薄膜电容分类研究

  • 综述

在音频电路设计中,薄膜电容是个常客。它的损耗角非常低,电容值较小,耐压比较大,可以用于耦合、滤波、退耦等场合。

在应用中我发现,薄膜电容种类较多,技术参数的关注点与电解电容有所不同,于是查阅了Wiki和各个厂家的Datasheet,在这里做一个总结。

薄膜电容总的来说性能很好,但也分很多种类和级别,应用的场合也有所不同。基础知识在Wiki上很详尽,下图展示了薄膜电容的电极/电介质材料和它们的缩写:

  • 电极材料

首字母M是指金属化薄膜电极(塑料薄膜上制作有薄薄的金属层),而F是指金属箔电极(单独的金属箔,不依附于塑料薄膜)。

像FKS和FKP等都是用金属箔作为电极,理论上,损耗角等参数可以做得更好。但金属化薄膜电极的好处是电容尺寸更小,因为作为电极的金属层非常薄。

首字母以后的字母代表了介质材料。

  • 电介质材料

目前最常见的MKT和MKS电容都是金属化聚酯(PET,俗称涤纶)薄膜电容。

而著名的MKP是金属化聚丙烯(PP)电容。

另外FKC/MKC聚醋酸酯(PC)电容虽然大部分厂商都停产了,但存货也还能见到,性能也还不错。停产的主要原因是90年代以来,PC薄膜不再生产了。

特氟隆(PTFE)电容在一些非常顶级的音频耦合电容中还可以见到

聚苯乙烯(PS)电容在CBB电容中较常见,金属化聚丙烯(PPS)多用于贴片薄膜电容,聚乙烯石脑油电容PEN暂时还没见过。

  • 稳定性

上图中比较关注的信息是温度和频率稳定性。

PET在温度、频率稳定性上都比较差。

不考虑频率稳定性,PPS在温度稳定性上最好。

而频率/温度综合起来PP是最好的

另外,虽然FKC/MKC电容已经基本停产,但我在研究FKC电容的时候发现,PC材料的温度稳定性也非常好,甚至超过PP,根据WIMA公司的资料:

 

电容量稳定性上,相对于PET和PP,PC都更稳定,特别是在0-80度的常用范围内。

另外,PC的频率特性也不错:

 

损耗角在1k,10k,100kHz频率下分别大约是10,20,100e-4,比PP略差一些,总体上和PPS性能差不多。可以用于高频应用。

  • 应用

对于不同厂牌的电容,性能主要还是材料决定的,与厂牌没多大关系。仅从损耗角来看,即使是最好的PET也与最差的PP有数量级的差距

PET的电容优势主要是便宜,大多价格只是同规格PP的一半左右,另外体积比PP小。适合用在电源(储能)、隔直、退耦、旁路等应用中。

而PP电容比较贵,高频性能很好,可以串在信号路径中,起耦合作用。

PC电容目前比较稀少,主要是存货。稳定性非常好,高频性能还不错,可以考虑用于滤波器等精度要求较高的应用中。

而金属化薄膜与金属箔电极的性能区别非常小,金属化薄膜体积上有优势,应用中可优先采用。

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