电容器的基础知识及失效模式.doc

1、1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=10 6F=10 12pF 1F=10 3nF c.电容器：由多个导电体组成的能够存储电荷的容器。CAB=QA/（UA- UB）d.电容器的联接：串联：1/Cs=1/C1+1/C2 C1 C2并联：Cp=C1+C2 C2C12.电容器的基本参数2.1 电容量 平板电容: C=s/d =0r S=L*W22.2 损耗角正切 D D=tg=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（ft） ； P=P 无 +P 有 P

2、 有= VI P 无 =tg=tgS+tgPtgS=CRS tg p=1/CR PRS：串联电阻 RP：并联电阻2.3 耐压 Vt-t：穿介电场强度与电应力有关，V=V（ft） e g：弹性势能 E=1/2kX 弹性力：f=- E/x=-1/2k2x=-kx2.4 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-）运动2.5 过流能力（dv/dt） Ip=C dv/dt ；I=Ir+Ip Ir=2fcu Ip=c*dv/dt2.6 耐温 T ： 电容器的最高/最低使用温度（-40/105） ；2.7 热稳定性（t-t）：电容器正

3、常发热时温升达到稳定所需要的时间，（2h，48h ） ；3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（C/C0.5%，自愈次数2 次） ；a.C/C0.5% u3.5un 自愈声 0.8un 2 次介质自愈性：碳沉积量：ppa 1 pp 45 PET 55b. 电板自愈性：焦耳热(cm) AL:1.6*10-JZnAL:3.2*10-2.9 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 t30S(T=750,10S)2.10 耐久性（寿命等级） 条件：电压 1.25Un/1.4Un 温度

4、T=Tmax 连续工作 A 级 10000h B 级 2000h C 级 600h D 级 200h2.11 可靠性等级（：失效率 10- ）分为 五级 六级 七级 八级 九级。(1) 失效率 1/（元件数小时） 1fit=1109 /h 平均无故障时间 MTBF (R(t)e-t)=1/(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 J4十级 S 1*10-10 民用级 军用级 宇航级24 168h 240h100h 1000h2.12 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:R=T/ P 有 (稳定态 )（2）R

5、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 C

6、BB、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 、

7、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5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

8、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、频率及老化等有关的阻抗容限要求很严格的电路上使用；可作为调谐电路的垫整电容器、二次电容标准使用。云母电容器的工作频率可达 500 兆赫，可用于甚高频的耦合、旁路及调谐电路中。一般，在提高工作温度和工作频率时，要降低电容器的工作电压。如有适当的防高温及防潮措施，电容器可具有高可靠性。否则，受高温、高湿及直流

9、电压应力的长期作用，电容器被银云母片上的银离子迁移过程加剧，将导致电容量、绝缘电阻和工作电场强度降低。元件的失效取决于其应用条件。在常温下，电容器的寿命与直源工作电压的 8 次幂成反比；在恒定直流电压条件下，温度每提高 10 度，电容器的寿命约降低 50。（5）玻璃电容器。其代表型号有：CI、CII 等，这类电容器用在需要考虑不同的温度系数和介质损耗的电路中，可代替云母电容器。在苛刻的工作环境条件下很稳定、寿命长。能耐受高的加速应力。但却易受中等程度机械冲击的破坏。因此，应小心操作。它们比云母电容器更能耐受高的速度应力，而且电容量范围较宽。在高温、高湿及直流电压应力的长期作用下，可能产生银离子

10、迁移，导致工作电压降低，甚至还能产生电极短路的危险。（6）铝电解电容器，其代表型号有CD、CDZ、CDA、CDM、CDW、CDS 、CDJ、CDDS、CDXW、CDL-T、CDX 等，其优点是体积小、容量大、价格便宜。台用于滤波、耦合及旁通电路。在这些场合，只要求大的容量值、而允许容量可以大大超过电容器的标准值。对于有极性的电容器，所加的交流峰值和直流电压之和不得超过电容器的额定直流工作电压值。长期不用的铝电解电容器，由于铝氧化膜可能受侵蚀，漏电流变大，瞬时加额定直流工作电压，将使用电容器内部产生大量气体，以致将外壳顶开。因此，对长期不用的电容器应逐步加大电压，进行老练，高压电容器尤应注意。一

11、般库存二年以上的铝电解容器不要装机。（7）因体钽、铌电解电容器，其代表型号有：CCTF、 CCTJ、CCDD、CCM、CCX 、CA9、CA41、CA43 、CA70、CAP、CAK、CA 、CN（铌）等，这类电容器是现有电解电容器中性能最稳定、最可靠、寿命最长、储存性能最好的电容器。对温度不敏感。其缺点是，漏电流大、电压范围较小（6-120）伏。在正 25 度，额定直流电压条件下，最大允许反向电流为 1。这类电容器可在需要对低频或脉动电流分量进行旁路、滤波的电路中及耦合、反馈电路中使用；在需要大容量、小体积并能耐受较强的冲击、震动应力是电路上应用。可用于滤波、旁路、耦合、隔直流、储能及其它低

12、压直流电路上，有极性电容器在使用时，需要注意直流电压的极性。同时最大允许的反向电压不大于1 伏。6无极性烧结钽固体电容器可用于工作电压 6.3-63 伏的自动控制系统的校正网络中，作为积分、滤波和耦合电容；或用于直流电压极性出现反向的电路中，如调谐电路、低频电路、交流马达电路及计算机电路等。（8）液态钽电解电容器，其代表型号有：CAI、CA30、CA51S、CA34A 、CA341、CA342 等，这类电容器为有极性电容器，其比电容最大，漏电流小，主要用于需要大电容量，而允许容量偏差大的电路上，用作低频脉动直流分量的旁路或滤波。当用于电子管及晶体管电路作低频耦合使用时，要允许有漏电流。液态钽电

13、解电容器没有耐反向电压的能力，故仅用于直流电路中，并应特别注意极性。其密封性差，在低气压下工作，容易发生漏液现象，引起性能蜕变，导致失效。这种电容内部电解液呈酸性，对外壳有腐蚀作用，严重漏液会造成失效。如有交流分量，峰值交流电压与所加直流电压之和不能超过额定的直流电压值。同时峰值交流电压不得超过所加的直流电压。(9)穿心电容器，用于射频抗干扰滤波器。把流经机壳或设备某点的低频电流或射频电流（它可能引起干扰）通过尽可能短的通路接地。典型的应用有：旋转式装置；点火装置；机电调压器、震动器、开关；电子装置（发射机、雷达调制器、闸流管等）及设备交流滤波。（10）陶瓷微调电容器，在需要定期进行清密调节的

14、电路上使用，常在射频、中频、振荡、相位调整及鉴频使用。电容量及其调整分量是线性的，电容量随温度的变化是非线性的，在容量范围内，对温度的敏感性也非线的。不能把这种电容用于温度补偿。这种小型微调电容器，在冲击、振动环境下相当稳定。若需要更高的稳定宽，则应使用空气微调电容器。（11）空气微调电容器，应用情况与“陶瓷微调电容器”相同，但这种是容器的温度稳定性更稳定。3.2 按形状分类：分片式、卷绕式等。4.电容器的认证制度（1）UL 认证（UL810 、UL1414）（2）VDE 认证（IEC831、IEC384、IEC252 ）（3）CQC 认证（ GB12474、GB3667 ）5.电容器的失效模式自愈性 电弱点清洗不干净 C（1）电击穿 永久性 耐压不够 C （2）热击穿 芯子过热 电极氧化引出端过热 端面焊接汤伤端面接触不好端面氧化开路 端面接触不好端面氧化（3）容量下降 电极氧化（耐久性） 7低压自愈点多 介质材料不纯抗爆强度不够 （t100ms）（4）爆炸着火 选型不当 （P 0 P1 P0）防爆装置失灵 材料防火等级不够 （UL94V0）6薄膜电容器生产流程