嵌入式——认识电子元器件——电容系列

认识常用电子元器件------电容

介绍

电容器(capacitor),通常简称其容纳电荷的本领为电容,用字母C表示,单位为F(法拉)。任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体(包括导线)间都构成一个电容器。储存电荷、储存电能的被动元器件

一般用来临时小电池,存电、稳压、滤波。

常用单位:

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1F = 1000mF # 毫法
1mF = 1000uF # 微法
1uF = 1000nF # 纳法
1nF = 1000pF # 皮法
日常板子最常见:μF、nF、pF

核心作用

滤波

滤除电源杂波、高频干扰,让电压更纯洁。

作用:电源电路必备,防止电压跳动、设备死机

稳压/退耦

芯片的引脚旁一般都会放小电容。

作用:瞬间电流不足时,电容放电补电,保证芯片稳定工作

隔直通交

隔断直流电,允许交流电/信号通过。

作用:常用于信号隔离、音频、通信电路。

延时/充放电

利用电容慢慢充电、慢慢放电特性。

作用:做简单延时电路、复位电路、指示灯渐变。

名词解释

容量/额定容量

储存电荷的能力。

作用:容量越大,储电越多,滤波、储能能力越强。

额定耐压 / 耐压值

电容长期正常工作的最大电压。

常见:6.3V、16V、25V、35V、50V、400V

重点:

  • 实际电路电压 必须小于耐压;
  • 超压 → 击穿、短路、鼓包、爆炸。

极性:

  • 有极性电容:铝电解、钽电容,分正负极,反接直接损坏。
  • 无极性电容:陶瓷、薄膜、CBB 电容,不分正负,任意接。

ESR 等效串联电阻

电容内部等效内阻。

特点:ESR越小越好。

影响:ESR 大 → 滤波差、发热严重、电源纹波大、设备死机重启。

ESL 等效串联电感

电容引脚、内部结构带来的等效电感。

场景:高频电路关键,ESL 越小,高频滤波效果越好。

纹波电流

电容能长期承受的交流波动电流。

作用:电源电路中,纹波电流过大,电容发热老化、寿命缩短。

漏电流

电容充满电后,自身缓慢漏电的电流。

场景:

  • 电解电容漏电流偏大;
  • 精密电路、待机低功耗设备,要求漏电流越小越好。

介质损耗 / 损耗角正切 (tanδ)

电容工作时自身发热损耗。

损耗越小,效率越高、发热越少。

介质

电容两个极板中间的绝缘材料。

不同介质决定电容特性:

  • 陶瓷介质:高频好、体积小
  • 电解液介质:容量大、成本低
  • 薄膜介质:耐压高、稳定性强

极板 / 电极

极板:储存电荷的金属片;

电极:引脚 / 焊盘,用来焊接到电路板。

封装

贴片封装:0402、0603、0805、1206(MLCC 贴片电容)

直插封装:径向电解、独石电容

安规电容

包含 X 电容、Y 电容

  • X 电容:跨接火线零线,抑制差模干扰;
  • Y 电容:火线对地、零线对地,抑制共模干扰;
  • 特点:耐压高、抗雷击、击穿不会起火。

自愈特性

多见于薄膜 / 安规电容;

高压轻微击穿后,可自我修复,不会直接短路报废。

旁路电容 / 退耦电容

就近贴在芯片电源脚;

给芯片瞬时供电、滤除高频杂波,防止芯片干扰、死机。

滤波电容

电源输入 / 输出端大容量电容;

过滤电压杂波,让直流电更平滑。

耦合电容

利用隔直通交,传递交流信号、隔离直流电压。

去耦电容

和旁路类似,主要解决模块之间互相干扰。

充放电特性

电容慢慢充电、慢慢放电;

用于:复位电路、延时电路、指示灯渐变、掉电保持。

容量衰减 / 老化

长期高温、高压使用,容量慢慢变小。

鼓包 / 漏液

铝电解电容典型故障,内部电解液膨胀流出。

击穿短路

电压超标、老化导致绝缘介质损坏,两极直通。

开路 / 虚焊

引脚断裂、焊盘脱落,电路断路失效。

分类

陶瓷电容(MLCC贴片电容)

板子上最多最小 的黑色/米黄色贴片

优点:体积小、便宜、高频性能好

用途:电源滤波、芯片旁路、高频电路

电解电容(铝电解)

圆柱形、有正负极 (白线/减号为负极)

优点:容量大、便宜

用途:电源输入端大容量滤波

注意:接反会鼓包、炸裂

钽电容

多为长方体(贴片式)或直插式(泪滴形),常见黄色、黑色、橙色

优点:体积小、稳定性强、价格贵、耐高温

用途:精密电路、工业控制、高端设备

注意:贴片式横线一段为正极,直插式长脚一段为正极

安规电容(X电容/Y电容)

X电容:方形扁盒

Y电容:圆片或小方块

优点:抗雷击、抗浪涌、EMC抗干扰

用途:家电、水表、燃气表、工业设备必用

电容常见损坏现象

  • 鼓包、漏液、炸裂(电解电容最常见)
  • 容量衰减、老化 → 设备不定期重启、死机
  • 击穿短路 → 烧保险、板子不通电
  • 虚焊、脱落 → 接触不良、间歇性故障

示例图





注:图片来源

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