第2章 電容器標稱容值為什么這么怪

無論是電子工程技術的初學者，還是有著多年工作經驗的資深工程師，都不可避免地會發現這樣一個現象：電容器上標注的電容值都是如22pF、33μF、47μF、68μF、220μF、330μF、470μF、680μF等“奇怪”的標稱數值（見圖2.1），但是卻很少看到如400μF、600μF、800μF等這樣“齊整”的電容值，難道做個標稱容值“齊整”的電容器就這么困難嗎？這種現象在如電阻器的阻值與電感器的感值中也同樣存在，為什么會這樣呢？

原因其實很簡單：這個標稱值的設置是有國家標準的，這跟人民幣只有1、2、5有限的規格是同樣的道理。

對于電容器的標稱容量值，我們采用國家標準（簡稱“國標”）GB/T 2471《電阻器和電容器優先數系》，英文名為“Preferred Number Select for Resistors and Capacitors”。其中，“GB”表示國際，“/T”表示推薦標準（沒有“/T”，表示國家強制標準，企業進行相關經營活動時必須執行）,2471為標準號。

很多電子工程師對國家標準之類的知識都知之甚少，這很大程度上與其所在的行業是有關系的，如果你工作于一些消費類電子行業，可能十幾年甚至幾十年都未必真正接觸到國家標準，因為實在是用不上呀。但是，類似醫療器械這樣的行業，無論你是做調研、軟件、硬件、測試、轉換、歸檔等任意一個職業分工，隨時都需要參考國家標準來做！

國家推薦標準GB/T 2471對應于國際標準IEC 63（International Electro technical Commission,IEC，國際電工委員會），它給出了4種不同的數系表，分別為E3、E6、E12、E24，這幾種系列之間的區別就是允許偏差的不同，如表2.1所示。

其中，E3系列如今應用得非常少，因為偏差實在是太大了。對于電容器而言，E24、E12、E6這3個系列最為常用。

數系的實際用法就是乘10的N次方形式，如對于數系4.7，則有4.7pF、47pF、470pF、4.7nF、47nF、47μF等標稱容量值，其他以此類推。

表2.1只是電阻器與電容器標稱值的一般應用數系。對于精密電阻器與精密電容器，還有E48、E96、E192數系，如表2.2所示。

將這些“奇怪”的標稱值的來源歸結于國家標準似乎是個比較理想的答案，但勢必要打破砂鍋問到底的我仍然不禁要問一問：為什么國家標準會選擇這些數系呢？

這個問題問得好，問到點子上了。

這里可以回答你的是：有規律，當然有規律！

美國電子工業協會（Electronic Industries Association,EIA）是在20世紀定義的標準電阻值系統，當時的電阻都還是碳膜工藝的，精度非常低。國際電工委員會曾希望改用R系列制度，但因為E系列已經在一些國家采用，改變起來困難較大，所以至今在電子元件行業（主要是電阻、電容和電感）仍然以E系列為主。

E系列是一種由幾何級數構成的數列，源自 Electricity 的首字母，它是以 、、為公比的幾何級數數列，分別稱為E6系列、E12系列、E24系列。

所謂的“公比”，就是等比數列中后一項與前一項的商，那何謂“幾何級數”？這里我們先給大家講個“棋盤上的糧食”的故事：

古時候某個王國里，一位聰明的大臣發明了國際象棋獻給了國王，國王從此迷上了下棋。為了對聰明的大臣表示感謝，國王答應滿足這個大臣的一個要求。大臣說：“就在這個棋盤上放一些米粒吧。第1格放1粒米，第2格放2粒米，第3格放4粒米，然后是8粒、16粒、32粒……一直到第64格”。

這些米粒全部加起來后等于：20+21+22+23+…+263=264-1=18446744073709551615粒，大約2200億噸，相當于全世界幾百年整個的產量，如圖2.2所示。

棋盤格子里的米粒數就是幾何級數的數列，這個數列的公比就是2，是一個數學上的概念，可以表示成xy，即x的y次方的形式增長。通常情況下，x=2，也就是常說的翻幾（y值）番。

我們先來看看E6系列是如何選出來的！10開六次方的值約為1.5，如下所示：

在這個數的基礎上取幾何級數（也就是平方了），只不過這里的底數不是上面的2顆糧食，而是1.5顆糧食（以1.5為基數），則有：

實際E6系列的6個系數為1、1.5、2.2、3.3（理論為3.2）、4.7（理論4.6）和6.8，這個標稱數系的選擇過程如圖2.3所示。

相應地，E12系列是在1～10范圍內，按照幾何級數確定12個值，只不過基數是=1.21。而E24系列則是在同樣的范圍內，按照幾何級數確定24個值，其基數是，相應的選取示意如圖2.4所示。

這種選取方法可以保證廠家在生產時，僅需要提供有限的種類，同時也能滿足絕大多數用戶的需求。

例如，在E6系列中，電容值可以為1.5、2.2、3.3、4.7、6.8，但是由于電容值允差為20%，因此實際的容值范圍為1.2～1.8、1.76～2.64、2.64～3.96、3.76～5.64、5.44～8.16，如圖2.5所示。

換言之，E6系列在容值允許偏差為20%的條件下，覆蓋了所有的容值范圍（不存在空白的區間），也就是說，沒有表達不了的容值。因此，我們仍然可以通過篩選獲取所需要的容值，這一點對電阻值與電感值也是成立的。

在實際工作當中，無論是阻值、容值、感值的偏差，都很少會用哪個E 系列來稱呼。例如，我們很少會說：這個設計里面應該使用EXX系列的電阻，而會說：應該使用百分之幾的阻值，相應的百分數偏差也可以使用字母代碼來表示，這個字母的對照表在國家標準GB/T 2691《電阻器和電容器的標志代碼》（英文名“Marking Codes for Resistors and Capacitors”）中規定，如表2.3所示。

例如，某電路方案需要使用精度為5%的4.7μF電容，我們會以4.7μF/5%或4.7μF/J來標記，如圖2.6所示。

順便說一句，國家標準GB/T 2691還規定了電阻器的色環電阻的色碼代表值，我們在書本或網絡上看到的那些色環電阻識別方法就是從這個標準，如圖2.7所示。

這里也談談電容器標稱容值的標記方法，主要有3種方式（還有一種類似色環電阻之類的彩色代碼標記方式，如今在電容器中已經很少見，這里不再贅述）：

（1）直接表示法。通常在體積較大的電容器表面較為常見，如安規電容和鋁電解電容，如圖2.8所示。

（2）數字代碼表示法。與電阻器一樣，使用“有效數字+乘數數字”3位代碼“XXY”，這種表示方法在如薄膜電容和陶瓷電容中應用較多（跟體積沒有多大的關系，就算體積很大也會用數字代碼來表示），它以1pF作為基數，如“331”為33×101=330pF,“104”為10×104=100000pF=100nF，如圖2.9所示。

（3）文字符號表示法。將電容器的標稱值和允差用數字和文字符號按一定規律組合標志在電容本體上。例如，2n2J表示該電容器的標稱容值為2.2nF=2200pF，允許偏差為5%,p33表示該電容器的標稱容量為0.33pF，如圖2.10所示。