电容器漏电流的测试电压为额定电压的0.8~1.2 倍。 影响漏电流的因素较多，其中最重要的工艺因素是阳极金属纯度、介质氧化膜的 质量、电解质的组成即质量等。另外，漏电流还与施加的直流电压高低、环境温 度、加电压时间、电容量大小等因素都密切相关。 1.4 阻抗性能 ESR 即等效串联电阻，描述了电解电容器在电路中所体现出来电阻值，它与 电容器所用的材料，电容器的结构以及各部分之间结合情况紧密相关。而电容器 在电路中的运用也对电容器的 ESR，提出了不同的要求。如今随着电路系统频率 的不断提高，对于电容器的降低 ESR 也提出了更高的要求。电容器 ESR 降低一方 面直接减少由电容器内部寄生电阻组件造成的噪声，减少了对电路性能的影响。 另一方面，更低的 ESR 可以提高电容器的容频特性，使其能在更高频率下工作。 固体钽电容器的高频等效电路如图2-2所示，Ｒ即为电容器的等效电阻（ESR），其 中电解电容器的等效串联电阻 ESR 由三部分组成。 [ (1) 电解质所代表的等效串联电阻 R1； (2) 介质损耗所代表的等效串联电阻 R2； (3) 电极及引线的欧姆电阻以及其间的接触电阻 R3； 总的电阻表示为式 2-4： ESR = R1 + R2 + R3 （2-4） 式中 R2 为介质损耗代表的等效串联电阻，其大小主要决定于氧化介质膜的质量和厚度。一般情况下，在赋能工艺结束后基本为固定值。对于 R3，通常情况下是不随频率变化而变化的。因此，对于高频电路中，ESR 的主要组成部分来自于电解质的等效串联电阻 R1。 钽电容器的 ESR 是表征电容器内部结构里的每一个容性组分接触电阻的最终 值。钽块是钽粉粘合成形后经真空高温烧结而成，其内部结构是由很多毛孔状小 球组成的，这样就增大了钽粉微粒之间的接触面积。传统的阴极材料是 MnO2，生成在介质 Ta2O5的表面。沉积下来的 MnO2蛇形盘踞毛孔状结构形成的隧道中。通常阴极的引出是在阴极上被覆石墨、银层，阳极引出是从钽块中心由金属钽引线实现。 图 2-3 是钽电容器内部微电容的等效示意图。如图 2-3 所示，钽电容内部由许多微小电容组成。每个微孔等效为一个微小电容，这些微小电容通过钽块内部，由钽丝引出作为电容器的阳极。而电容器的阴极则是由浸入微孔内部的电解质相互连接，最后经