硬件基础知识-电容（一）

电容在电路中作用，

工作状态：根据能量流动方向可分为充电和放电两种工作模式

1）作为能量源

• 放电特性：当电容作为电源时，处于放电状态，为后级电路提供能量
• 应用场景：这种工作模式常见于需要瞬时大电流的电路设计中

2）作为储能元件

• 充电特性：当系统能量过剩时，电容可储存电能，此时处于充电状态
• 能量转换：充电过程实质是将电能转换为电场能储存的过程

   2.1 电容的储能原理

• 电场作用：电容通过正负电荷在电场中相互吸引来储存电能
• 介质特性：绝缘介质使电荷能够被储存而不会流失
• 存储机制：正电荷聚集在一端，负电荷在另一端，通过电场力相互吸引
• 

3.电压稳定：在电路设计中保持电压稳定是基本需求

电容的两端电压 相对电压不能突变稳压

• 源与负载距离：当电源与负载相隔较远时（如大电路板），电压容易不稳定
• 解决方案：增加电容可以起到稳定作用，类似于在水流系统中建造水坝

4.电容的漏电流与纯电容特性

• 漏电流：任何电容材质都存在一定漏电流，这是实际电容与理想电容的区别
• 纯电容特性：理想电容是纯粹的储能元件，没有能量损耗

5）电容的容抗与阻抗

• 容抗概念：电容对交流电的阻碍作用称为容抗，与频率成反比
• 阻抗特性：实际电容除了容抗外，还存在等效串联电阻(ESR)等参数
• 设计考量：需要综合考虑容抗、ESR等参数进行电路设计

6.电容的封装

• 工艺区分：
  • 贴片式：直接焊接在PCB表面（如贴片瓷片电容）
  • 插件式：通过引脚插入PCB通孔（如插件电解电容）
• 主要类型：
  • 瓷片电容：分贴片和插件两种形式
  • 电解电容：包括插件电解电容和贴片电解电容
  • 钽电容：同样具有贴片和插件两种封装
  • CBB电容：聚丙烯薄膜电容
  • 安规电容：包含X电容、Y电容和穿心电容三类
• 安规电容特性：
  • 功能影响：对电路基础功能无直接影响，但移除会影响EMC性能
  • EMC作用：专门用于解决电磁兼容问题，包含干扰抑制和抗干扰两方面
  • 具体类型：
    • X电容：跨接在L-N线之间
    • Y电容：连接在L/G或N/G之间
    • 穿心电容：高频滤波应用

6.1各电容的封装

6.1.1CBB电容特性与用途

• 材质特性：
  • 正式名称：聚苯烯电容（金属化聚丙烯膜电容器）
  • 容量范围：皮法级(pF)到纳法级(nF)
• 应用特点：
  • 体积劣势：相比瓷片电容体积较大
  • 传统应用：过去插件电路常用，现逐步被贴片电容替代
  • 特殊领域：仪器仪表等对性能要求高的场合仍广泛使用

• 6.1.2钽电容特性与注意事项

• 

• 外观特征：
  • 极性标识：表面有竖线标记为正极

• 极性标识：带色标/丝印端为正极（与电解电容相反）
• 应用局限：
  • 耐压值较低（常见≤50V）
  • 价格昂贵（约为电解电容5-10倍）
  • 容量受限（难做大容量）

用的少 容量小

钽电容优点

缺点

6.1.3 X电容

• 安规要求：
  • 必备认证：必须具有VDE、UL等安规认证
  • 编号要求：认证编号需清晰可见
• 电路功能：
  • 专业名称：差分电容
  • 滤波对象：专门用于滤除电路中的差分信号
  • 安装位置：通常应用于电源输入端
• 主要功能：用于滤除差分信号两根信号之间的干扰源。
• 工作原理：将电容接在两个信号线之间，干扰信号会通过电容被短路掉。
• 典型应用：当两个信号线之间出现本不该存在的电流流动时，通过X电容提供低阻抗通路。
• 

• 工作过程：
  • 假设a点存在差分干扰
  • 经过X电容后，到b点时干扰被滤除
  • 干扰信号通过电容形成回路，不会影响后续电路

• 实际效果：在信号传输路径中插入X电容，可以有效阻断差分干扰的传播。电压等级很关键，常见有250V、275V等规格

6.1.4电解电容

• 泄压结构：顶部刻有十字形/三角形/心形凹槽，作为定向泄压通道
• 安全机制：超压时电解液从凹槽处定向喷出，避免壳体爆裂伤人
• 品质鉴别：优质电容必有泄压槽，平面顶部多为劣质产品

体积特性：体积较大，但容量也特别大，适合大电流场合。

• 结构特点：
  • 引脚较粗，能承受较大电流
  • 电流越大，需要的引脚越粗

• 容量优势：可达47μF等大容量（对比瓷片电容通常≤1μF）
• 耐压特点：电压可做较高（如200V），但需注意：
  • 反接会立即爆炸
  • 超压使用（如63V电容接100V）会在1天内爆裂

• 防潮设计：引脚间设有凸起凹槽，引导湿气排出
• 防爬电措施：避免高压下引脚间产生电离黑痕
• PCB配合：若无底部凹槽，需在PCB对应位置开槽
• 白色的方向为负

贴片铝电解电容

6.1.4.1贴片铝电解电容和插件铝电解电容的缺点特性;

• 6.1.5Y电容

• 

• 功能定位：在电路中属于"可有可无"元件，从功能角度非必需，但从性能角度需要
• 核心功能：主要用于滤除信号线对大地（Earth）的干扰
• 干扰类型：处理的是共模干扰信号

• 干扰路径：信号线1和信号线2各自对大地产生的干扰
• 典型表现：
  • A点：含有共模干扰（信号对大地干扰）
  • B点：通过Y电容滤除后无共模干扰
• 物理连接：
  • 信号线1通过电容接地
  • 信号线2通过电容接地
  • 接地端为地球大地（Earth）而非电源地（GND

• 6.1.5.1 阻值读取

• 
• 标称值解读：222代表22×10^2pF即2200pF（2.2nF），472代表47×10^2pF即4700pF（4.7nF）
• 取值限制：Y电容值不能过大，否则会产生漏电流导致安规测试不通过
• 常见规格：实际应用中多为pF级别，常用222、472等规格

6.1.6 瓷片电容

又称独石电容，与贴片瓷介电容结构相似

小容量滤波（μF级别以下），但实际还有其他多种电路功能

7电容的常见厂家

• 地域分布：
  • 国外厂商：技术领先但价格较高
  • 国内厂商：性价比优势明显
• 选型建议：
  • 安规应用优先考虑国际品牌
  • 常规电路可选用国产优质品牌
• 价格因素：
  • 封装形式直接影响成本（贴片通常比插件贵）
  • 特殊类型（如钽电容）价格显著高于普通电解电容
• 极性区分：
  • 有极性电容：电解电容、钽电容等，需注意正负极连接
  • 无极性电容：瓷片电容、CBB电容等，安装方向不限
• 应用注意：
  • 极性接反会导致电容损坏
  • 高频电路优先选用无极性电容

8. 电容的应用

• 主要认证标准：
  • 欧洲：CE认证（最常见）
  • 美国：UL认证（主流标准）
  • 中国：3C认证（强制性认证）
  • 日本：PSE认证（街头认证）

总结一：

知识点	核心内容	易混淆点/注意事项	应用场景
电容的基本作用	在电路中作为“源”提供能量，具有充电（储存能量）和放电（释放能量）两种状态	区分充电（外部对电容供能）与放电（电容对后级电路供能）	电源滤波、能量缓冲
电容的电压特性	电容两端电压不能突变，具有稳定电压的作用	电压稳定性与电容容量的关系	稳压电路、瞬态保护
电容的储能原理	通过电场储存电能（正负电荷在介质两侧聚集）	介质绝缘性与漏电流的平衡	高频电路、能量回收
电容分类与用途	瓷片电容（小容量）、电解电容（大容量）、钽电容（有极性）、X/Y电容（安规/EMC）	钽电容极性接反会爆炸；X电容滤差分干扰，Y电容滤共模干扰	电源设计、EMC整改
安规电容（X/Y）	X电容接信号线间滤差分干扰，Y电容接信号-大地滤共模干扰	功能上非必需，但影响EMC性能	电器认证（CE/UL/3C）
电容的类比模型	用水库比喻电容：蓄水（充电）调节水流波动（稳压）	水库容量对应电容容量，水流波动对应电压纹波	直观理解电容的稳压原理
电容的工艺类型	贴片（体积小） vs 插件（电流承载强）	高频特性与寄生参数差异	PCB布局、高频电路设计
国际认证标准	欧洲CE、美国UL、中国3C、日本PSE	认证电容需标注认证编号	出口电子产品设计