常用電子元器件系列知識-電容篇

電子元器件系列知識--電容篇電容器的參數(shù)與分類參數(shù)1.

標稱電容量（CR）。電容器產(chǎn)品標出的電容量值。云母和陶瓷介質電容器的電容量較低（大約在5000pF以下）；紙、塑料和一些陶瓷介質形式的電容器居中（大約在0.005uF~1.0uF）；通常電解電容器的容量較大。這是一個粗略的分類法。2.

類別溫度范圍。電容器設計所確定的能連續(xù)工作的環(huán)境溫度范圍。該范圍取決于它相應類別的溫度極限值，如上限類別溫度、下限類別溫度、額定溫度（可以連續(xù)施加額定電壓的最高環(huán)境溫度）等。3.

額定電壓（UR）。在下限類別溫度和額定溫度之間的任一溫度下，可以連續(xù)施加在電容器上的最大直流電壓或最大交流電壓的有效值或脈沖電壓的峰值。電容器應用在高電壓場和時，必須注意電暈的影響。電暈是由于在介質/電極層之間存在空隙而產(chǎn)生的，它除了可以產(chǎn)生損壞設備的寄生信號外，還會導致電容器介質擊穿。在交流或脈動條件下，電暈特別容易發(fā)生。對于所有的電容器，在使用中應保證直流電壓與交流峰值電壓之和不得超過電容器的額定電壓。4.

損耗角正切（tgδ）。在規(guī)定頻率的正弦電壓下，電容器的損耗功率除以電容器的無功功率為損耗角正切。在實際應用中，電容器并不是一個純電容，其內(nèi)部還有等效電阻，它的簡化等效電路如附圖所示。對于電子設備來說，要求RS愈小愈好，也就是說要求損耗功率小，其與電容的功率的夾角要小。這個關系為：tgδ=RS/XC=2*3.14*f*C*RS。因此，在應用當中應注意選擇這個參數(shù)，避免自身發(fā)熱過大而影響壽命。5.

電容器的溫度特性。通常是以20℃基準溫度的電容量與有關溫度的電容量的百分比表示。6.

使用壽命。電容器的使用壽命隨溫度的增加而減小。主要原因是溫度加速化學反應而使介質隨時間退化。7.

絕緣電阻。由于溫升引起電子活動增加，因此溫度升高將使絕緣電阻降低。電容的分類電容器包括固定電容器和可變電容器兩大類。其中固定電容器又可根據(jù)其介質材料分為云母電容器、陶瓷電容器、紙/塑料薄膜電容器、電解電容器和玻璃釉電容器等；可變電容器也可以是玻璃、空氣或陶瓷介質結構。以下附表列出了常見電容器的字母符號。附表薯字母攏電容口器介妄質材斗料云字母刻電容浸器介退質材建料言A直鉭電總解就L騰聚脂蒜等極華性有廢機薄草膜常B然聚笨境乙烯桐等非仔極性升有機摸薄膜懸N阻鈮電康解刪C駛高頻改陶瓷狠O屑玻璃足膜守D屬鋁電打解幻Q評漆膜糕E葡其他鞠材料責電解坑T州低頻眠陶瓷線G賽合金簡電解圾V凈云母債紙需H敲紙膜帽復合篇Y緊云母乎I擔玻璃選釉接Z園紙采J謠金屬犯化紙電容的耐壓和絕緣電阻電容長期可靠地工作，它能承受的最大直流電壓，就是電容的耐壓，也叫做電容的直流工作電壓。如果在交流電路中，要注意所加的交流電壓最大值不能超過電容的直流工作電壓值。表1是常用固定電容直流工作電壓系列。有*的數(shù)值，只限電解電容用。

常用固定電容的直流電壓系列1.6

4

6.3

10

16

25

32*

40

50

63100

125*

160

250

300*

400

450*

500

630

1000由于電容兩極之間的介質不是絕對的絕緣體，它的電阻不是無限大，而是一個有限的數(shù)值，一般在1000兆歐以上。電容兩極之間的電阻叫做絕緣電阻，或者叫做漏電電阻。漏電電阻越小，漏電越嚴重。電容漏電會引起能量損耗，這種損耗不僅影響電容的壽命，而且會影響電路的工作。因此，漏電電阻越大越好。電容的種類區(qū)分電容的種類也很多，為了區(qū)別開來，也常用幾個拉丁字母來表示電容的類別，如圖1所示。第一個字母C表示電容，第二個字母表示介質材料，第三個字母以后表示形狀、結構等。上圖是小型紙介電容，下圖是立式矩開密封紙介電容。表1列出電容的類別和符號。表2是常用電容的幾項特性。表1電容的類別和符號

使用指針式萬用表判定電容的極性.不知道極性的電解電容可用萬用表的電阻擋測量其極性。我們知道只有電解電容的正極接電源正（電阻擋時的黑表筆），負端接電源負（電阻擋時的紅表筆）時，電解電容的漏電流才?。╇娮璐螅?。反之，則電解電容的漏電流增加（漏電阻減?。?。測量時，先假定某極為“+”極，讓其與萬用表的黑表筆相接，另一電極與萬用表的紅表筆相接，記下表針停止的刻度（表針靠左阻值大），然后將電容器放電（既兩根引線碰一下），兩只表筆對調(diào)，重新進行測量。兩次測量中，表針最后停留的位置靠左（阻值大）的那次，黑表筆接的就是電解電容的正極。測量時最好選用R*100或R*1K擋。鋁電解電容器的套管顏色與其特性鋁電解電容器的鋁殼外面有一個塑料套管。塑料套管的顏色有多種，例如淺藍色的、橙色的、黃色的等。生產(chǎn)廠家之所以把鋁電解電容器的套管制成五顏六色，其目的并非僅僅為了美觀，而是具有特定的意義，在選用和更換鋁電解電容器時應重視這一特點?，F(xiàn)給出常見鋁電解電容器的套管顏色與含義如下表所示，鋁電解電容器使用須知1、直流電解電容器只能使用在直流電路上，其極性必須標明在適當?shù)奈恢没蛟趯п?端子旁邊。2、在電路回路中如不清楚或不明確線路的極性時，則建議使用無極性電解容器。3、電解電容器的工作環(huán)境溫度不能超過規(guī)定的使用溫度范圍。4、電解電容器應儲存于低溫及干燥場所，如儲存期較長，則使用前應用額定電壓對其重新老練。5、通過電解電容器的紋波電流不應超過其充許范圍，如超過了規(guī)定值，需選用耐大紋波電流的電解電容器。6、使用時，電解電容器的工作電壓不應超過其額定電壓。7、電烙鐵等高溫發(fā)熱裝置應與電解電容器塑料外殼保持適當?shù)木嚯x，以防止過熱造成塑料套管破裂。8、在焊接電解電容器時，其焊接時間和焊接溫度不應超過10秒鐘及260攝氏度。9、對導針、端子，如施加超過規(guī)定的力，將會破壞電解電容器的內(nèi)部結構。淺談電源濾波用電解電容電容器(capacitor)在音響組件中被廣泛運用，濾波、反交連、高頻補償、直流回授…隨處可見。但若依功能及制造材料、制造方法細分，那可不是一朝一夕能說得明白。所以縮小范圍，本文只談電解電容，而且只談電源平滑濾波用的鋁質電解電容。每臺音響機器都要吃電源─除了被動式前級，既然需要供電，那就少不了「濾波」這個動作。不要和我爭，采用電池供電當然無必要電源平滑濾波。但電池充電電路也有整流及濾波，故濾波電容器還是會存在。我們現(xiàn)在習用的濾波電容，正式的名稱應是：鋁箔乾式電解電容器。就我的觀察，除加拿大SonicFrontiers真空管前級，曾在高壓穩(wěn)壓線路中選用PP塑料電容做濾波外，其它機種一概都是采用鋁箔乾式電解電容；面對電源穩(wěn)壓線路中擔任電源平滑濾波的電容器，你首先想到的會是什麼？─容量？耐壓？電容器的封裝外皮上一定有容量標示，那是指靜電容量；也一定有耐壓標示，那是指工作電壓或額定電壓。工作電壓(workingvoltage)簡稱WV，為絕對安全值；若是surgevoltage(簡稱SV或Vs)，就是涌浪電壓或崩潰電壓;，超過這個電壓值就保證此電容會被浪淹死─小心電容會爆！根據(jù)國際IEC384-4規(guī)定，低於315V時，Vs=1.15×Vr，高於315V時，Vs=1.1×Vr。Vs是涌浪電壓，Vr是額定電壓(ratedvoltage)。電容器的電荷能量是以Q＝CV來表示，Q是庫倫，C是靜電容量，V是電壓；故當電壓值不變時，加大靜電容量就能增高電荷能量。請注意，電容器的容量單位應是F(farad)，可是因計量太高造成數(shù)值偏低，故多改用μF，1F=一百萬μF。國外也有用mF表示μF，其實mF不十分貼切，但機械式打字機上沒有μ鍵，故用m代表micro。有了靜電容量及工作耐壓兩個參數(shù)，若你正在選購電容，接下來你會考慮什麼？直覺上是價錢。嗯，這個參數(shù)很重要，而且數(shù)值愈低愈佳。也有人先想到品牌，并堅持日本貨打死不用─還存著八年抗戰(zhàn)情結？美國貨也僅能排第二，瑞典或德國制造的才能排第一。嗯，這個參數(shù)也很重要。但既然談到品牌，那就不能忽略系列型號；因為一個制造廠會生產(chǎn)許多不同系列的產(chǎn)品，系列不同，品質及價格就會不同。OK，我們先整理一下，有關電源平滑濾波電容器的參數(shù)已知有：靜電容量、額定工作電壓、涌浪崩潰電壓、價格、品牌、型號系列。不應該只有小貓兩三只，外型尺寸也應該很重要，因為與它相關的有重量及接腳型態(tài)，snap-in是插焊PC板式，screw是鎖螺絲式。至於重量，同容量同耐壓，但品牌不同的兩個電容做比較，重量一定不同；而外型尺寸更與機箱規(guī)劃有關。有些電容不是全圓型，有點像是多角型，Philips、BHC都有這種看起來似乎很高級的系列?，F(xiàn)在我們再整理一下，加上重量、外型尺寸、接腳型態(tài)─已有九個參數(shù)。外皮顏色？這是誰提出來的？很妙。因白色、黑色、藍色塑膠封裝都有廠商在用，它有時也具有某些意義，例如日規(guī)黑底金字常代表高級foraudio音響級電容。僅憑外觀還能想到哪些？制造日期，9627就是1996年第27周出廠；近年來日制電容似乎逐漸有意省略制造日期的標示。但外皮顏色及文字印刷不直接與品質有關，故僅加上制造日期參數(shù)。還有，別忘了適用工作溫度，因為105度C比85度C更適用於真空管機。若機器要擺在南極，最好選耐負55度C的品種。容量誤差也別遺漏，當采多顆并聯(lián)，為求得單只特性均勻，誤差當然是愈低愈佳?，F(xiàn)在再加上工作溫度及容量誤差，咱們手上已有12個參數(shù)，對電容器應有三成以上了解。請別會錯意，電容的工作溫度不是指環(huán)境或表面溫度─不管幾度，封裝塑膠外皮都是一樣，它是指鋁箔工作溫度，所以裝管機選用85度C品種也絕對OK，只要將電容器遠離管仔就一定安全?？墒钦嬲嘘P電容器品質的幾個重要參數(shù)，卻都只存在原廠規(guī)格書中，完全不會顯露在成品封裝外皮上，而這些重要參數(shù)才是本文談論的重點。散逸因數(shù)─損失角：散逸因數(shù)dissipationfactor(DF)存在於所有電容器中，有時DF值會以損失角tanδ表示。想想，損失角，既有損失，當然愈低愈好。塑料電容的損失角很低，但鋁電解電容就相當高。DF值是高還是低，就同一品牌、同一系列的電容器來說，與溫度、容量、電壓、頻率……都有關系；當容量相同時，耐壓愈高的DF值就愈低。舉實例做說明，同廠牌同系列的10000μF電容，耐壓80V的DF值一定比耐壓63V的低。所本刊選用濾波電容常會找較高耐壓者，不是沒有道理。此外溫度愈高DF值愈高，頻率愈高DF值也會愈高。但許多電容器制造廠，在規(guī)格書上常不注明散逸因數(shù)DF值，因為數(shù)值甚高很難看。以瑞典RIFA為例，其藍色PHE-420系列是MKP塑料電容，它的DF值最低是0.00005/最高是0.0008。但白色頂級PEH169系列鋁質電解電容，就未標示損失角規(guī)格。若真注明DF值，可能會是1.0000，小數(shù)點是在1的後面。漏…漏電流：哇！漏電！最好沒有。可是沒辦法，鋁電解電容在工作時一定會產(chǎn)生漏電流。漏電流(leakagecurrent)當然要低，它的計算公式大致是:I＝K×CV。漏電流I的單位是μA，K是常數(shù)，例如是0.01或0.03，每家制造廠會選擇不同的常數(shù)。但不論如何，電容器容量愈高，漏電流就愈大。如果你有容量愈大平滑效果愈好的想法，這個「漏電流」也請考慮在內(nèi)。從計算式可得知額定電壓愈高，漏電流也愈大，因此降低工作電壓亦可降低漏電流。但降低電容器的漏電流并不容易，低漏電流lowleakagecurrent-LL系列價格高昂，我曾向國內(nèi)廠商訂制一批低漏電流LL系列電容，價格比許多進口電容還貴。漏電流規(guī)格，鋁電解電容就比鉭電解電容差許多，鉭質電容也有乾式及濕式兩種，不過它的容量及耐壓都較低。

除特別定制外，面對一般品，想要降低它的漏電流可設法提高Vs對Vr的比值。Vs是涌浪電壓，其值當然比Vr額定電壓高，但施加電壓(真正的工作電壓)還應該比Vr低，例如取Vr的90％；找高耐壓品種可說是完全正確。等效串聯(lián)電阻ESR：一只電容器會因其構造而產(chǎn)生各種阻抗、感抗，比較重要的就是ESR等效串聯(lián)電阻及ESL等效串聯(lián)電感─這就是容抗的基礎。電容器提供電容量，要電阻干嘛？故ESR及ESL也要求低…低；但lowESR/lowESL通常都是高級系列。ESR的高低，與電容器的容量、電壓、頻率及溫度…都有關，當額定電壓固定時，容量愈大ESR愈低。有人習用將多顆小電容并接成一顆大電容以降低阻抗，其理論是電阻并聯(lián)阻值降低。但若考慮電容接腳焊點的阻抗，以小并大，不見得一定會有收獲。反過來說，當容量固定時，選用高WV額定電壓的品種也能降低ESR；故耐壓高確實好處多多。頻率的影響：低頻時ESR高，高頻時ESR低；當然，高溫也會造成ESR的提升。串聯(lián)等效電阻ESR的單位是mΩ，高級系列電容常是lowESR及l(fā)owESL。若比較低內(nèi)阻及低漏電流兩種特性，則低內(nèi)阻容易達成，故標示lowESR的電容倒很常見。ESR與損失角有關聯(lián)，ESR＝tanδ/(ω×Cs)，Cs是電容量。有時電容器規(guī)格上會有Z，它與ESR的意義不同，但Z的計算示與ESR有關，同時也考慮到容抗及感抗，是真正的內(nèi)阻。剛才提到電容的ESR單位是mΩ，那是指大電容，若是220μF小容量電容，其ESR單位就不是mΩ而是Ω。何種電容器的ESR最低？答案只有一個：Sanyo的OS有機半導體電容！漣波電流Irac前面談到的散逸因數(shù)DF-損失角tanδ、漏電流、ESR-串聯(lián)等效電阻…等，其值都是愈低愈好，但現(xiàn)在要提的漣波電流ripplecurrent卻是愈高愈好。特別是現(xiàn)在都特別講究後級擴大機要有大電流輸出，電源平滑濾波電容器的漣波電流Irac(或Iac)就顯得格外突出。

漣波電流Irac的標示至少應有低頻及高頻工作時兩種規(guī)格數(shù)字，低頻大約是以120Hz做標準，高頻大概是以10KHz做標準，但不同制造廠商可能會有略微的差別。漣波電流與頻率剛好成正比，因此低頻時漣波電流也比較低?？墒菍ξ覀円繇懨詠碚f，低頻段的Irac值才是重要。所以在采購電容器時，漣波電流數(shù)字高低是極為重要的依據(jù)。在一般狀況下，同品牌時，鎖螺絲式電容的漣波電流通常比snap-in插PC板式來得高。曾經(jīng)有一種說法：RIFA的10000μF相當於其它廠牌15000μF，因為大部份日制電容的漣波電流都不高，而RIFA又特別高，故好像可以一個當兩個用。德國Siemens、英國BHC電容，在Irac這項特性上也常優(yōu)於日制品。就筆者所知，Irac最大的電容，是SiemensSIKOREL系列電容為最高，6800μF/63V就高達20A！若是小容量電容，Irac最大的是SanyoOS電容。就後級擴大機的動作來說，很多人會認定低頻時吃電流。有個方法可以試：以電表直流電壓-DCV最低檔量任一只射極電阻壓降，最好是指針電表，播放唱片，將前級音量轉大，注意電表指針的擺動，你就會發(fā)現(xiàn)低頻固然會吃電流，四把吉它連彈也會猛吃電流！什麼音樂最適合run-in後級擴大機？Holst的《行星組曲》第一曲MARS?，F(xiàn)在你應該已經(jīng)明了六成以上，或許你想問：有沒有體型不大，漏電低、ESR低、tanδ低、誤差低、價格低，但漣波電流高、適用溫度范圍高的鋁電解電容？嗯…，沒有！關於容量誤差，近年來鋁質電解電容頗有進步，以往是-20％～+40％，現(xiàn)在大多是+/-20％。但其容量常偏＋而不是偏－，故10000μF測量起來有可能會接近12000μF。精確量取大容量電容器的靜電容量，是我多年來一直想做的事。不要懷疑，這種測試儀器很難買到，美國曾制造過，可量至99999μF，并能同時顯示DF值及ESR值；而且電容量是100Hz、1KHz、10KHz三段（不是兩段）頻率測試的平均值。這種儀器國內(nèi)市場曾出現(xiàn)過，小賣新臺幣十萬元─只差漏電流的測試。額定工作電壓的安全度，在我的標準是：至少理讓15％。例如某電容的額定電壓是50V，雖然涌浪電壓可能高至63V，但我最高只會施加42V電壓。讓電容器的額定電壓具有較多的余裕，能降低內(nèi)阻、降低漏電流、降低損失角、增加壽命，一舉數(shù)得何樂不為？以前曾看過日制擴大機，±48V工作電壓配上10000μF/50V濾波電容；短時間內(nèi)當然不會燒壞，但時日長久，壽命有可能降低，那就得更換新品或另購新機。所以日制品常有「時間到了，該走了」的宿命，你也不能指責它是偷工減料，畢竟做生意總要圖利，若一輩子只能賣你一次，如何賺錢？容量愈高哼聲愈低？自己裝，最討厭的就是哼聲除不掉。有人將濾波電容加大，哼聲就沒了。我是不十分相信，因擴大機的哼聲常是因地回路不當引起，來自電容器微乎其微。但是理論上，容量愈高，電源平滑效果也就愈佳，所以大容量的做法，是許多設計者及DIY迷亦深信不疑。因此不少後級擴大機，特別是美國產(chǎn)品Krell、MarkLevinson，最愛采用大水塘─大電容；丹麥的Dynaudio，連前級擴大機都用到十數(shù)萬μF之容量。至於AC&DC交直流，也比較傾向於「大容量」派，但尚適可而止?？墒且灿胁簧倜麖S走低容量路子，例如美國Amcron有臺250W×2專業(yè)後級擴大機，兩聲道合計500W，只用了2只8200μF小濾波電容器(好像是小了點)。瑞士Goldmund算是Hi-End品牌，產(chǎn)品送到各雜志社試聽，沒有一個評論員膽敢說它壞，它的大後級就是采用小電容。瑞士FMAcoustics更是貴到斃，一臺立體聲後級後級可換一部Benz車。它的220W×2專業(yè)後級，號稱數(shù)十A電流輸出，本人親眼得見，全機只使用2只10000μF/100V濾波電容。大容量濾波與低容量濾波兩種理論基本上是對立的，但卻同時存在於音響圈。以低容量論點設計擴大機，也可以完全沒有哼聲，而且低頻表現(xiàn)也不比「大水塘」機差。重點是什麼？Irac漣波電流。如果你如今還是滿腦子的大容量，那你還不了解電解電容！進口機與國產(chǎn)機的命運有些不同，當消費者面對數(shù)十萬元進口機采用多顆小電容時，他會自我解釋：這個很有道理；但面對國產(chǎn)品時，他可能會有另一套惡毒的說法：偷工減料！就音質表現(xiàn)，大水塘or小水塘、一顆大的or多顆小的，應該沒有絕對關系。鄧小平說得好：管它黑貓、白貓，會捉老鼠的就是好貓。制造廠牌也關乎品質特性，前述有人終其一生不用日制品。美國原本有兩大電容器品牌Mallory及Sprague，現(xiàn)在Sprague已成絕響，因為它被日本NipponChemi-con收購，且公司名稱注冊UnitedChemi-Con/簡稱UCC。但只要是仍在美國制造，外皮印有madeinUSA，商標更改與制造品質應無關聯(lián)。不過外界已有耳語：UCC比Sprague差，可能性如何？日本商社一旦接手，行銷政策自然會大幅改變，為了提高出貨量必得降低售價；但假格下滑也會導致品質下滑。詢問本地代理商瑞普公司，UCC電容銷售量比Sprague低，顯示國內(nèi)廠商有排斥UCC的反映。若比較UCC及Sprague的規(guī)格特性，果然是一付Japanese樣─體型大為縮水，原本40mm×80mm的改成40mm×50mm，價格可能較低廉，但ESR增加、Irac減小─怎不令人擲筆三嘆？你對日制品有疑慮？沒辦法，非但美國如此，德國也需要日本資金進入來個德日合作，Siemens就和松下Matsusita共同生產(chǎn)S＋M電容器。這是未來趨勢，幾乎不可避免。RIFA也早就被EVOX吃下，EVOX是大集團，到處設廠，本刊SigEnd單端前級有用到1μF電容，就是EVOX品牌，雖然自美國進口，但一付臺制品模樣。儲存及工作壽命：比起電阻、IC、電晶體、塑料電容這些半永久性元件，鋁電解電容的壽命就值得重視。一是儲存年限，自然與壽命有關，10～20年應無問題。存放過久的電容不宜立刻使用，利用powersupply先將它aging(活化)；夾上端子，緩慢調(diào)整powersupply電壓，由低至高，最高可調(diào)至此電容的額定電壓。工作壽命就很難說得明白，所謂長壽命LL-longlife電容，通常是表示漣波電流Irac穩(wěn)定。前面曾談到電容的Irac與工作溫度及頻率都有關，例如同是10KHz，40度C時是15A，85度C時是9A；15A/9A＝1.67。此數(shù)字就是電容的壽命因數(shù)（本人臨時想出來的），數(shù)字愈高壽命愈低，數(shù)字愈接近1壽命愈長。如果沒記錯，1.93表示10萬小時，1.85表示20萬小時，故1.67至少50萬小時！但電容器的主要功用是充、放電特性，因此不宜經(jīng)?？焖俪?、放電。有兩個方法可有效延長電容器壽命：一是減少開機、關機次數(shù)，二是設法降低開機時的瞬間充電電流─你聽懂了嗎？本刊也注意到此問題，故多年來都是這樣做。即令是如此，若問：到底是哪一種電容的音質較好？這也實在難以回答?；旧希煌放?、系列的電容，它的聲音表現(xiàn)自然也是不同。我個人不會「日制品打死不用」，只要處理得當，日制品也不輸歐美貨。多年前曾用過ELNA高級Cerafine音響級電容，它的ESR雖然低，但Irac也不高，裝在amp.上，低頻很厚實，但霧氣較重，不夠透明?？墒遣⑸蟬peed-up小電容後，就豁然開朗。故實際裝配時，記得一定要在主濾波電容上加并