第2章 电容器标称容值为什么这么怪

无论是电子工程技术的初学者，还是有着多年工作经验的资深工程师，都不可避免地会发现这样一个现象：电容器上标注的电容值都是如22pF、33μF、47μF、68μF、220μF、330μF、470μF、680μF等“奇怪”的标称数值（见图2.1），但是却很少看到如400μF、600μF、800μF等这样“齐整”的电容值，难道做个标称容值“齐整”的电容器就这么困难吗？这种现象在如电阻器的阻值与电感器的感值中也同样存在，为什么会这样呢？

原因其实很简单：这个标称值的设置是有国家标准的，这跟人民币只有1、2、5有限的规格是同样的道理。

对于电容器的标称容量值，我们采用国家标准（简称“国标”）GB/T 2471《电阻器和电容器优先数系》，英文名为“Preferred Number Select for Resistors and Capacitors”。其中，“GB”表示国际，“/T”表示推荐标准（没有“/T”，表示国家强制标准，企业进行相关经营活动时必须执行）,2471为标准号。

很多电子工程师对国家标准之类的知识都知之甚少，这很大程度上与其所在的行业是有关系的，如果你工作于一些消费类电子行业，可能十几年甚至几十年都未必真正接触到国家标准，因为实在是用不上呀。但是，类似医疗器械这样的行业，无论你是做调研、软件、硬件、测试、转换、归档等任意一个职业分工，随时都需要参考国家标准来做！

国家推荐标准GB/T 2471对应于国际标准IEC 63（International Electro technical Commission,IEC，国际电工委员会），它给出了4种不同的数系表，分别为E3、E6、E12、E24，这几种系列之间的区别就是允许偏差的不同，如表2.1所示。

其中，E3系列如今应用得非常少，因为偏差实在是太大了。对于电容器而言，E24、E12、E6这3个系列最为常用。

数系的实际用法就是乘10的N次方形式，如对于数系4.7，则有4.7pF、47pF、470pF、4.7nF、47nF、47μF等标称容量值，其他以此类推。

表2.1只是电阻器与电容器标称值的一般应用数系。对于精密电阻器与精密电容器，还有E48、E96、E192数系，如表2.2所示。

将这些“奇怪”的标称值的来源归结于国家标准似乎是个比较理想的答案，但势必要打破砂锅问到底的我仍然不禁要问一问：为什么国家标准会选择这些数系呢？

这个问题问得好，问到点子上了。

这里可以回答你的是：有规律，当然有规律！

美国电子工业协会（Electronic Industries Association,EIA）是在20世纪定义的标准电阻值系统，当时的电阻都还是碳膜工艺的，精度非常低。国际电工委员会曾希望改用R系列制度，但因为E系列已经在一些国家采用，改变起来困难较大，所以至今在电子元件行业（主要是电阻、电容和电感）仍然以E系列为主。

E系列是一种由几何级数构成的数列，源自 Electricity 的首字母，它是以 、、为公比的几何级数数列，分别称为E6系列、E12系列、E24系列。

所谓的“公比”，就是等比数列中后一项与前一项的商，那何谓“几何级数”？这里我们先给大家讲个“棋盘上的粮食”的故事：

古时候某个王国里，一位聪明的大臣发明了国际象棋献给了国王，国王从此迷上了下棋。为了对聪明的大臣表示感谢，国王答应满足这个大臣的一个要求。大臣说：“就在这个棋盘上放一些米粒吧。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”。

这些米粒全部加起来后等于：20+21+22+23+…+263=264-1=18446744073709551615粒，大约2200亿吨，相当于全世界几百年整个的产量，如图2.2所示。

棋盘格子里的米粒数就是几何级数的数列，这个数列的公比就是2，是一个数学上的概念，可以表示成xy，即x的y次方的形式增长。通常情况下，x=2，也就是常说的翻几（y值）番。

我们先来看看E6系列是如何选出来的！10开六次方的值约为1.5，如下所示：

在这个数的基础上取几何级数（也就是平方了），只不过这里的底数不是上面的2颗粮食，而是1.5颗粮食（以1.5为基数），则有：

实际E6系列的6个系数为1、1.5、2.2、3.3（理论为3.2）、4.7（理论4.6）和6.8，这个标称数系的选择过程如图2.3所示。

相应地，E12系列是在1～10范围内，按照几何级数确定12个值，只不过基数是=1.21。而E24系列则是在同样的范围内，按照几何级数确定24个值，其基数是，相应的选取示意如图2.4所示。

这种选取方法可以保证厂家在生产时，仅需要提供有限的种类，同时也能满足绝大多数用户的需求。

例如，在E6系列中，电容值可以为1.5、2.2、3.3、4.7、6.8，但是由于电容值允差为20%，因此实际的容值范围为1.2～1.8、1.76～2.64、2.64～3.96、3.76～5.64、5.44～8.16，如图2.5所示。

换言之，E6系列在容值允许偏差为20%的条件下，覆盖了所有的容值范围（不存在空白的区间），也就是说，没有表达不了的容值。因此，我们仍然可以通过筛选获取所需要的容值，这一点对电阻值与电感值也是成立的。

在实际工作当中，无论是阻值、容值、感值的偏差，都很少会用哪个E 系列来称呼。例如，我们很少会说：这个设计里面应该使用EXX系列的电阻，而会说：应该使用百分之几的阻值，相应的百分数偏差也可以使用字母代码来表示，这个字母的对照表在国家标准GB/T 2691《电阻器和电容器的标志代码》（英文名“Marking Codes for Resistors and Capacitors”）中规定，如表2.3所示。

例如，某电路方案需要使用精度为5%的4.7μF电容，我们会以4.7μF/5%或4.7μF/J来标记，如图2.6所示。

顺便说一句，国家标准GB/T 2691还规定了电阻器的色环电阻的色码代表值，我们在书本或网络上看到的那些色环电阻识别方法就是从这个标准，如图2.7所示。

这里也谈谈电容器标称容值的标记方法，主要有3种方式（还有一种类似色环电阻之类的彩色代码标记方式，如今在电容器中已经很少见，这里不再赘述）：

（1）直接表示法。通常在体积较大的电容器表面较为常见，如安规电容和铝电解电容，如图2.8所示。

（2）数字代码表示法。与电阻器一样，使用“有效数字+乘数数字”3位代码“XXY”，这种表示方法在如薄膜电容和陶瓷电容中应用较多（跟体积没有多大的关系，就算体积很大也会用数字代码来表示），它以1pF作为基数，如“331”为33×101=330pF,“104”为10×104=100000pF=100nF，如图2.9所示。

（3）文字符号表示法。将电容器的标称值和允差用数字和文字符号按一定规律组合标志在电容本体上。例如，2n2J表示该电容器的标称容值为2.2nF=2200pF，允许偏差为5%,p33表示该电容器的标称容量为0.33pF，如图2.10所示。