电容器的基础知识及失效模式

电容器的基础知识的讲义

——孔 星

1.电容器的基本概念

a.电容：使导体每升高单位电位所需要的电量。

C=q/U（库仑/伏特）

b.单位（法拉 F）

1F=1库仑/1伏特=106μF=1012pF

1μF=103nF

c.电容器：由多个导电体组成的能够存储电荷的容器。

C AB=Q A/（U A- U B）

d.电容器的联接：

串联：1/Cs=1/C1+1/C2

并联：Cp=C1+C2

2.电容器的基本参数

2.1电容量 平板电容: C=εs/dε=ε0εr S=L*W

2.2损耗角正切D D=tgδ=P有/P 即通过电容器的总功率与在电容

器内的热功耗D=D（f×t）； P=P无+P有P有=VI

P无=t gδ=tgδS+tgδP

tgδS=ωCRS tgδp=1/ωCR P

R S：串联电阻 R P：并联电阻

2.3耐压Vt-t：穿介电场强度与电应力有关，V=V（f×t）

e g：弹性势能E=1/2kX² 弹性力：f=-ƏE/Əx=-1/2×k×2x

=-kx

2.4绝缘电阻RI（漏电流）：介质内部的本征漏电流及吸收电流；

本征漏电流：杂质决定

吸收电流：介质极化引起（例如偶极子⊕----Θ）运动

2.5过流能力（dv/dt） Ip=C dv/dt ；

I=Ir+Ip

Ir=2πfcu Ip=c*dv/dt

2.6耐温T ： 电容器的最高/最低使用温度（-40/105）；

2.7热稳定性（Δt-t）：电容器正常发热时温升达到稳定所需要的时间，（2h，48h ）；

热稳定时间越短(同体积)，说明热稳定性越好。

2.8自愈性（SH）：介质击穿后自我恢复能力（ΔC/C≤0.5%，自愈次数＜2次）；

a.ΔC/C≤0.5% u≤3.5un 自愈声 0.8un <2次

介质自愈性：碳沉积量：ppa 1 pp 45 PET 55

b. 电板自愈性：焦耳热(cm²) AL:1.6*10-²J

ZnAL:3.2*10-³

2.9 安全性

（1）阻燃性：（UL94V-0级）

（2）防爆 ：P0 P1 P2三级；

（3）灼热丝：带焰燃烧 t<30S(T=750℃,10S)

2.10 耐久性（寿命等级） 条件：电压1.25Un/1.4Un 温度 T=Tmax 连续工作

A级 10000h

B级 2000h

C级 600h

D级 200h

2.11 可靠性等级（λ：失效率10-λ）分为 五级 六级 七级 八级 九级。

(1) 失效率 • λ＝1/（元件数•小时） 1fit=1×10－9/h

• 平均无故障时间 MTBF (R(t)e-λt)=1/λ

(2) 失效率等级

•亚五级 Y 3*10-5

五级 W 1*10-5

六级 L

七级 Q

八级 B

九级 J

十级 S 1*10-10

• 民用级 军用级 宇航级

24 168h 240h

100h 1000h

2.12 热阻

(1) 电容器的发热点与环境的温度与电容器产生的功率耗损的比值:

Rδ=△T/ P有(稳定态)

（2）Rδ与P有关系

3.电容器的分类与特点：

3.1按介质分类

（1）金属化纸介质电容器，其代表型号有：CJ10、CJ41、

CJ48、CJ3、CJD、CJZ、CJMJ等。纸介电容器，其代表型

号有：CZ、CZM、CZK、CZC、CZY等。这类电容器的比

电容较高，体积较小，但损耗较大、绝缘电阻啼低。主要用于交流分量小于额定直流电压，以及可容许偶然出现低的绝缘电阻及瞬间击穿的直流或低频电路中。应用交流峰值不得超过额定直流电压的20％；直流电压与交流电压之和不得超过额定直流电压值。

（2）有机薄膜电容器，适用于高频范围的代表型号有：聚苯乙烯CB、CBM、CBF、CBJ-L、CBMJ及聚丙烯CBB、CBBS。

这类电容器，其特点是介质损耗小，绝缘电阻高、吸收系数低，温度稳定性好、频率特性稳定；适用于低电压及储能的涤纶电容CL及聚碳脂漆膜电容CQ；其特点是耐热性好、耐

压强度高、比电容大、高温性能好。而CBMJ适用于标准电

容器，其精度最高可达±0.05％。这种电容可用在宽的温度

范围内，要求有较高的绝缘电阻、低的介质吸收或低损耗的电路中，其外加电压的交流分量和直流电压之和不得超过额定直流电压值，交流峰值不得超过额定直流电压值的20％

（在60HZ）、15％（120HZ）、在1％（1000HZ）。

（3）陶瓷电容器，其代表型号有：1型陶瓷电容器（CC、CCG、CCW、CCWY、CCSD、CCTD、CCM等）主要用于高稳定

电路和温度补偿电路。它们的损耗角正切较低、介质系统变化小范围较宽。其中，独石瓷介电容器（CC4D）具有比电

容高、介质损耗低、绝缘电阻高及电容量稳定等特点。它们可有效地工作在高额、超高额或微波段，特别适合于谐振电路或其它要求低损耗和容量稳定的电路中，2型陶瓷电容器

CT具有很高的介电系数和较大的损耗角正切值，其容量和

和损耗角正切值的频率—温度特性都较差。主要用于体积

小、大电量的电路中。这些电容器可作为容许容量随温度而变化的高频电路的旁路、滤波及非磁键耦合元件。典型的应用有音频、射频的电阻—电容性耦合，射频、中频的射极旁路等。可以用于损耗系数不是关键的，即使由于温度、电压及频率变化而引起了中等变化，也不致于影响电路正常功能的电路。

（4）云母电容器，其代表型号有：CY、CYRX、CYS、CYM 等，其特点是介质损耗小、抗电强度高、频率及温度特性稳定、电容精度高等特性。可用于有高精度要求的电路、或高频滤波及旁路、耦合电路中；可在对与温度、频率及老化等