2.3　电容器

电容器是由两个金属电极，中间夹一层电介质构成。在两个电极之间加上电压时，电极上就存储电荷，所以说电容器是一种储能元器件。具有通交流、阻直流，通高频、阻低频的特性。在电路中用于交流耦合、隔离直流、调谐、滤波和能量转换等。

2.3.1　电容器的分类及外形

1.电容器的分类

电容器常用符号C表示，其种类很多。按介质不同，可以分为空气介质电容器、纸质电容器、有机薄膜电容器、瓷介质电容器、玻璃釉电容器、云母电容器、电解电容器等；按结构不同，可分为固定电容器、预调电容器、可调电容器等。

（1）固定电容器。固定电容器的容量是不可调的，图2-13所示为常用固定电容器的外形和图形符号。

（2）预调电容器。预调电容器又称微调电容器或半可调电容器。其特点是容量可在小范围内变化，可调容量通常在几皮法之间，最高可达100pF。预调电容器通常用于整机调整后，电容量不需经常改变的场合。其图形符号及常用的几种电容器外形如图2-14所示。

（3）可调电容器。可调电容器的容量可在一定范围内连续变化，它由许多半圆形动片和定片组成的平行板式结构，动片和定片之间用介质（空气、云母或聚苯乙烯薄膜）隔开，动片组可绕轴相对于定片组旋转0～180°，从而改变电容量的大小。可调电容器有“单联”“双联”“三联”之分。目前，最常见的小型密封薄膜介质可调电容器，采用聚苯乙烯薄膜作为片间介质。可调电容器的外形和图形符号如图2-15、图2-16所示。

2.电容器的型号命名

根据国家标准，国产电容器的型号由4部分组成，如表2-10所示。

例如：CJX-250-0.33-±10％电容器。

3.电容器的主要性能指标

（1）标称容量与允许误差

电容器的容量表示电容器存储电荷的能力。单位是法拉（F）、微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF），它们之间的换算关系为：1F=106μF=109nF=1012pF。

标称容量是标志在电容器上的名义电容量，常用电容器容量的标称值系列如表2-11所示。任何电容器的标称容量都满足表2-11中数据乘以10n（n为整数）。

实际电容器的容量与标称值之间的最大允许偏差范围，称为电容量的允许误差。固定电容器的允许误差分为8级，如表2-12所示。

一般电容器的容量及误差都标注在电容器上。体积较小的电容器常用数字和文字标志。采用数字标注容量时用三位整数，第一位、第二位为有效数字，第三位表示有效数字后面加零的个数，单位为皮法（pF）。例如：223表示该电容器的容量为22000pF（或0.022μF）。需要注意的是当第三个数为9时是个特例，如339表示的容量不是33×109pF，而是33×10-1pF（即3.3pF）。采用符号标注电容量时，将容量的整数部分写在容量单位标志符号的前面，小数部分放在容量单位符号的后面。例如，0.68pF标志为p68，3.3pF标志为3p3，1000pF标注为1n，6800pF标志为6n8，2.2μF标志为2μ2等。

误差的标注方法一般有3种：

一是将容量的允许误差直接标在电容器上。二是用罗马数字“Ⅰ”“Ⅱ”“Ⅲ”分别表示±5％、±10％、±20％。三是用英文字母表示误差等级，如表2-13所示。

电容器的容量误差及误差除按上述方法标注外，有的也采用色标法来标注，电容器的色标法原则上与电阻器色标法相同（参阅表2-1），单位为皮法（pF）。

（2）额定工作电压（又称耐压值）

额定工作电压是指电容器在规定的工作温度范围内，长时期、可靠地工作所能承受的最高电压。常用固定式电容器的耐压值有：1.6V、4V、6.3V、10V、16V、25V、（32V）、40V、（50V）、63V、100V、125V、160V、250V、（300V）、400V、（450V）、500V、630V、1000V等，其中加括号的只限于电解电容器。耐压值一般都直标在电容器上，在选用电容器的额定电压时，必须留有充分的余量。

（3）绝缘电阻（又称漏阻）

理想电容器绝缘电阻应为无穷大，但实际电容器绝缘电阻往往达不到无穷大。一般电容器的绝缘电阻应在5000MΩ以上。绝缘电阻大，电容器的漏电小，性能好。优质电容器的绝缘电阻可达TΩ（1012Ω，太欧）级。

（4）介质损耗

理想电容器应没有能量损耗，但实际上电容器在工作时总有一部分电能转换热能而损耗能量，包括漏电流损耗和介质损耗两部分。小功率电容器主要是介质损耗。介质损耗是指介质反复极化和介质导电所引起的损耗。电容器损耗的大小通常用损耗系数即损耗角的正切值tanδ来表示，即用tanδ来表示损耗功率与存储功率之比，它真实地表征了电容器的质量优劣。在容量、工作条件相同的情况下，损耗角越大，电容器传递能量的效率就越低，电容器在电路中工作时产生的热量，导致电容器性能变坏或失效，甚至使电解电容器爆裂。损耗角越大的电容器，不宜在高频电路中使用。

4.常用电容器的结构及特点

（1）纸介电容器（CZ型）

结构：它主要是用金属箔（如铅箔或锡箔）做电极，绝缘介质是用极薄的电容纸（如浸蜡的纸）和电极引线组成。在两块金属电极之间夹有一层绝缘的介质层，卷成圆柱形或者扁柱形芯子，然后密封在金属壳或者绝缘材料壳中，如图2-17所示。

特点：体积小、容量较大（容量可达1～20μF）。但是，固有电感和损耗比较大，工作温度一般在100℃以下，吸湿性大，需要密封，适用于低频电路。目前，低值纸介电容器正被薄膜电容器所取代。

（2）金属化纸介电容器（CJ型）

结构：金属化纸介电容器结构与纸介电容器基本相同，它是利用蒸发的方法使金属附着于纸上作为电极，卷制后封装而成，如图2-18所示。

特点：成本低、容量大、体积小。其最大的优点是具有自愈作用，即当工作电压过高，电容器被击穿后，由于金属膜很薄可蒸发，使电容器在脱离高压后能自愈，但其电容值不稳定，等效电感和损耗都较大，适用于稳定性要求不高的电路中。现在，金属化纸介电容器也已经很少见到。

（3）有机薄膜电容器

结构：与纸介电容器基本相同，区别在于介质材料不是电容纸，而是用聚苯乙烯（CB型）、聚四氟乙烯或涤纶（CL型）等有机薄膜。有机薄膜电容器（见图2-19）在这里只是一个统称，具体又有涤纶电容器、聚丙烯薄膜电容器等数种。

特点：这种电容器不论是体积、质量还是在电参数上，都要比纸介电容器或金属化纸介电容器优越得多。其优点是体积小，耐压高，损耗小，绝缘电阻大，稳定性好，但温度系数大，适用于作为旁路电容器。

（4）云母电容器（CY型）

结构：以云母作为介质用金属箔或在云母片（或用喷涂银层的云母片）层叠后在胶木粉中压铸而成，如图2-20所示。

特点：由于云母材料优良的电气性能和机械性能，使云母电容器的自身电感和漏电损耗都很小。具有耐压范围宽、可靠性高、性能稳定、容量精度高等优点，被广泛用在具有特殊要求（如高温、高频、脉冲、高稳定性）的电路中。

（5）瓷介电容器（CC型）

结构：常见的瓷介电容器有瓷片、瓷管、瓷介独石等类型，是在陶瓷薄片两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜作极板制成，如图2-21所示。

特点：由于所用陶瓷材料的介电性能不同，因而低压、小功率瓷介电容器有高频瓷介（CC型）电容器、低频瓷介（CT型）电容器之分。高频瓷介电容器的体积小、耐热性好、绝缘电阻大、损耗小、稳定性高，常用于要求低损耗和容量稳定的高频、脉冲、温度补偿电路，但其容量范围较窄，一般为1pF～0.1μF；低频瓷介电容器的绝缘电阻小、损耗大、稳定性差，但质量小、价格低廉、容量大，特别是独石电容器的容量可达2μF，甚至更高，一般用于对损耗和容量稳定性要求不高的低频电路，在普通电子产品中广泛用作旁路、耦合元器件。

（6）玻璃电容器（CI型）

结构：玻璃电容器是以玻璃为介质，目前常见的有玻璃独石电容器和玻璃釉独石电容器两种。玻璃独石电容器与云母电容器的生产工艺相似，即把玻璃釉粉压成薄膜与金属电极交替叠合后剪成小块，在高温下烧结成整体，如图2-22所示。

特点：玻璃电容器与云母电容器和瓷介电容器相比，其生产工艺简单，成本低廉，具有良好的防潮性和抗震性，能在200℃高温下长时期稳定工作，是一种高稳定性、耐高温的电容器。其稳定性介于云母电容器与瓷介电容器之间，一般体积只有云母电容器的几十分之一，所以在高密度的SMT（Surface Mount Technology，表面贴装技术）电路中广泛使用。

（7）电解电容器（CD、CA型）

结构：电解电容器有正（+）、负（-）极之分，以铝（CD型）、钽（CA型）、铌、钛等附着有氧化膜的金属极片为阳极（+极），阴极（-极）则是液体、半液体或胶状的电解液。一般在电容器的外壳上都有标记，若无标记时，则长引线为“+”端，短引线为负端“-”，如图2-23所示。

特点：铝电解电容器（CD型）应用最广，它容量大、体积小、耐压高（一般在500V以下）、价格低、常用于交流滤波；缺点是容量误差大且随频率而变动、绝缘电阻低。在要求较高的电路中常用钽、铌或钛电解电容器，它们的漏电流小、体积小、工作稳定性高、耐高温、寿命长，但成本高。钽电解电容器分为有极性和无极性的两种。

2.3.2　电容器的合理选用与简单测试方法

1.电容器的合理选用方法

（1）根据电路要求选用合适的类型。一般在低频耦合或旁路、电气特性要求较低时，可选用纸介电容器、涤纶电容器；在高频高压电路中，应选用云母电容器和瓷介电容器；在电源滤波和退耦电路中，可选用电解电容器。

（2）容量及精度的选择。在振荡电路、延时回路、音调控制等电路中，电容器容量应尽可能与计算值一致。在各种滤波器及网络中，电容器的容量要求精确，其误差值应小于±0.3％～±0.5％。在退耦电路、低频耦合等电路中对容量及精度要求都不太严格，选用时比要求值略大些即可，误差等级可选±5％、±10％、±20％、±30％等。

（3）耐压值的选择。选用电容器的额定电压应高于实际工作电压，并要留有足够的余地。一般选用耐压值为实际工作电压的1.5～2倍以上的电容器。不论选用何种电容器，都不得使其额定电压低于电路实际工作电压的峰值，否则电容器将会被击穿。因此，必须仔细分析电容器所加电压的性质。一般来说，电路的工作电压是按照电压的有效值读数的，往往会忽略电压的峰值可能超过电容器额定电压的情况。因此，在选择电容器额定电压时，必须留下有充分的余量。

但是，选用电容器的耐压也不是越高越好，耐压高的电容器体积大、价格高。不仅如此，由于电解电容器自身结构的特点，一般应使电路的实际电压相当于所选电容器额定电压的50％～70％，才能充分发挥电解电容器的作用。如果实际工作电压低于其额定电压的一半，让高耐压的电解电容器在低电压的电路中长期工作，反而容易使它的电容量逐渐减小、损耗增大，导致工作状态变差。

（4）优先选用绝缘电阻高、损耗小的电容器，注意电容器的条件与使用环境条件。在工作温度较高的环境中，电容器易于老化；在湿度较大的环境中应选择密封型电容器，以提高设备的抗潮湿性能；在寒冷地区必须选用耐寒的电容器，有极性的电解电容器，不宜在交流电路中使用，以免被击穿等。

2.电容器的代换

电容器损坏后，一般都要用相同规格的新电容器代换。若无合适的电容器，可采用代换法解决，代换的原则如下：

（1）在容量、耐压相同，体积不限时，瓷介电容器与纸介电容器可以相互代换。

（2）在体积不受限制时，对工作频率、绝缘电阻值要求较高，可用耐压相同和容量相同的云母电容器代换金属化纸介电容器。对工作频率、绝缘电阻值要求不高时，同耐压、同容量的金属化纸介电容器代换云母电容器。不考虑频率影响，同容量、同耐压金属化纸介电容器可代换玻璃釉电容器。

（3）无条件限制，同容量高耐压的电容器可代换耐压低的电容器，误差小的电容器可代换误差大的电容器。

（4）防潮性能要求不高时，同容量、同耐压非密封电容器可代换密封电容器。

（5）如果没有合适容量的电容器进行代换，可采用电容器的串联、并联来获得较合适的电容量。电容器串联后可提高耐压能力，但电容量要减小；电容器并联后，可提高电容量，但是耐压能力减小。例如：串联两只以上不同容量、不同耐压的大容量电容器可代换小容量电容器，串联后电容器的耐压要考虑到每个电容器上压降都要在其耐压允许的范围内。并联两只以上的不同耐压、不同容量的小容量电容器，可代换大容量的电容器，并联后的耐压以最小耐压电容器的耐压值为准。

3.电容器的简单检测方法

常用的电容器检测仪器有电容测试仪、交流电桥、Q表（谐振法）和万用表。下面介绍利用万用表的欧姆挡对电容器进行简单测试的方法。

（1）电解电容器的测试

因为电解电容器的容量比一般固定电容器大得多，在测量时应针对电解电容器的不同容量选用合适的量程。一般情况下1～47μF的电解电容器，可用R×1k挡测量，大于47μF的电解电容器可用R×100挡或R×10挡测量。

①测量电解电容器漏电电流。如图2-24（a）所示，将万用表置于R×1k挡或R×100挡，用万用表黑表笔接电解电容器的正极，红表笔接电解电容器的负极。此时，表针迅速向右摆动，然后慢慢向左回转，待表针停在某一位置。此时的阻值便是电解电容器的正向漏电阻。此值越大，说明漏电流越小，电解电容器的性能越好。然后，将红黑表笔对调进行测量，万用表指针将重复上述摆动现象，如图2-24（b）所示。但此时所测阻值为电解电容器的反向漏电阻，此阻值略小于其正向漏电阻，即反向漏电流要比正向漏电流大。电解电容器的漏电阻一般应在几百千欧，甚至更高，否则，电解电容器将不能正常工作。在测试中，若正向、反向均无充电的现象，即万用表指针不动，则说明电解电容器容量消失或内部断路；如果所测阻值很小或为零，说明电解电容器漏电流大或已击穿损坏，不能再使用。

②电解电容器正、负极性判断。有极性的电解电容器外壳上标有“+”“-”极性。未剪脚的电解电容器，引脚较长的一端为正极，引脚较短的一端为负极。对于正、负标志不明的电解电容器，可利用上述测量漏电阻的方法加以判别。即先任意测一下漏电阻，记住其大小，然后交换表笔再测出一个漏电阻值。两次测量中阻值大的那一次便是正向接法，黑表笔接的是正极，红表笔接的是负极。

（2）非电解电容器的测试

将万用表置于R×10k挡，用两表笔分别接电容器两引脚，测得电阻越大越好，一般在几百千欧至几千千欧，若测得电阻很小甚至为0，说明电容器已短路。大于5000pF以上的电容器表针会快速摆动一下，然后返回无穷大位置附近，表笔换接，摆动的幅度比第一次更大，而后又复原，说明该电容器是好的。电容器的容量越大，测量时万用表指针摆动幅度越大。

（3）可调电容器的检查

①检查转轴的机械性能。用手轻轻旋动转轴，应感觉十分平滑，无时松有时紧、卡滞等现象。将转轴向前、后、上、下、左、右等各方向推动时，转轴不应有松动现象。

②检查动片与定片间有无碰片或漏电现象。用万用表电阻挡检查动、定片之间是否碰片。用红、黑表笔分别接动片和定片引出端，同时将电容器轴柄来回旋转几下，若万用表指针不动，说明动、定片之间无短路（无碰片处）；若指针摆动，说明可调电容器动、定片之间有短路（有碰片）的地方。