讓我們一起深入探討電容的種類(lèi)和作用
你知道顯卡為什么會(huì)花屏嗎？沒(méi)錯(cuò)，你肯定聽(tīng)說(shuō)過(guò)“主板爆漿”，電解電容或者你還在對(duì)商家唾沫橫飛的“專(zhuān)業(yè)分析”深信不疑？但您知道“爆漿”為什么會(huì)發(fā)生，而爆漿產(chǎn)生的環(huán)境、條件、原理又是如何？你可能也被主板或顯卡花屏所困惑，你知道罪魁禍?zhǔn)缀芸赡苁悄莻€(gè)最不起眼的電容嗎？
當(dāng)睡在你上鋪的兄弟告訴你“鋁電容就是比電解電容好，OSCON電容比鋁電容好”，而你為此對(duì)他豐富的硬件知識(shí)佩服不已的時(shí)候，你是否會(huì)懷疑，這句話其實(shí)相當(dāng)于：“摩托羅拉手機(jī)就是比GSM的手機(jī)好”——因?yàn)镺SCON電容其實(shí)是鋁電容的一種，而鋁電容又是電解電容的一種。雖然這很可笑，但是你聽(tīng)不出來(lái)，因?yàn)槟悴幌窳私馐謾C(jī)那樣了解電容。
當(dāng)你告訴他鋁電容其實(shí)就是電解電容的一種，甚至他推崇有加的鉭電容其實(shí)也是他最看不上的“電解電容”的一種的時(shí)候，您一定能讓你上鋪那位兄弟感到尷尬。但真理是越辨越明，你有豐富的知識(shí)，那他只能選擇沉默。而事實(shí)并不僅僅如此，當(dāng)你看完本文后，能被你搞沉默的人絕對(duì)不止上鋪那位兄弟，也許還包括那些試圖玩點(diǎn)貓膩的奸商——在中國(guó)能做到這點(diǎn)就很NB了。
因?yàn)槲覀兿嘈拍悴⒉皇悄欠N僅僅滿足于用半瓶子醋的DIY知識(shí)騙幾個(gè)MM和菜鳥(niǎo)的“DIY玩家”，所以我們很真誠(chéng)地邀請(qǐng)您閱讀這篇有史以來(lái)IT媒體中最專(zhuān)業(yè)的關(guān)于電容的文章。
請(qǐng)相信，我們不是在忽悠。
在開(kāi)始之前我們還是先向大家介紹一下本文的行文格式。為了方便大家閱讀，本文由PCPOP編輯——小地，和業(yè)內(nèi)資深的硬件專(zhuān)業(yè)人士——華巨先生以對(duì)話的形式進(jìn)行。本文的主體內(nèi)容均由華巨先生提供。
小地：OK，華巨先生，先向我們介紹一下，什么是電容？
電容是最基本的電子元器件
華巨：電容就是兩塊導(dǎo)體中間夾著一塊絕緣體構(gòu)成的電子元件，就像三明治一樣。電容是電子設(shè)備中最基礎(chǔ)也是最重要的元件之一。電容的產(chǎn)量占全球電子元器件產(chǎn)品（其它的還有電阻、電感等）中的40%以上。電解電容基本上所有的電子設(shè)備，小到閃盤(pán)、數(shù)碼相機(jī)，大到航天飛機(jī)、火箭中都可以見(jiàn)到它的身影。作為一種最基本的電子元器件，電容對(duì)于電子設(shè)備來(lái)說(shuō)就象食品對(duì)于人一樣不可缺少。
小小一顆電容卻是一個(gè)國(guó)家工業(yè)技術(shù)能力的完全體現(xiàn)，尤其是高檔電容所代表的是本國(guó)精密加工、化工、、材料、基礎(chǔ)研究的水平（美國(guó)、日本是世界上電容設(shè)計(jì)研究能力最高的兩個(gè)國(guó)家）大家千萬(wàn)別小看它，其高檔產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造要求甚至不亞于CPU。同樣是這棵不起眼的電容，上到神五，下到U盤(pán)，可以說(shuō)有 電源的地方就有它。
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電容是無(wú)處不在的
電容的用途非常多，主要有如下幾種：
1．隔直流：作用是阻止直流通過(guò)而讓交流通過(guò)。
2．旁路（去耦）：為交流電路中某些并聯(lián)的元件提供低阻抗通路。
3．耦合：作為兩個(gè)電路之間的連接，允許交流信號(hào)通過(guò)并傳輸?shù)较乱患?jí)電路
4．濾波：這個(gè)對(duì)DIY而言很重要顯卡上的電容基本都是這個(gè)作用。
5．溫度補(bǔ)償：針對(duì)其它元件對(duì)溫度的適應(yīng)性不夠帶來(lái)的影響，而進(jìn)行補(bǔ)償，改善電路的穩(wěn)定性。
6．計(jì)時(shí)：電容器與電阻器配合使用，確定電路的時(shí)間常數(shù)。
7．調(diào)諧：對(duì)與頻率相關(guān)的電路進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)諧，比如手機(jī)、收音機(jī)、電視機(jī)。
8．整流：在預(yù)定的時(shí)間開(kāi)或者關(guān)半閉導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件。
9．儲(chǔ)能：儲(chǔ)存電能，用于必須要的時(shí)候釋放。例如相機(jī)閃光燈，加熱設(shè)備等等。（如今某些電容的儲(chǔ)能水平已經(jīng)接近鋰電池的水準(zhǔn)，一個(gè)電容儲(chǔ)存的電能可以供一個(gè)手機(jī)使用一天。
小地總結(jié)：看完這章，大家可能開(kāi)始對(duì)電容感興趣了。
小地：看完上一章之后我們對(duì)電容已有了基本的了解，那現(xiàn)在我們?cè)偕钊胍稽c(diǎn)，請(qǐng)介紹一下如今電容的種類(lèi)好嗎？我們常聽(tīng)說(shuō)什么鋁電容，鉭電容……，能不能為我們系統(tǒng)地介紹一下電容的分類(lèi)呢？
華巨：剛才我們說(shuō)過(guò)，電容就是兩塊導(dǎo)體（陰極和陽(yáng)極）中間夾著一塊絕緣體（介質(zhì)）構(gòu)成的電子元件。電容的種類(lèi)首先要按照介質(zhì)種類(lèi)來(lái)分。這當(dāng)中可分為無(wú)機(jī)介質(zhì)電容器、有機(jī)介質(zhì)電容器和電解電容器三大類(lèi)。不同介質(zhì)的電容，在結(jié)構(gòu)、成本、特性、用途方面都大不相同。
陶瓷電容常用在超高頻器件例如GPU上
無(wú)機(jī)介質(zhì)電容器：包括大家熟悉的陶瓷電容以及云母電容，在CPU上我們會(huì)經(jīng)?？吹教沾呻娙?。陶瓷電容的綜合性能很好，可以應(yīng)用GHz級(jí)別的超高頻器件上，比如CPU/GPU。當(dāng)然，它的價(jià)格也很貴。
有機(jī)介質(zhì)電容器：例如薄膜電容器，這類(lèi)電容經(jīng)常用在音箱上，其特性是比較精密、耐高溫高壓。
雙電層電容器：這種電容的電容量特別大，可以達(dá)到幾百f（f=法，電容量單位，1f=1000000μf）。因此這種電容可以做UPS的電池用，作用是儲(chǔ)存電能。說(shuō)句題外話，如果把地球算做一個(gè)孤立導(dǎo)體的話，那么它的容量只有700μf，還不如主板上用的一個(gè)鋁電容。
電解電容器：由于主板、顯卡等產(chǎn)品使用的基本都是電解電容，因此這是我們要講的重點(diǎn)。大家熟悉的鋁電容，鉭電容其實(shí)都是電解電容。如果說(shuō)電容是電子元器件中最重要和不可取代的元件的話，那么電解電容器又在整個(gè)電容產(chǎn)業(yè)中占據(jù)了半壁江山。我國(guó)電解電容年產(chǎn)量300億只，且年平均增長(zhǎng)率高達(dá)30%，占全球電解電容產(chǎn)量的1/3以上。
大家別小看電解電容，它其實(shí)是一個(gè)國(guó)家的工業(yè)能力和技術(shù)水平的反映。世界上最先進(jìn)的電解電容的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)國(guó)是美國(guó)和日本，頂級(jí)的電解電容器的生產(chǎn)工藝要求非常高，別看我國(guó)電解電容產(chǎn)量這么高，電解電容可是各項(xiàng)核心技術(shù)都掌握在其它國(guó)家手里，我國(guó)也就能算來(lái)料加工的“世界工廠”而已，自主力量還很薄弱，并且生產(chǎn)的產(chǎn)品也都以低檔的為主。
小地總結(jié)：知道電容的分類(lèi)后，至少你不會(huì)再說(shuō)什么“鋁電容比電解電容好”一類(lèi)的鬼話了。
小地：我認(rèn)為電解電容和DIY玩家的關(guān)系最密切，那么，請(qǐng)繼續(xù)為我們介紹它吧。
華巨：在了解電容的分類(lèi)后，我想大家已經(jīng)知道，和DIY玩家最切實(shí)相關(guān)的還屬電解電容，所以我們接下來(lái)主要講的也是它。首先讓我們了解一下電解電容的性能特點(diǎn)，這樣我們才能清楚為什么主板、顯卡以及幾乎所有的計(jì)算機(jī)設(shè)備里面都使用到了電解電容：
電解電容器特點(diǎn)一：?jiǎn)挝惑w積的電容量非常大，比其它種類(lèi)的電容大幾十到數(shù)百倍。
電解電容器特點(diǎn)二：額定的容量可以做到非常大，可以輕易做到幾萬(wàn)μf甚至幾f（但不能和雙電層電容相比）。
電解電容器特點(diǎn)三：價(jià)格比其它種類(lèi)具有壓倒性?xún)?yōu)勢(shì)，因?yàn)殡娊怆娙莸慕M成材料都是普通的工業(yè)材料，比如鋁等等。制造電解電容的設(shè)備也都是普通的工業(yè)設(shè)備，可以大規(guī)模生產(chǎn)，成本相對(duì)比較低。
目前，新型的電解電容發(fā)展的非?？欤承┊a(chǎn)品的性能已達(dá)到無(wú)機(jī)電容器的水準(zhǔn)，電解電容正在替換某些無(wú)機(jī)和有機(jī)介質(zhì)電容器。電解電容的使用范圍相當(dāng)廣泛，基本上，有電源的設(shè)備都會(huì)使用到電解電容。例如通訊產(chǎn)品，數(shù)碼產(chǎn)品，汽車(chē)上音響、發(fā)動(dòng)機(jī)、ABS、GPS、電子噴油系統(tǒng)以及幾乎所有的家用電器。由于技術(shù)的進(jìn)步，如今在小型化要求較高的軍用電子對(duì)抗設(shè)備中也開(kāi)始廣泛使用電解電容。
小地總結(jié)：有電源的地方就有電解電容，它價(jià)格便宜，使用在幾百上千元的主板、顯卡上是再合適不過(guò)了。
小地：電解電容如何分類(lèi)？我們常聽(tīng)一些“高手”說(shuō)“貼片電容比電解電容好”，“鉭電容比貼片電容好”之類(lèi)的話。能否為我們系統(tǒng)地介紹一下電解電容的分類(lèi)，以及優(yōu)劣關(guān)系呢？
華巨：電解電容的分類(lèi)，傳統(tǒng)的方法都是按陽(yáng)極材質(zhì)，比如說(shuō)鋁或者鉭。所以，電解電容按陽(yáng)極分，為以下幾種：
1．鋁電解電容。不管是SMT貼片工藝的（上圖左，就是大家說(shuō)的“貼片電容”，識(shí)別方式是底坐有黑色橡膠），還是直插式的，或者有塑料表皮的（上圖右就是直插式有塑料表皮的，這個(gè)被很多人認(rèn)為是“電解電容”），只要它們的陽(yáng)極材質(zhì)是鋁，那么他們就都叫做鋁電解電容。電容的封裝方式和電容的品質(zhì)本身并無(wú)直接聯(lián)系，電容的性能只取決于具體型號(hào)，這個(gè)我們后面會(huì)詳細(xì)說(shuō)明。
紫色的是SANYO OSCON TCNQ系列高檔電容，采用直插封裝
2．鉭電解電容。陽(yáng)極由鉭構(gòu)成，就是那種我們?cè)陲@卡上一見(jiàn)到就會(huì)驚呼“這個(gè)顯卡做工真不錯(cuò)！”的那種黃色或黑色小顆粒。目前很多鉭電解電容都用貼片式安裝，其外殼一般由樹(shù)脂封裝（采用同樣封裝的也可能是鋁電解電容）。但是，鉭電容的陰極也是電解質(zhì)，所以很不幸的，它也是大家十分瞧不起的“電解電容”的一種。（有種晴天霹靂的感覺(jué)吧？）。
需要提及的是，鋁電解電容和鉭電解電容不是由封裝形式?jīng)Q定的。像上圖的黃色與黑色小方塊，通常我們認(rèn)為其是鉭電解電容，但實(shí)際其陽(yáng)極也有可能是鋁，也就是說(shuō)它們也有可能是鋁電容而不是鉭電容。（第二個(gè)晴天霹靂??？）
是否有橡膠底坐，是判斷SMT貼片與直插封裝的主要依據(jù)
3。鈮電解電容。這種電容如今已經(jīng)用的比少，所以就不多介紹了。
以往傳統(tǒng)的看法是鉭電容性能比鋁電容好，電解電容因?yàn)殂g電容的介質(zhì)為陽(yáng)極氧化后生成的五氧化二鉭，它的介電能力（通常用ε表示）比鋁電容的三氧化二鋁介質(zhì)要高。因此在同樣容量的情況下，鉭電容的體積能比鋁電容做得更小。（電解電容的電容量取決于介質(zhì)的介電能力和體積，在容量一定的情況下，介電能力越高，體積就可以做得越小，反之，體積就需要做得越大）再加上鉭的性質(zhì)比較穩(wěn)定，所以通常認(rèn)為鉭電容性能比鋁電容好。
但這種憑陽(yáng)極判斷電容性能的方法已經(jīng)過(guò)時(shí)了，目前決定電解電容性能的關(guān)鍵并不在于陽(yáng)極，而在于電解質(zhì)，也就是陰極。因?yàn)椴煌年帢O和不同的陽(yáng)極可以組合成不同種類(lèi)的電解電容，其性能也大不相同。采用同一種陽(yáng)極的電容由于電解質(zhì)的不同，性能可以差距很大，總之陽(yáng)極對(duì)于電容性能的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于陰極。
在以上表格當(dāng)中，紅線代表鋁聚合物導(dǎo)體電容，綠色虛線表示普通鋁電解液電容，藍(lán)色虛線表示鉭二氧化錳電容，黃色虛線表示超大容量（1000μF）、超大體積（后面的“Φ”符號(hào)代表了各自的體積）的鋁電解液電容。表格的X軸線表示頻率，Y軸線表示阻抗，Y軸的阻抗數(shù)值越低，ESR值就越低，性能就越好。
這個(gè)表格體現(xiàn)的是在頻率逐步提升的情況下，不同種類(lèi)電容的性能變化?？梢钥闯觯?dāng)頻率達(dá)到10KHz以上的時(shí)候鋁聚合物導(dǎo)體電容的ESR值繼續(xù)保持在較低的水平，當(dāng)達(dá)到100KHz的時(shí)候，其ESR值低于其它所有類(lèi)型的電容，包括鉭電容和容量為1000μF的鋁電解液電容（注意：兩者的體積比例為300：5000），而該電容的容量?jī)H為47μF。到了1MHZ，鋁聚合物導(dǎo)體電容優(yōu)勢(shì)更明顯。
目前生產(chǎn)的鉭電解電容器主要有燒結(jié)型固體、箔形卷繞固體、燒結(jié)型液體等三種，其中燒結(jié)型固體約占目前生產(chǎn)總量的95%以上，而又以非金屬密封型的樹(shù)脂封裝式為主體。小型化、片式化配合SMT技術(shù)下方興未艾，片式燒結(jié)鉭電容器已逐漸成主流。
固體鉭電容器電性能優(yōu)良，工作溫度范圍寬，而且形式多樣，體積效率優(yōu)異，具有其獨(dú)特的特征：
鉭電解電容器的工作介質(zhì)是在鉭金屬表面生成的一層極薄的五氧化二鉭膜。
此層氧化膜介質(zhì)完全與組成電容器的一端極結(jié)合成一個(gè)整體，不能單獨(dú)存在。因此單位體積內(nèi)所具有的電容量特別大。即比容量非常高，因此特別適宜于小型化。
在鉭電解電容器工作過(guò)程中，具有自動(dòng)修補(bǔ)或隔絕氧化膜中的疵點(diǎn)所在的性能，使氧化膜介質(zhì)隨時(shí)得到加固和恢復(fù)其應(yīng)有的絕緣能力，而不致遭到連續(xù)的累積性破壞。這種獨(dú)特自愈性能，保證了其長(zhǎng)壽命和可靠性的優(yōu)勢(shì)。
鉭電解電容器具有非常高的工作電場(chǎng)強(qiáng)度，并較任何類(lèi)型電容器都大，以此保證它的小型化。
鉭電解電容器可以非常方便地獲得較大的電容量，在電源濾波、交流旁路等用途上少有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。
具有單向?qū)щ娦?，即所謂有“極性”，應(yīng)用時(shí)應(yīng)按電源的正、負(fù)方向接入電流，電容器的陽(yáng)極（正極）接電源“+”極，陰極（負(fù)極）接電源的“-”極；如果接錯(cuò)不僅電容器發(fā)揮不了作用，而且漏電流很大，短時(shí)間內(nèi)芯子就會(huì)發(fā)熱，破壞氧化膜隨即失效。
工作電壓有一定的上限平值，但這方面的缺點(diǎn)對(duì)配合晶體管或集成電路電源，是不重要的。
電解電容器一般認(rèn)為是一種性能優(yōu)良，使用壽命長(zhǎng)的電子元件，它的失效率正常時(shí)可達(dá)七級(jí)。但它總還是符合電子元器件的失效普遍規(guī)律，即澡盆形失效曲線，前期失效可在老煉過(guò)程中剔除。因此只有隨機(jī)失效的可能性。而這種無(wú)效即有制造工藝控制問(wèn)題，還常常伴隨產(chǎn)品在使用過(guò)程的不當(dāng)或超載所致，綜合說(shuō)來(lái)大約有三種模式即電流型、電壓型和發(fā)熱型。
鉭電解電容器具有儲(chǔ)藏電量、進(jìn)行充放電等性能，主要應(yīng)用于濾波、能量貯存與轉(zhuǎn)換，記號(hào)旁路，耦合與退耦以及作時(shí)間常數(shù)元件等。在應(yīng)用中要注意其性能特點(diǎn)，正確使用會(huì)有助于充分發(fā)揮其功能，其中諸如考慮產(chǎn)品工作環(huán)境及其發(fā)熱溫度，以及采取降額使用等措施，如果使用不當(dāng)會(huì)影響產(chǎn)品的工作壽命。
貼片電容的種類(lèi)和特點(diǎn)
單片陶瓷電容器(通稱(chēng)貼片電容)是目前用量比較大的常用元件,就AVX公司生產(chǎn)的貼片電容來(lái)講有NPO、X7R、Z5U、Y5V等不同的規(guī)格,不同的規(guī)格有不同的用途。下面我們僅就常用的NPO、X7R、Z5U和Y5V來(lái)介紹一下它們的性能和應(yīng)用以及采購(gòu)中應(yīng)注意的訂貨事項(xiàng)以引起大家的注意。不同的公司對(duì)于上述不同性能的電容器可能有不同的命名方法,這里我們引用的是AVX公司的命名方法,其他公司的產(chǎn)品請(qǐng)參照該公司的產(chǎn)品手冊(cè)。
NPO、X7R、Z5U和Y5V的主要區(qū)別是它們的填充介質(zhì)不同。在相同的體積下由于填充介質(zhì)不同所組成的電容器的容量就不同,隨之帶來(lái)的電容器的介質(zhì)損耗、容量穩(wěn)定性等也就不同。所以在使用電容器時(shí)應(yīng)根據(jù)電容器在電路中作用不同來(lái)選用不同的電容器。
一 NPO電容器
NPO是一種最常用的具有溫度補(bǔ)償特性的單片陶瓷電容器。它的填充介質(zhì)是由銣、釤和一些其它稀有氧化物組成的。
NPO電容器是電容量和介質(zhì)損耗最穩(wěn)定的電容器之一。電解電容溫度從-55℃到+125℃時(shí)容量變化為0±30ppm/℃,電容量隨頻率的變化小于±0.3ΔC。NPO電容的漂移或滯后小于±0.05%,相對(duì)大于±2%的薄膜電容來(lái)說(shuō)是可以忽略不計(jì)的。其典型的容量相對(duì)使用壽命的變化小于±0.1%。NPO電容器隨封裝形式不同其電容量和介質(zhì)損耗隨頻率變化的特性也不同,大封裝尺寸的要比小封裝尺寸的頻率特性好。下表給出了NPO電容器可選取的容量范圍。
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