电容基本概念

电容最简单的结构可由两个相互靠近的导体平面中间夹一层绝缘介质组成，当在电容两个极板间加上电压时，电容就会储存电荷，所以电容是一个充放电荷的电子元器件。电容量是电容储存电荷多少的一个量值，平板电容的电容量公式：

如果两个导体平行放置，那么它们所占的面积会非常大，将不利于焊接，安装、保存，运输等操作，考虑到可靠性、体积、稳定度等原因，一般不会使用平板电容（两个导体平面结构的电容）。铝电解电容就是把两个平面卷起来，铝电解电容的内部结构：

电容基本参数：

1.标称电容量

标称电容量是标注在电容上的电容量。电容的容值取决于在交流电压下工作时所呈现的阻抗。因此.容值，即交流电容值，会随着工作赖率，电压及测量方法的变化而变化，由前文可知，生产厂家通过控制两个导体的面积，导体间距及电介质的介电常数来实现期望的电容值。在电子设备用固定式电容器试验方法（JIS C5102）中规定：铝电解电容的电容量的测量是在频率为120Hz.最大交流电压为0.5Vrms，DC偏压为1.5-2.0V的条件下进行。

2.允许误差

电容的实际电容值一般很难达到理想电容值。电容量误差是指实际容量与标称容量间的偏差精密电容的允许误差较小，而电解电容的允许误差较大，它们采用不同的误差等级。可用精度等级来描述允许误差的情况，即005级为±0.5%，01级为±1%，02级为±2%，I级为±5%，Ⅱ级为±10%.Ⅲ级为±20%.V级为-10%-20%.V级为-20%-50%.VI级为-30%-50%。
小于10pF的电容不用百分比表示误差，一般用容值作为单位表示误差，如±0.1pF，±0.2pF，±0.5pF，±1pF。根据国家标准《电阻器和电容器的标志代码）（GB/T2691一2016）规定，电容的标称容量允许误差用文字符号表示，如表所示

3.额定电压

额定电压是指在最低环境温度和额定环境温度下可连续加在电容上的最高直流电压有效值，如果工作电压超过电容的额定电压，则电容将被击穿，造成不可修复的永久损坏。

4.绝缘电阻&漏电流

直流电压加在电容上，并产生漏电电流，电压除以漏电电流得到的电阻值称为绝缘电阻。电容的两个电极是导体，介于两个电极中间的是介质材料，绝缘电阻表征的是介质材料在直流偏压梯度下抵抗电流的能力。

（1)MLCC，除材料和尺寸外，还有其他一些物理因素会对MLCC的绝缘电阻产生影响，如电容体表面电阻率、电介质内部缺陷等
①电容体表面电阻率。由于表面吸收了杂质和水分，因此介质表面电阻率与体电阻率并不一致，正是由于电容表面是裸露在空气中的，因此表面电阻率会随着空气中杂质和水分的影响面改变。
②电介质内部缺陷。介质是由多晶体陶瓷聚合体组成的，其微观结构中存在的晶界和气孔总会降低材料的本征电阻率，从物理学的角度讲，这些物理缺陷出现的概率与元件体积及结构复杂程度成正比，因此，对于尺寸大、电极面积大，电极层数多的元件来说，其电阻率和绝缘强度均低于小尺寸的元件
当电容容值较小时，电容的绝缘电阻主要取决于电容的表面状态：当电容容值大于0.1uF时，电容的绝缘电阻主要取决于介质的性能及内部缺陷情况

（2）电解电容。决定电解电容漏电流和绝缘电阻的重要的工艺因素有阳极片的金属纯度，配制工作电解质用的试剂，氧化膜形成的方法及规范，以及工作电解质的成分和粘度。等与其他类型的电容一样，电解电容的漏电流和绝缘电阻还受工作温度和工作电压的影响不同于其他介质的电容，存储时间的长短也会影响电解电容的漏电流和绝缘电阻由于电解电容的漏电流和绝缘电阻与电压及时间有着很大的关系，因此为明确起见，通常以连接直流额定工作电压10min之后确定的漏电流值和绝缘阻值来表示这类电容的特性虽然目前在电解电容生产中采用的是极纯的材料及试剂，而且在形成工艺及工作电解质选择方面由于长时间的生产经验获得了相当大的进步，但电解电容同其他介质的电容相比.其绝缘电阻仍然相当小在电解电容上施加额定工作电压时，漏电流在最初的几十秒内迅速减小，漏电流的下降速度随时间的增加面连减慢，这个过程会持续几十分钟以上

漏电流
电容的介质对直流电流具有很大的阻碍作用，例如，铝电解电容的铝氧化膜有阻碍直流作用由于铝氧化膜介质上浸有电解液，因此在施加电压时，重新形成及修复氧化膜时会产生一种很小的称之为漏电流的电流。通常，漏电流会随着温度和电压的升高而增大

5.损耗

电容在电场作用下，在单位时间内因发热所消耗的能量称为损耗，各类电容都规定了其在某频范围内的损耗允许值，电容的损耗主要是由介质损耗，电导损耗和电容所有金属部分的电阻所引起的。
在直流电场的作用下，电容的损耗以漏导损耗的形式存在，一般较小：在交变电场的作用下，电容的损耗不仅与漏导有关，而且与周期性的极化建立过程有关

6.频率特性

随着率升高，一般电容的电容量呈现下降的规律。当电容工作在谐振率以下时，表现为容性：当电容工作在谐振频率以上时，表现为感性，此时就不是一个电容而是一个电感了，所以，一定要避免电容工作在谐振频率以上。

7.ESR和ESL

自身不会产生任何能量损耗的完美电容只存在于理论中，实际的电容总是存在着一些缺陷。实际的电容损耗，在电路中等效为一个电阻和一个理想电容的串联，另外，由于引线，卷绕等物理结构因素，因此电容内部也存在着电感成分，引入ESR和ESL，可使得模型更接近于电容在电路中的实际表现。
ESR（Equivalen Series Resistance，等效串联电阻），ESL（Equivalent Series Inductance.等效串联电惑）

8.相位角

当交流电流过电容时，电容两端的电压相位会滞后电流90：当交流电流过电感时，电感两端的电压相位会超前电流90，所以，采用单相交流电供电的电扇，洗衣机，空调等带电机的设备，内部都会用一个电容来“移相”，给电机提供转矩。
电路含有电感和电容，交流电压和交流电流的相位差一般不等于零，即一般是不同相的，或者电压超前于电流，或者电流超前于电压
理想电容：超前当前电压90°
理想电感：滞后当前电压90°
理想电阻：与当前电压的相位相同
由于电容有寄生电感（ESL），因此其相位角往往也不是理想值，会有一定的编差。

9.损耗因数

损耗因数又称为耗散系数，用字母DF表示。因为电容的泄漏电阻，ESR和ESL三个指标很难分开，所以许多电容制造厂家将它们合并成一个指标，称为损耗因数，主要用来描述电容的无效程度损耗因数定义为电容每周期损耗能量与储存能量之比，又称为损耗角正切。损耗角正切值表示为tanϭ。电容的泄漏电阻Rp.有效串联电阻RS和有效串联电感L是寄生元件，可能会降低外部电路的性能。

在电容的泄露电阻，ESR和ESL三个指标中，ESR起到的作用最大，所以.把ESR同容抗1/wC之，比称为tanδ

这里的ESR是在120Hz的情况下获得的值，显然，tanδ随着测量频率的升高而增大，随测量温度的下降而增大，所以，简化模型下损耗因数的计算公式为
DF=tan8δ（损耗角）=ESR/XC=2paifC·ESR
电容的泄漏是指电容两端施加电压时，电介质会流过微小电流的现象，虽然在电容的等效模型中，泄露表现为与电容并联的简单绝缘电阻RP，但实际上泄漏与电压并非线性关系，制造商常常将泄漏特性表述为电阻和电容的乘积，该值一般表述为MΩ-uF积，用来描述电介质的自放电时间常数，单位为s，其范围介于毫秒与数百秒之间.铝电容和钽电容为1s左右：陶瓷电容为数百秒：玻璃电容为1000s以上：CBB电容和薄膜电容的泄漏性能最佳，时间常数超过1000000s。对于CBB电容和薄膜电容，电介质的泄漏非常小，器件外壳的表面污染或相关配线，物理装配会产生泄漏路径，其影响远远超过电介质的泄漏。

ESL产生自电容引脚和电容板的电感，它能将一般的容抗变成感抗，尤其是在较高频率时，ESL的幅值取决于电容内部的具体构造，铝电解电容的引脚电感显著大于模制辐射式引脚配置的引脚电感。多层陶瓷电容和薄膜电容的串联阻抗通常最小，而铝电解电容的串联阻抗通常最大，因此，电解电容一般不适合高频旁路应用

损耗因数常常随着温度和频率的变化而变化，采用云母和玻璃电介质的电容，其损耗因数范围为0.03%-1.0%。室温时，陶瓷电容的损耗因数范围为0.1%-2.5%。电解电容的损耗因数通常会超出上述范围。薄膜电容通常是最佳的，其损耗因数小于0.1%。

10.品质因数

理论上，一个完美的电容应该表现为ESR为0欧姆，纯容抗性的无源元件，无论何种频率，电流通过该电容时都会比电压提前正好90°的相位，实际上，电容是不完美的，其总会或多或少存在一定值的ESR。一个特定电容的ESR随着频率变化而变化，并且是有等式关系的。
由于ESR受导电电极和绝缘介质结构特性的影响.因此为了模型化分析.把ESR当成单个的串联寄生元件，过去，所有的电容参数都是在1MHz的标准频率下测得的，但当今是一个更高频的世界，1MHz的条件远远不够，一个性能优秀的高频电容给出的典型参数值应该为：200MHz.ESR=0.04Ω：900MHz.ESR=0.10Ω：2000MHz.ESR=0.13欧姆。
Q值是个无量纲数.数值上等于电容的电抗除以寄生电阻（ESR）。Q值随频率变化而有很大的变化，这是由于电抗和电阻都随着频率变化面变化。频率或容量的改变会使电抗有非常大的变化，因此Q值也会发生很大的变化电容的品质因数（Q值）为电容的储存功率与损耗功率之比，即QC=(I/wC)/ESR，Q值对高频电容来说是比较重要的参数：Q=cotanδ=1/DF

11.纹波电流和纹波电压

纹波电流和纹波电压即电容所能耐受的纹波电流值和纹波电压值.它们和ESR之间的关系密切.用关系式可表示为Vrms=Irms*R
式中.Vrms为纹波电压：Irms为纹波电流：R为电容的ESR，当纹波电流增大时，即使在ESR保持不变的情况下，纹波电压也会成倍提高：当纹波电压增大时，纹波电流也随之增大，叠加入纹波电流后.由于电容内部的ESR引起发热，因此会影响电容的使用寿命，一般地，纹波电流与频率成正比，因此低频时纹波电流也比较小开关电源的输入端和输出端需要仔细计算纹波电流和纹波电压，进而选择能够满足使用要求的
电容