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电容基础与常见特性
p9(14.5 分钟)、p10(6 分钟)
电容是什么
两块不连通的导体 + 中间的绝缘材料。
容量由两件事决定:
- 绝缘材料的材质(介电常数)
- 两导体的相对面积
面积越大、介电常数越高,容量越大。
一个类比
人与人之间就是一个电容:两个导体 = 两个人,绝缘材料 = 空气。只是容量极小,通常忽略不计。
拆开看电解电容
拆掉外壳(外壳只是「电容的衣服」):
- 两块导体,分别接到两个引脚
- 中间一张像纸的东西,是浸泡过电解液的绝缘材料
电解电容有极性
- 外壳上有一条灰色条纹,对应的引脚一般是负极
- 长脚正、短脚负
正负极绝对不能接反,接反会炸。也不能超过耐压值。
实验一:反接爆炸
手上 100µF / 25V 电解电容,反接,逐步升压:
5.3V 还没炸继续升 电流慢慢变大 → 外壳发烫(摸到至少 45~50℃)十几伏 炸,外壳直接飞出来低电压反接不会立刻坏,长时间工作会慢慢自然损坏;反向耐压高时才一下子炸。
内部机理:内部发生化学反应产生气体 → 气体膨胀 → 把电容炸开。
正常电解电容应该在防爆槽位置炸开、外壳不会飞出。这只某宝买的劣质货才整个炸开——劣质元件的失效方式本身就不可控。
安全提示
- 上电前一定检查电容方向
- 调试时不要把板子对着自己(对地或对天都行)
- 调试电路尽量戴防护
实验二:正接超压
同一个 25V/100µF 电容正接,从 12V 往上调:
26V 电流仍为 0继续升 电流有一点点变化又跳回去40 多伏 电流持续上升随后 短路(炸)两个结论:
- 厂家耐压留有余量,标 25V 不是到 25V 就立刻炸
- 电流开始自己慢慢变大 = 准备要炸了(这是最有用的判断规则)
有机会可以自己炸一次电容,建立对危险性的直观认识。
注意量级:这只是 100µF,炸起来已经像一个鞭炮。以后用到 mF 甚至 1F 级电容,爆炸威力完全不是一个量级。
常见电容种类
| 种类 | 特点 |
|---|---|
| 电解电容 | 有方向、不能反接、不能超耐压 |
| CBB 电容 | 无极性;耐压可以做得非常高;高频特性相对较好 |
| 固态电解电容 | 也是电解电容,但用高分子材料,温度特性比普通电解好很多 |
| 贴片电解电容 | 电解电容的贴片版 |
| 钽电容 | 体积小、容量中等,失效可能短路 |
| MLCC(贴片陶瓷电容) | 见下 |
MLCC 的关键参数
- ESR 非常低,能提供的瞬态电流能力相对较大
- ESL 也很低,ESL 才是决定高频特性的主要因素
- 容量一般(体积小,做不到特别大)
决定电容高频特性的是 ESL,不是 ESR。 ESR 影响的是损耗和纹波,ESL 影响的是「这个电容在高频下还像不像个电容」。
电解电容的寿命
内部电解液会挥发,温度越高挥发越快,寿命越短。
而且温度升高时寿命衰减曲线非常陡——网上流传的「电解电容温度每升 10℃ 寿命减半」的经验说法就来源于此。
这就是为什么电源板上最常坏的就是电解电容。
温度特性对比
| 种类 | 温度特性 |
|---|---|
| 普通电解电容 | 很一般 |
| 贴片陶瓷电容 | 比较差(也要看具体材料,有些材料挺好) |
| 固态电解电容 | 好 |
选型结论
要高电压 + 大容量 → 电解电容(MLCC 容量做不大)要低 ESR / 高频好 → MLCC要无极性 / 高耐压 → CBB要温度特性好 → 固态电解选器件前必须先了解该器件的工作特性,方向对了才选得到合适的。
坑
- 电解电容接反会炸,长脚正、色带负,上电前必须检查;耐压要留余量,实际工作电压别超过额定的 70%~80%。
- 25V 的电容不会在 25V 立刻炸,但会持续受损;电流开始自己变大就是快炸了。
- 杂牌电容的失效方式不可控(该从防爆槽炸的却整个爆开)。
- 决定高频特性的是 ESL 不是 ESR;电解电容的寿命由温度决定,温度高一点寿命掉很多。
- 调试时别把板子对着脸,电容越大炸得越狠,1F 级能造成严重伤害。
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