无源滤波元器件-电容知识介绍

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1、无源滤波元器件－电容的介绍和深入认识无源滤波元器件－电容的介绍和深入认识无源滤波元器件－电容的介绍和深入认识关键词：钽电容、铝电容、陶瓷电容、滤波、ESR、ESL、可靠性摘要：无源滤波元器件中，电容是一个很重要的基本元器件，但应用中由于对电容的认识不深，存在一些不正确的使用而造成问题。本文主要针对我司常用的三类电容（铝电容、钽电容和陶瓷电容），从电容结构、制造工艺入手，结合滤波模型关注的参数性能进行深入的剖析，最后引出如何正确可靠应用电容。结构上采取每类电容一大章，每一章三小节分析：第一小节简单介绍电容的结构和生产加工工艺流程；第二小节为电容主要性能参数的变化特点，涉及到如何应用等

2、方面；第三小节介绍电容使用中的物理可靠性问题需要关注的地方。同时附录还对三类电容在参数、特性及应用上做了深入的比较。缩略语清单：缩略语英文全名中文解释SSNSimultaneousSwitchingNoise同步开关噪声MLCCMultipleLayerCeramicCapacitor叠层陶瓷片状电容DFDissipationFactor损耗因子ESREquivalentSeriesResistor等效串联电阻第46页,共46页无源滤波元器件－电容的介绍和深入认识前言：对于器件自身产生的SSN噪声（同步开关噪声），主要是利用电容的对交流信号呈现低阻的特性来”滤除”的（噪声是不能被滤

3、除掉的，只是被低阻导至地平面，使电源和地平面处于同一电位），即根据目标阻抗的概念，通过在电源两端并联各种规格的电容，从而实现在器件端往电源两端看，电源内阻在要求频段范围内低于目标阻抗[32]；而要滤除电源自身（如开关电源噪声）或外界耦合过来的噪声，单纯的电容低阻滤波并不能很好的达到目的（因为单纯的并联电容只是一个简单的单极点滤波器）[18]，这时就要考虑其他手段，如串上电感或磁珠等对噪音呈现阻挡特性的器件，如PI滤波、EMI滤波电路，或使用有源滤波电路（如运放或后级线性电压调整器电路）等。不管采用什么样的实现手段，电容作为一个基本元素，只有对它的阻抗频率特性有深入的了解认识，才是设

4、计好电源滤波电路的第一步。限于篇幅，本文介绍的电容主要基于目前公司已有编码、单板电源电路应用较多的器件：电解电容（插装液态铝箔电解电容/贴片固体钽电解电容）、陶瓷电容（MLCC）。对于其他电容如薄膜电容或其它结构的电容，如插装钽电解电容等，则不作介绍，在描述上，为了方便起见，除非特别指明，铝电容指我司的通用插装铝箔电解电容；钽电容指常规贴片固体钽电解电容；陶瓷电容指叠层陶瓷片状电容(MLCC)。1铝电解电容除了少数的固体铝电解电容外，通常所说的铝电容是在高纯铝箔经过电化学扩面刻蚀和阳极氧化形成电介质绝缘层后制成的液体电解质电容器，其绝缘介质厚度为几百埃到几千埃（埃-m），是目前大量

5、应用电容中容量和工作电压做得最高的极性电容器。一般认为铝电容的可靠性不高第46页,共46页无源滤波元器件－电容的介绍和深入认识，如低温性能不好、ESR较大、不适合于中高频场合、容易干涸造成使用寿命有限、难以片状化、插装引脚积累灰尘带静电并造成短路等等，但随着工艺水平的提高，在某些特定应用场合下，使用铝电解电容在性能上可以满足要求，而且成本和可靠性方面上还要优于其它电容，如在承受大的上电冲击电流的低阻抗电路中，铝电容比钽电容要可靠。下面分3个小节介绍：第一小节简单介绍铝电容的结构和生产加工工艺流程；第二小节为铝电容主要性能参数的变化特点，涉及到如何应用等方面；第三小节介绍铝电容使用中

6、的物理可靠性问题需要关注的地方。这里的铝电容指的是通用插装铝箔液态电解电容，关于滤波性能更为优越的贴片固体铝电解电容应用建议，请参考《贴片铝电容替代钽电容可行性分析报告》。1.1铝电解电容的结构和主要加工环节通常所指的铝电容都是指由一个铝箔卷绕结构的芯子，浸渍了液态电解质（注意区分电介质和电解质），引出两个端极并包封在密封金属外壳里。从外观上看，芯子与纸介电容器的芯子类似，但其结构不同，它由一个阳极箔，浸透电解质的分隔纸和阴极箔层叠卷成，箔通常是高纯度的铝箔，为了增加与电解质接触的表面积，在光滑的铝箔表面上用腐蚀方法刻蚀了许多微小的条状沟道。表面看来容量似乎是由两个箔极之间决定的，

7、实际上容量是由阳极箔与电解质之间来决定的，正极平面层是阳极箔；电介质是阳极箔表面上绝缘的铝氧化膜；真正的负极平面应是导电的液态电解质，而阴极箔仅仅是起到连接电解质和端头引线的作用。图1-1为一个铝电容的典型结构图：第46页,共46页无源滤波元器件－电容的介绍和深入认识图1-1：铝电容的典型结构图下面简单介绍一下铝电容生产的主要加工环节：a）刻蚀阳极和阴极箔通常为高纯度的薄铝箔（0.02～0.1mm厚），为了增加容量，需要增大箔的有效表面积，利用腐蚀的办法对与电解质接触