电容的模型和参数
★★★ cap-1---电容的模型参数 ★★★
引言：电容器是与电阻、线圈并存的三大被动元器件之一。不仅在电气或电子电路中会使用电容器，而且如果没有电容器电路就不会正常工作。这在智能手机和iot设备、服务器和网络、以及无线通信系统之类的尖端设备上也是一样的。此外，电容器的性能会对各种电子设备的性能产生影响，因而已成为非常重要的元器件。
€1.电容的结构原理
简而言之，电容器是能够储蓄电能，并可在必要的时候放电的元器件。可蓄积起来的电能（电荷）与电池相比较少，因而在放出电荷（放电）时只能在短时间内供给电流，但是可反复进行充电（电荷的蓄积）和放电。
这里列出电容器的结构示意 图1-1 。将绝缘体（电介质）平行地夹在金属板（电极）之间而构成的就是电容器。如果向该金属板（电极）间施加直流电压，就可将电荷蓄积起来。这就是电容器的蓄电原理。被蓄积起来的电荷量叫做静电电容，静电电容c是由绝缘体的介电常数ε、电极的表面积s、绝缘体的厚度d来决定的。
图1-1：电容结构图
其中：
c：静电电容
ε：绝缘体的介电常数
s：电极表面积
d：绝缘体的厚度
可通过增大绝缘体的介电常数ε，增大电极的表面积s，减薄绝缘体的厚度d 来增大静电电容c。
€2.电容的等效模型
理想的电容器只含有静电电容成分，但是实际的电容器则含有电阻成分和电感成分。这些寄生成分对电容器的性能产生较大的影响。电容器的简易等效电路如图1-2所示。实际的电容器的等效电路中包含有esr（等效串联电阻）、esl（等效串联电感）。此外，理想的电容器的电极间是绝缘的，但是实际上会存在若干的漏电流。
图1-2：电容理想模型和寄生模型
表1-1对这些成分进行了归纳：
表1-1：寄生参数说明
€3.电容的参数
本小节以最为常用的陶瓷电容为例，其余品类电容会有额外章节
静电容量：
静电容量是表示电容器的蓄电能力的物理单位，以f(法拉)为单位表示。在陶瓷电容器使用的范畴里内，f单位已经过大，因此常使用µf(微法、法拉的100万分之一)、pf(皮法、法拉的1兆分之1)单位。根据使用的地方、状况的不同，基准也不同，但陶瓷电容器在1µf以上时就称为大容量，低于1000pf时称为小容量。（静电容量c的测量举例：在测量温度25℃，测量频率1.0+/-0.1khz，测量电压0.5+/-0.1vrms时测得，注：不同封装不同耐压的电容测量方式有差异，具体查看其手册描述）
温度特性（材质特性）：
npo：
npo使用超稳定级的介质材料，具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器，电容量和介质损耗最稳定的电容器之一，在温度从-55℃到+125℃时容量变化为0±30ppm/℃，电容量随频率的变化小于±0.3δc。npo电容的漂移或滞后小于±0.05%，npo电容器适合用于振荡器、谐振器的槽路电容，以及高频电路中的耦合电容。
c0g：
c0g使用超稳定级的介质材料，c0g电容器对温度不敏感，因此c0g电容是一种很常用的温度补偿电容器。其内部填充介质为多种稀有氧化物对温度不那么敏感，有一定的稳定性。这种贴片电容在-55摄氏度和+125摄氏度之间基本相当于没有变化。因此得到了广泛的应用。
x7r：
温度稳定型的陶瓷电容器。当温度在-55℃到+125℃时其容量变化为15%，需要注意的是此时电容器容量变化是非线性的。x7r电容器的容量在不同的电压和频率条件下是不同的，它也随时间的变化而变化，大约每10年变化1%δc，表现为10年变化了约5%。x7r电容器主要应用于要求不高的工业应用，而且当电压变化时其容量变化是可以接受的条件下。它的主要特点是在相同的体积下电容量可以做的比较大。
z5u：
z5u电容器称为”通用”陶瓷单片电容器。这里首先需要考虑的是使用温度范围，对于z5u电容器主要的是它的小尺寸和低成本。对于上述三种陶瓷单片电容来说，在相同的体积下z5u电容器有最大的电容量。但它的电容量受环境和工作条件影响较大，它的老化率最大可达每10年下降5%。 尽管它的容量不稳定，由于它具有小体积、等效串联电感（esl）和等效串联电阻（esr）低、良好的频率响应，使其具有广泛的应用范围，尤其是在退耦电路的应用中。
y5v：
y5v电容器是一种有一定温度限制的通用电容器，在-30℃到85℃范围内其容量变化可达+22%到-82%。y5v的高介电常数允许在较小的物理尺寸下制造出高达4.7μf电容器。
小结：所以最常用的是x7r，x5r和c0g，z5u和y5v现已不多见，容值越小的都是采用c0g或者npo，比如晶振的匹配电容，射频用电容等等。其他类型x7s，x8t等等，和x7系列都相近，这里不再赘述。温度优异性：npo＞c0g＞x8＞x7＞x5＞z5u＞y5v。
额定电压：
电容器的额定电压是指工作在最低与最高环境温度时，可以承受连续加上的最高直流电压及最高交流电压的有效值，每个电容器标注的绝缘耐压都留有余地，一般比额定电压高1.5-2倍。因为电容值具有压降效应，比如额定电压值为10v的电容，使用在10v电压下，其容值会有衰减，可以将其使用在5v电压下，推荐工作电压为额定电压的二分之一。
€4.电容的特性
自谐振，电容具有自谐振频率（srf）的现象非常常见，因为从上述模型（ 图1-2 ）可以看到电容模型近似于一个串联rlc（ir很大不起什么作用忽略），对于串联rlc，一个重要的特性是阻抗。简单地说，阻抗即为交流电路中的电压与电流之比，相当于直流电路中的电阻。符号使用z，单位与电阻相同，使用ω。电容器的阻抗(z)由下面的计算过程导出：
esl部分会产生感抗：
静电电容会产生容抗：
感抗和容抗相加：
整理上式变为下式：
感容抗加上寄生电阻合并为阻抗z：
代入频率参数为：
阻抗绝对值如下：
其中：
z：阻抗（ω）
r：电阻成分esr（ω）
j：虚数
ω：ω=2πf
f：频率（hz）
l：电感成分esl（h）
c：静电电容（f）
根据此式，可推出以下信息：
在频率低的区域，阻抗几乎是由静电电容(c)来决定的。谐振频率（2πfl = 1／(2πfc）)下，阻抗是由esr来决定，在自谐振频率处，电路是纯阻性的，esr成为阻抗的最小值*。*在频率高的区域，阻抗几乎是由esl来决定，如果用图形来表示这种情况，则如图1-3所示。
图1-3：电容器的阻抗特性图
如图1-3所示，静电电容c越大，越在低频区为低阻抗，esl越小，越在高频区域为低阻抗。电容器的阻抗z，在谐振频率之前呈容性下降，而在谐振频率srf处，c和esl的影响为零，只受esr的影响，过了这一点则为电感性（esl），并与频率一起增加。在将电容器用于其主要用途即噪声吸收(去耦)中时，噪声吸收效果是由阻抗来决定的，因而需要按照以下的要点来选定电容器：
噪声的频率与电容器的谐振频率接近。esr小。高频噪声时，esl小。
荣耀V20背面设计曝光采用了全新的魅眼全视屏屏占比相比以往更高
PLC输入模块与主令电器电器类设备的连接
基于ADC的PDN 部署和布局布线
华为“GPU Turbo”大杀技加持，AI、速度双领先开启全新速度时代！
Gartner发布2020年第二季度全球智能手机销售情况
电容的模型和参数
光纤收发器ab端哪个是接收 光纤收发器AB能调换吗
半导体争霸 三星难敌英特尔
逆变器五大品牌排行榜
升压电路原理分析
神州轮胎公司已具备自主研发大型民用客机轮胎的技术能力
一种新的原子力显微镜测量微小电流
关于使用简易锁存电路保护电源的分析和介绍
区块链技术是什么_分析其工作原理和特点以及哪些应用
山西省“新能源＋电动汽车”协同互动智慧能源试点正式启动
如何在树莓派上使用DS18B20来获取温度读数
PCB特性阻抗控制精度化的设计
车身控制模块(BCM)的失效保护
工业互联网热背后：为何中小企业态度积极却不买单？
TI推THS770012具10dB-13dB可选增益的全差动ADC驱动器放大器
引言：电容器是与电阻、线圈并存的三大被动元器件之一。不仅在电气或电子电路中会使用电容器，而且如果没有电容器电路就不会正常工作。这在智能手机和iot设备、服务器和网络、以及无线通信系统之类的尖端设备上也是一样的。此外，电容器的性能会对各种电子设备的性能产生影响，因而已成为非常重要的元器件。
€1.电容的结构原理
简而言之，电容器是能够储蓄电能，并可在必要的时候放电的元器件。可蓄积起来的电能（电荷）与电池相比较少，因而在放出电荷（放电）时只能在短时间内供给电流，但是可反复进行充电（电荷的蓄积）和放电。
这里列出电容器的结构示意 图1-1 。将绝缘体（电介质）平行地夹在金属板（电极）之间而构成的就是电容器。如果向该金属板（电极）间施加直流电压，就可将电荷蓄积起来。这就是电容器的蓄电原理。被蓄积起来的电荷量叫做静电电容，静电电容c是由绝缘体的介电常数ε、电极的表面积s、绝缘体的厚度d来决定的。
图1-1：电容结构图
其中：
c：静电电容
ε：绝缘体的介电常数
s：电极表面积
d：绝缘体的厚度
可通过增大绝缘体的介电常数ε，增大电极的表面积s，减薄绝缘体的厚度d 来增大静电电容c。
€2.电容的等效模型
理想的电容器只含有静电电容成分，但是实际的电容器则含有电阻成分和电感成分。这些寄生成分对电容器的性能产生较大的影响。电容器的简易等效电路如图1-2所示。实际的电容器的等效电路中包含有esr（等效串联电阻）、esl（等效串联电感）。此外，理想的电容器的电极间是绝缘的，但是实际上会存在若干的漏电流。
图1-2：电容理想模型和寄生模型
表1-1对这些成分进行了归纳：
表1-1：寄生参数说明
€3.电容的参数
本小节以最为常用的陶瓷电容为例，其余品类电容会有额外章节
静电容量：
静电容量是表示电容器的蓄电能力的物理单位，以f(法拉)为单位表示。在陶瓷电容器使用的范畴里内，f单位已经过大，因此常使用µf(微法、法拉的100万分之一)、pf(皮法、法拉的1兆分之1)单位。根据使用的地方、状况的不同，基准也不同，但陶瓷电容器在1µf以上时就称为大容量，低于1000pf时称为小容量。（静电容量c的测量举例：在测量温度25℃，测量频率1.0+/-0.1khz，测量电压0.5+/-0.1vrms时测得，注：不同封装不同耐压的电容测量方式有差异，具体查看其手册描述）
温度特性（材质特性）：
npo：
npo使用超稳定级的介质材料，具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器，电容量和介质损耗最稳定的电容器之一，在温度从-55℃到+125℃时容量变化为0±30ppm/℃，电容量随频率的变化小于±0.3δc。npo电容的漂移或滞后小于±0.05%，npo电容器适合用于振荡器、谐振器的槽路电容，以及高频电路中的耦合电容。
c0g：
c0g使用超稳定级的介质材料，c0g电容器对温度不敏感，因此c0g电容是一种很常用的温度补偿电容器。其内部填充介质为多种稀有氧化物对温度不那么敏感，有一定的稳定性。这种贴片电容在-55摄氏度和+125摄氏度之间基本相当于没有变化。因此得到了广泛的应用。
x7r：
温度稳定型的陶瓷电容器。当温度在-55℃到+125℃时其容量变化为15%，需要注意的是此时电容器容量变化是非线性的。x7r电容器的容量在不同的电压和频率条件下是不同的，它也随时间的变化而变化，大约每10年变化1%δc，表现为10年变化了约5%。x7r电容器主要应用于要求不高的工业应用，而且当电压变化时其容量变化是可以接受的条件下。它的主要特点是在相同的体积下电容量可以做的比较大。
z5u：
z5u电容器称为”通用”陶瓷单片电容器。这里首先需要考虑的是使用温度范围，对于z5u电容器主要的是它的小尺寸和低成本。对于上述三种陶瓷单片电容来说，在相同的体积下z5u电容器有最大的电容量。但它的电容量受环境和工作条件影响较大，它的老化率最大可达每10年下降5%。 尽管它的容量不稳定，由于它具有小体积、等效串联电感（esl）和等效串联电阻（esr）低、良好的频率响应，使其具有广泛的应用范围，尤其是在退耦电路的应用中。
y5v：
y5v电容器是一种有一定温度限制的通用电容器，在-30℃到85℃范围内其容量变化可达+22%到-82%。y5v的高介电常数允许在较小的物理尺寸下制造出高达4.7μf电容器。
小结：所以最常用的是x7r，x5r和c0g，z5u和y5v现已不多见，容值越小的都是采用c0g或者npo，比如晶振的匹配电容，射频用电容等等。其他类型x7s，x8t等等，和x7系列都相近，这里不再赘述。温度优异性：npo＞c0g＞x8＞x7＞x5＞z5u＞y5v。
额定电压：
电容器的额定电压是指工作在最低与最高环境温度时，可以承受连续加上的最高直流电压及最高交流电压的有效值，每个电容器标注的绝缘耐压都留有余地，一般比额定电压高1.5-2倍。因为电容值具有压降效应，比如额定电压值为10v的电容，使用在10v电压下，其容值会有衰减，可以将其使用在5v电压下，推荐工作电压为额定电压的二分之一。
€4.电容的特性
自谐振，电容具有自谐振频率（srf）的现象非常常见，因为从上述模型（ 图1-2 ）可以看到电容模型近似于一个串联rlc（ir很大不起什么作用忽略），对于串联rlc，一个重要的特性是阻抗。简单地说，阻抗即为交流电路中的电压与电流之比，相当于直流电路中的电阻。符号使用z，单位与电阻相同，使用ω。电容器的阻抗(z)由下面的计算过程导出：
esl部分会产生感抗：
静电电容会产生容抗：
感抗和容抗相加：
整理上式变为下式：
感容抗加上寄生电阻合并为阻抗z：
代入频率参数为：
阻抗绝对值如下：
其中：
z：阻抗（ω）
r：电阻成分esr（ω）
j：虚数
ω：ω=2πf
f：频率（hz）
l：电感成分esl（h）
c：静电电容（f）
根据此式，可推出以下信息：
在频率低的区域，阻抗几乎是由静电电容(c)来决定的。谐振频率（2πfl = 1／(2πfc）)下，阻抗是由esr来决定，在自谐振频率处，电路是纯阻性的，esr成为阻抗的最小值*。*在频率高的区域，阻抗几乎是由esl来决定，如果用图形来表示这种情况，则如图1-3所示。
图1-3：电容器的阻抗特性图
如图1-3所示，静电电容c越大，越在低频区为低阻抗，esl越小，越在高频区域为低阻抗。电容器的阻抗z，在谐振频率之前呈容性下降，而在谐振频率srf处，c和esl的影响为零，只受esr的影响，过了这一点则为电感性（esl），并与频率一起增加。在将电容器用于其主要用途即噪声吸收(去耦)中时，噪声吸收效果是由阻抗来决定的，因而需要按照以下的要点来选定电容器：
噪声的频率与电容器的谐振频率接近。esr小。高频噪声时，esl小。
荣耀V20背面设计曝光采用了全新的魅眼全视屏屏占比相比以往更高
PLC输入模块与主令电器电器类设备的连接
基于ADC的PDN 部署和布局布线
华为“GPU Turbo”大杀技加持，AI、速度双领先开启全新速度时代！
Gartner发布2020年第二季度全球智能手机销售情况
电容的模型和参数
光纤收发器ab端哪个是接收 光纤收发器AB能调换吗
半导体争霸 三星难敌英特尔
逆变器五大品牌排行榜
升压电路原理分析
神州轮胎公司已具备自主研发大型民用客机轮胎的技术能力
一种新的原子力显微镜测量微小电流
关于使用简易锁存电路保护电源的分析和介绍
区块链技术是什么_分析其工作原理和特点以及哪些应用
山西省“新能源＋电动汽车”协同互动智慧能源试点正式启动
如何在树莓派上使用DS18B20来获取温度读数
PCB特性阻抗控制精度化的设计
车身控制模块(BCM)的失效保护
工业互联网热背后：为何中小企业态度积极却不买单？
TI推THS770012具10dB-13dB可选增益的全差动ADC驱动器放大器