详细介绍:硬件基础知识-电容(一)

详细介绍:硬件基础知识-电容(一)

电容在电路中作用,

工作状态:根据能量流动方向可分为充电和放电两种工作模式

1)作为能量源放电特性:当电容作为电源时,处于放电状态,为后级电路提供能量应用场景:此种工作模式常见于需要瞬时大电流的电路设计中2)作为储能元件充电特性:当系统能量过剩时,电容可储存电能,此时处于充电状态能量转换:充电过程实质是将电能转换为电场能储存的过程2.1 电容的储能原理电场作用:电容通过正负电荷在电场中相互吸引来储存电能介质特性:绝缘介质使电荷能够被储存而不会流失存储机制:正电荷聚集在一端,负电荷在另一端,通过电场力相互吸引3.电压稳定:在电路设计中保持电压稳定是根本需求电容的两端电压 相对电压不能突变稳压

源与负载距离:当电源与负载相隔较远时(如大电路板),电压容易不稳定解决方案:增加电容可以起到稳定作用,类似于在水流系统中建造水坝4.电容的漏电流与纯电容特性漏电流:任何电容材质都存在一定漏电流,这是实际电容与理想电容的区别纯电容特性:理想电容是纯粹的储能元件,没有能量损耗5)电容的容抗与阻抗容抗概念:电容对交流电的阻碍作用称为容抗,与频率成反比阻抗特性:实际电容除了容抗外,还存在等效串联电阻(ESR)等参数设计考量:需要综合考虑容抗、ESR等参数进行电路设计6.电容的封装

工艺区分: 贴片式:直接焊接在PCB表面(如贴片瓷片电容)插件式:凭借引脚插入PCB通孔(如插件电解电容)主要类型: 瓷片电容:分贴片和插件两种形式电解电容:包括插件电解电容和贴片电解电容钽电容:同样具有贴片和插件两种封装CBB电容:聚丙烯薄膜电容安规电容:包含X电容、Y电容和穿心电容三类安规电容特性:功能影响:对电路基础能力无直接影响,但移除会影响EMC性能EMC作用:专门用于消除电磁兼容问题,具备干扰抑制和抗干扰两方面具体类型: X电容:跨接在L-N线之间Y电容:连接在L/G或N/G之间穿心电容:高频滤波应用6.1各电容的封装6.1.1CBB电容特性与用途

材质特性: 正式名称:聚苯烯电容(金属化聚丙烯膜电容器)容量范围:皮法级(pF)到纳法级(nF)应用特点: 体积劣势:相比瓷片电容体积较大传统应用:过去插件电路常用,现逐步被贴片电容替代特殊领域:仪器仪表等对性能要求高的场合仍广泛使用6.1.2钽电容特性与注意事项

外观特征: 极性标识:表面有竖线标记为正极

极性标识:带色标/丝印端为正极(与电解电容相反)应用局限: 耐压值较低(常见≤50V)价格昂贵(约为电解电容5-10倍)容量受限(难做大容量)用的少 容量小

钽电容优点

缺点

6.1.3 X电容

安规要求: 必备认证:必须具有VDE、UL等安规认证编号要求:认证编号需清晰可见电路功能: 专业名称:差分电容滤波对象:专门用于滤除电路中的差分信号安装位置:通常应用于电源输入端首要功能:用于滤除差分信号两根信号之间的干扰源。工作原理:将电容接在两个信号线之间,干扰信号会通过电容被短路掉。典型应用:当两个信号线之间出现本不该存在的电流流动时,通过X电容提供低阻抗通路。

工作过程:假设a点存在差分干扰经过X电容后,到b点时干扰被滤除干扰信号通过电容形成回路,不会影响后续电路实际效果:在信号传输路径中插入X电容,可以有效阻断差分干扰的传播。电压等级很关键,常见有250V、275V等规格

6.1.4电解电容

泄压结构:顶部刻有十字形/三角形/心形凹槽,作为定向泄压通道安全机制:超压时电解液从凹槽处定向喷出,避免壳体爆裂伤人品质鉴别:优质电容必有泄压槽,平面顶部多为劣质产品体积特性:体积较大,但容量也特别大,适合大电流场合。

结构特点: 引脚较粗,能承受较大电流电流越大,应该的引脚越粗容量优势:可达47μF等大容量(对比瓷片电容通常≤1μF)耐压特点:电压可做较高(如200V),但需注意:反接会立即爆炸超压使用(如63V电容接100V)会在1天内爆裂

防潮设计:引脚间设有凸起凹槽,引导湿气排出防爬电措施:避免高压下引脚间产生电离黑痕PCB配合:若无底部凹槽,需在PCB对应位置开槽白色的方向为负

贴片铝电解电容

6.1.4.1贴片铝电解电容和插件铝电解电容的缺点特性;

6.1.5Y电容功能定位:在电路中属于"可有可无"元件,从特性角度非必需,但从性能角度需要核心功能:主要用于滤除信号线对大地(Earth)的干扰干扰类型:处理的是共模干扰信号

干扰路径:信号线1和信号线2各自对大地产生的干扰典型表现: A点:含有共模干扰(信号对大地干扰)B点:通过Y电容滤除后无共模干扰物理连接: 信号线1通过电容接地信号线2经过电容接地接地端为地球大地(Earth)而非电源地(GND6.1.5.1 阻值读取标称值解读:222代表22×10^2pF即2200pF(2.2nF),472代表47×10^2pF即4700pF(4.7nF)取值限制:Y电容值不能过大,否则会产生漏电流导致安规测试不通过常见规格:实际应用中多为pF级别,常用222、472等规格

6.1.6 瓷片电容

又称独石电容,与贴片瓷介电容结构相似

小容量滤波(μF级别以下),但实际还有其他多种电路功能

7电容的常见厂家地域分布: 国外厂商:技术领先但价格较高国内厂商:性价比优势明显选型建议: 安规应用优先考虑国际品牌常规电路可选用国产优质品牌价格因素: 封装形式直接影响成本(贴片通常比插件贵)特殊类型(如钽电容)价格显著高于普通电解电容极性区分: 有极性电容:电解电容、钽电容等,需注意正负极连接无极性电容:瓷片电容、CBB电容等,安装方向不限应用注意: 极性接反会导致电容损坏高频电路优先选用无极性电容8. 电容的应用

主要认证标准:欧洲:CE认证(最常见)美国:UL认证(主流标准)中国:3C认证(强制性认证)日本:PSE认证(街头认证)总结一:

知识点

核心内容

易混淆点/注意事项

应用场景

电容的基本作用

在电路中作为“源”提供能量,具有充电(储存能量)和放电(释放能量)两种状态

区分充电(外部对电容供能)与放电(电容对后级电路供能)

电源滤波、能量缓冲

电容的电压特性

电容两端电压不能突变,具有稳定电压的作用

电压稳定性与电容容量的关系

稳压电路、瞬态保护

电容的储能原理

借助电场储存电能(正负电荷在介质两侧聚集)

介质绝缘性与漏电流的平衡

高频电路、能量回收

电容分类与用途

瓷片电容(小容量)、电解电容(大容量)、钽电容(有极性)、X/Y电容(安规/EMC)

钽电容极性接反会爆炸;X电容滤差分干扰,Y电容滤共模干扰

电源设计、EMC整改

安规电容(X/Y)

X电容接信号线间滤差分干扰,Y电容接信号-大地滤共模干扰

功能上非必需,但影响EMC性能

电器认证(CE/UL/3C)

电容的类比模型

用水库比喻电容:蓄水(充电)调节水流波动(稳压)

水库容量对应电容容量,水流波动对应电压纹波

直观理解电容的稳压原理

电容的工艺类型

贴片(体积小) vs 插件(电流承载强)

高频特性与寄生参数差异

PCB布局、高频电路设计

国际认证标准

欧洲CE、美国UL、中国3C、日本PSE

认证电容需标注认证编号

出口电子产品设计

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