深入探討電容的種類和作用
深入探討電容的種類和作用
你知道顯卡為什么會花屏嗎？
沒錯，你肯定聽說過“主板爆漿”，或者你還在對商家唾沫橫飛的“專業(yè)分析”深信不疑？但您知道“爆漿”為什么會發(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”，而你為此對他豐富的硬件知識佩服不已的時候，你是否會懷疑，這句話其實相當(dāng)于：“摩托羅拉手機(jī)就是比GSM的手機(jī)好”——因為OSCON電容其實是鋁電容的一種，而鋁電容又是電解電容的一種。雖然這很可笑，但是你聽不出來，因為你不像了解手機(jī)那樣了解電容。
當(dāng)你告訴他鋁電容其實就是電解電容的一種，甚至他推崇有加的鉭電容其實也是他最看不上的“電解電容”的一種的時候，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，那他只能選擇沉默。而事實并不僅僅如此，當(dāng)你看完本文后，能被你搞沉默的人絕對不止上鋪那位兄弟，也許還包括那些試圖玩點貓膩的奸商——在中國能做到這點就很NB了。
因為我們相信你并不是那種僅僅滿足于用半瓶子醋的DIY知識騙幾個MM和菜鳥的“DIY玩家”，所以我們很真誠地邀請您閱讀這篇有史以來IT媒體中最專業(yè)的關(guān)于電容的文章。
請相信，我們不是在忽悠。
在開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)資深的硬件專業(yè)人士——華巨先生以對話的形式進(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；旧纤械碾娮釉O(shè)備，小到閃盤、數(shù)碼相機(jī)，大到航天飛機(jī)、火箭中都可以見到它的身影。作為一種最基本的電子元器件，電容對于電子設(shè)備來說就象食品對于人一樣不可缺少。
小小一顆電容卻是一個國家工業(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精密加工、化工、、材料、基礎(chǔ)研究的水平（美國、日本是世界上電容設(shè)計研究能力最高的兩個國家）大家千萬別小看它，其高檔產(chǎn)品的設(shè)計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，可以說有 電源的地方就有它。
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電容是無處不在的
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而讓交流通過。
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：作為兩個電路之間的連接，允許交流信號通過并傳輸?shù)较乱患夒娐?/p>
4．濾波：這個對DIY而言很重要顯卡上的電容基本都是這個作用。
5．溫度補償：針對其它元件對溫度的適應(yīng)性不夠帶來的影響，而進(jìn)行補償，改善電路的穩(wěn)定性。
6．計時：電容器與電阻器配合使用，確定電路的時間常數(shù)。
7．調(diào)諧：對與頻率相關(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)定的時間開或者關(guān)半閉導(dǎo)體開關(guān)元件。
9．儲能：儲存電能，用于必須要的時候釋放。例如相機(jī)閃光燈，加熱設(shè)備等等。（如今某些電容的儲能水平已經(jīng)接近鋰電池的水準(zhǔn)，一個電容儲存的電能可以供一個手機(jī)使用一天。
小地總結(jié)：看完這章，大家可能開始對電容感興趣了。
小地：看完上一章之后我們對電容已有了基本的了解，那現(xiàn)在我們再深入一點，請介紹一下如今電容的種類好嗎？我們常聽說什么鋁電容，鉭電容……，能不能為我們系統(tǒng)地介紹一下電容的分類呢？
華巨：剛才我們說過，電容就是兩塊導(dǎo)體（陰極和陽極）中間夾著一塊絕緣體（介質(zhì)）構(gòu)成的電子元件。電容的種類首先要按照介質(zhì)種類來分。這當(dāng)中可分為無機(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。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上我們會經(jīng)？吹教沾呻娙荨Ｌ沾呻娙莸木C合性能很好，可以應(yīng)用GHz級別的超高頻器件上，比如CPU/GPU。當(dāng)然，它的價格也很貴。
有機(jī)介質(zhì)電容器：例如薄膜電容器，這類電容經(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，作用是儲存電能。說句題外話，如果把地球算做一個孤立導(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。大家熟悉的鋁電容，鉭電容其實都是電解電容。如果說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電容產(chǎn)業(yè)中占據(jù)了半壁江山。我國電解電容年產(chǎn)量300億只，且年平均增長率高達(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，它其實是一個國家的工業(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)計和生產(chǎn)國是美國和日本，頂級的電解電容器的生產(chǎn)工藝要求非常高，別看我國電解電容產(chǎn)量這么高，可是各項核心技術(shù)都掌握在其它國家手里，我國也就能算來料加工的“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)：知道電容的分類后，至少你不會再說什么“鋁電容比電解電容好”一類的鬼話了。
小地：我認(rèn)為電解電容和DIY玩家的關(guān)系最密切，那么，請繼續(xù)為我們介紹它吧。
華巨：在了解電容的分類后，我想大家已經(jīng)知道，和DIY玩家最切實相關(guān)的還屬電解電容，所以我們接下來主要講的也是它。首先讓我們了解一下電解電容的性能特點，這樣我們才能清楚為什么主板、顯卡以及幾乎所有的計算機(jī)設(shè)備里面都使用到了電解電容：
電解電容器特點一：單位體積的電容量非常大，比其它種類的電容大幾十到數(shù)百倍。
電解電容器特點二：額定的容量可以做到非常大，可以輕易做到幾萬μf甚至幾f（但不能和雙電層電容相比）。
電解電容器特點三：價格比其它種類具有壓倒性優(yōu)勢，因為電解電容的組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)，成本相對比較低。
目前，新型的電解電容發(fā)展的非常快，某些產(chǎn)品的性能已達(dá)到無機(jī)電容器的水準(zhǔn)，電解電容正在替換某些無機(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)備都會使用到電解電容。例如通訊產(chǎn)品，數(shù)碼產(chǎn)品，汽車上音響、發(fā)動機(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抗設(shè)備中也開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，它價格便宜，使用在幾百上千元的主板、顯卡上是再合適不過了。
小地：電解電容如何分類？我們常聽一些“高手”說“貼片電容比電解電容好”，“鉭電容比貼片電容好”之類的話。能否為我們系統(tǒng)地介紹一下電解電容的分類，以及優(yōu)劣關(guān)系呢？
華巨：電解電容的分類，傳統(tǒng)的方法都是按陽極材質(zhì)，比如說鋁或者鉭。所以，電解電容按陽極分，為以下幾種：
1．鋁電解電容。不管是SMT貼片工藝的（上圖左，就是大家說的“貼片電容”，識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，這個被很多人認(rèn)為是“電解電容”），只要它們的陽極材質(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)本身并無直接聯(lián)系，電容的性能只取決于具體型號，這個我們后面會詳細(xì)說明。
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。陽極由鉭構(gòu)成，就是那種我們在顯卡上一見到就會驚呼“這個顯卡做工真不錯！”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，但實際其陽極也有可能是鋁，也就是說它們也有可能是鋁電容而不是鉭電容。（第二個晴天霹靂！？）
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，因為鉭電容的介質(zhì)為陽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。
但這種憑陽極判斷電容性能的方法已經(jīng)過時了，目前決定電解電容性能的關(guān)鍵并不在于陽極，而在于電解質(zhì)，也就是陰極。因為不同的陰極和不同的陽極可以組合成不同種類的電解電容，其性能也大不相同。采用同一種陽極的電容由于電解質(zhì)的不同，性能可以差距很大，總之陽極對于電容性能的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于陰極。
小地總結(jié)：大家現(xiàn)在再去看看顯卡，眼光可能會有些不同了。
小地：現(xiàn)在我們來了解一下電容的陰極。
華巨：陰極材料是電容的另一個極板，陰極也就是電容的電解質(zhì)。電容的陰極目前基本有如下幾種：
1．電解液。電解液是最傳統(tǒng)的電解質(zhì)，電解液是由GAMMA丁內(nèi)酯有機(jī)溶劑加弱酸鹽電容質(zhì)經(jīng)過加熱得到的。我們所見到的普通意義上的鋁電解電容的陰極，都是這種電解液。使用電解液做陰極有不少好處。首先在于液體與介質(zhì)的接觸面積較大，這樣對提升電容量有幫助。其次是使用電解液制造的電解電容，最高能耐260度的高溫，這樣就可以通過波峰焊（波峰焊是SMT貼片安裝的一道重要工序），同時耐壓性也比較強(qiáng)。此外，使用電解液做陰極的電解電容，當(dāng)介質(zhì)被擊穿的后，只要擊穿電流不持續(xù)，那么電容能夠自愈。但電解液也有其不足之處。首先是在高溫環(huán)境下容易揮發(fā)、滲漏，對壽命和穩(wěn)定性影響很大，在高溫高壓下電解液還有可能瞬間汽化，體積增大引起爆炸（就是我們常說的爆漿）；其次是電解液所采用的離子導(dǎo)電法其導(dǎo)電率很低，只有0.01S（電導(dǎo)率，歐姆的倒數(shù)）/CM，這造成電容的ESR值（等效串聯(lián)電阻）特別高。
鋁電解液電容爆漿
傳統(tǒng)鋁電解液電容都有防爆槽，這是為了讓壓力容易被釋放，不會發(fā)生更大的爆炸。但某些產(chǎn)品為了節(jié)約成本省去了防爆槽的工序。
2.二氧化錳。二氧化錳是鉭電容所使用的陰極材料。二氧化錳是固體，傳導(dǎo)方式為電子導(dǎo)電，導(dǎo)電率是電解液離子導(dǎo)電的十倍（0.1S/CM），所以ESR比電解液低。所以，傳統(tǒng)上大家覺得鉭電容比鋁電容好得多，同時固體電解質(zhì)也沒有泄露的危險。此外二氧化錳的耐高溫特性也比較好，能耐的瞬間溫度在500度左右。二氧化錳的缺點在于在極性接反的情況下容易產(chǎn)生高溫，在高溫環(huán)境下釋放出氧氣，同時五氧化二鉭介質(zhì)層發(fā)生晶質(zhì)變化，變脆產(chǎn)生裂縫，氧氣沿著裂縫和鉭粉混合發(fā)生爆炸。另外這種陰極材料的價格也比較貴。（和鋁電解液電容相比，雖然都是爆炸，可原理卻不一樣，有多少人能注意到這點呢？）
傳統(tǒng)上認(rèn)為鉭電容比鋁電容性能好 主要是由于鉭加上二氧化錳陰極助威后才有明顯好于鋁電解液電容的表現(xiàn)。如果把鋁電解液電容的陰極更換為二氧化錳， 那么它的性能其實也能提升不少。
3．接下來我們就要引出一種革命性的陰極——TCNQ。TCNQ是一種有機(jī)半導(dǎo)體，是一種絡(luò)合鹽。TCNQ在電容方面的應(yīng)用，是在90年代中后期才出現(xiàn)的，它的出現(xiàn)代表著電解電容技術(shù)革命的開始。TCNQ是一種有機(jī)半導(dǎo)體，因此使用TCNQ的電容也叫做有機(jī)半導(dǎo)體電容，例如早期的三洋OSCON產(chǎn)品。TCNQ的出現(xiàn)，使電解電容的性能可以直接挑戰(zhàn)傳統(tǒng)陶瓷電容霸占的很多領(lǐng)域，使電解電容的工作頻率由以前的20KHZ直接上升到了1MHZ。TCNQ的出現(xiàn)，使過去按照陽極劃分電解電容性能的方法也過時了。因為即使是陽極為鋁的鋁電解電容，如果使用了TCNQ作為陰極材質(zhì)的話，其性能照樣比傳統(tǒng)鉭電容（鉭+二氧化錳）好得多。TCNQ的導(dǎo)電方式也是電子導(dǎo)電，其導(dǎo)電率為1S/CM，是電解液的100倍，二氧化錳的10倍。
紫色為TCNQ電容（SANYO）
使用TCNQ作為陰極的有機(jī)半導(dǎo)體電容，其性能非常穩(wěn)定，也比較廉價。不過它的熱阻性能不好，其熔解溫度只有230-240攝氏度，所以有機(jī)半導(dǎo)體電容一般很少用SMT貼片工藝制造，因為無法通過波峰焊工藝，所以我們看到的有機(jī)半導(dǎo)體電容基本都是插件式安裝的。TCNQ還有一個不足之處就是對環(huán)境的污染。由于TCNQ是一種氰化物，在高溫時容易揮發(fā)出劇毒的氰氣，因此在生產(chǎn)和使用中會有限制。
4．如果說TCNQ是電解電容革命的開始的話，那么真正的革命的主角當(dāng)屬PPY（聚吡咯）以及PEDT這類固體聚合物導(dǎo)體。
著名的SANYO OSCON SVP系列鋁固體聚合物導(dǎo)體電容
70年代末人們發(fā)現(xiàn)，使用攙雜法可以獲得優(yōu)良的導(dǎo)電聚合物材料，從而引發(fā)了一場聚合物導(dǎo)體的技術(shù)革命。1985年，小日本首次開發(fā)了聚吡咯膜，如果使用復(fù)合法的話，可以使其導(dǎo)電率達(dá)到銅和銀的水平，但它又不是金屬而相當(dāng)于工程塑料，附著性比金屬好，同時價格也比銅和銀低很多，此外，在受力情況下，其導(dǎo)電率還會產(chǎn)生變化（其特性很像人的神經(jīng)系統(tǒng)）。這無疑是電容研發(fā)者夢寐以求的陰極材質(zhì)。2000年，美國人因為發(fā)明了大規(guī)模制造PPY聚吡咯膜的方法，而獲得了當(dāng)年的諾貝爾化學(xué)獎，其重要性可見一斑。聚吡咯的用途非常廣泛，從隱形戰(zhàn)斗機(jī)到人工手，以及顯示器和電池、電容等等。聚吡咯的研發(fā)實力，可以反映出一個國家的化學(xué)水平，而我國的西安交通大學(xué)和成都電子科技大學(xué)在這方面比較突出。
三洋CVEX 固體聚合物導(dǎo)體+電解液混合電容 注意防爆槽
使用PPY聚吡咯和PEDT做為陰極材料的電容，叫做固體聚合物導(dǎo)體電容。其電導(dǎo)率可以達(dá)到100S/CM，這是TCNQ鹽的100倍，是電解液的10000倍，同時也沒有污染。固體聚合物導(dǎo)體電容的溫度特性也比較好，可以忍耐300度以上的高溫，因此可以使用SMT貼片工藝安裝，也適合大規(guī)模生產(chǎn)。固體聚合物導(dǎo)體電容的安全性較好，當(dāng)遇到高溫的時候，電解質(zhì)只是熔化而不會產(chǎn)生爆炸，因此它不像普通鋁電解液電容那樣開有防爆槽（三洋有一種CVEX電容，陰極為固體聚合物導(dǎo)體加電解液的混合型，因此也有防爆槽）。固體聚合物導(dǎo)體電容的缺陷在于其價格相對偏高，同時耐電壓性能不強(qiáng)。
GF 6800U使用的CHEMICON PS/16V電容 無防爆槽
最新銳的GF 6800 Ultra顯卡，在NVIDIA公版上就使用了CHEMICON PS/16V固體聚合物導(dǎo)體電容。我看到有些“高手”對此不屑一顧，說16V算什么？確實，和使用電解液為陰極的電容相比，16V確實不算什么。但是在16伏特電壓下，它的ESR性能不是一般的電解液電容所能達(dá)到的，因此才被應(yīng)用到GF 6800 Ultra這樣的頂級顯卡上。
小地：使用不同的陽極和陰極材料可以組合成多種規(guī)格的電解電容，是嗎？
華巨：是這樣的；旧纤薪M合都可以。例如鉭電解電容也可以使用固體聚合物導(dǎo)體做為陰極，而鋁電解電容既可以使用電解液，也可以使用TCNQ、PPY和PEDT等等。現(xiàn)在新型的鉭電容也采用了PPY和PEDT這類固體聚合物導(dǎo)體做陰極，因此性能進(jìn)步很多，也沒有以往二氧化錳陰極易爆炸的危險。如今最好的鉭聚合物電容的ESR可以達(dá)到5毫歐姆。這類性能高、體積小的鉭聚合物電容一般使用手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等一些對體積要求較高的設(shè)備上。
小地：你剛才提到了有些電容不適合SMT貼片工藝，請問是否使用SMT，對性能會帶來什么影響？
華巨：無論是插件還是貼片式的安裝工藝，電容本身都是直立于PCB的，根本的區(qū)別方式是SMT貼片工藝安裝的電容，有黑色的橡膠底座。SMT的好處主要在于生產(chǎn)方面，其自動化程度高，精度也高，在運輸途中不像插件式那樣容易受損。但是SMT貼片工藝安裝，需要波峰焊工藝處理，電容經(jīng)過高溫之后可能會影響性能，尤其是陰極采用電解液的電容，經(jīng)過高溫后電解液可能會干枯。插件工藝的安裝成本低，因此在同樣成本下，電容本身的性能可以更好一些。由于歐美工廠的機(jī)械成本低而人工比較貴，所以大部分傾向于SMT貼片制造。而國內(nèi)工廠的人工較便宜，所以廠商更愿意使用插件式安裝。
在性能方面，插件式電容對頻率的適應(yīng)性差一些，不過不到500MHz以上的頻率是很難體現(xiàn)出差異的。使用插件式安裝的電容中也有很好的產(chǎn)品，例如CHEMICON的PS系列有一部分就是使用插件式的。
主板上的電容大多有“皮”
小地：有塑料外皮的電容和沒有外皮的鋁殼電容，性質(zhì)上有什么區(qū)別嗎？為什么主板上大都使用前者？
新款主板開始使用鋁聚合物高檔電容
華巨：所有的直立式電容都是鋁殼電容。只不過有一部分電容外面包了PVC薄膜，這樣對溫度的適應(yīng)性會好一點，但是這樣做會污染環(huán)境，所以現(xiàn)在的電容都很少使用了。從成本上將，有塑料外皮的電容對鋁殼要求低，成本會低一些。主板產(chǎn)品因為面積大，可以用穩(wěn)壓電源，這樣開關(guān)頻率相對較低，所以沒必要太好的電容，而顯卡因為面積小，對電容要求就高。不過現(xiàn)在很多新款主板也開始用比較高檔的電容了。
電解電容陰極材質(zhì)性能特性對比 | |||||
陰極材質(zhì) | 電解液 | 二氧化錳 | TCNQ | 固體聚合物導(dǎo)體（PPY/PEDT） | 固體聚合物導(dǎo)體+電解液（CVEX混合型） |
導(dǎo)電率 | 0.01S/CM | 0.1S/CM | 1S/CM | 100S/CM | 100S+0.01S/CM |
導(dǎo)電方式 | 離子導(dǎo)電 | 電子導(dǎo)電 | 電子導(dǎo)電 | 電子導(dǎo)電 | 電子+離子導(dǎo)電 |
熱阻性能 | 260度 | 500度 | 230度（不適合SMT貼片） | 300度 | 260度 |
優(yōu)點 | 價格最便宜，耐壓性優(yōu)良，有自愈特性 | 性能穩(wěn)定 | 價格相對便宜，導(dǎo)電率高，綜合性能較好 | 無污染，不會爆炸，良好的溫度特性，LOW ESR值 | 具備固體聚合物導(dǎo)體電容和電解液電容的一切優(yōu)點與缺點 |
缺點 | 受溫度影響巨大，ESR高，安全性不高 | 容易污染，安全性不高，價格也比較貴 | 不耐高溫，有污染，耐電壓值低 | 價格昂貴 沒有自愈特性，耐電壓值低 | |
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。 這個表格體現(xiàn)的是在頻率逐步提升的情況下，不同種類電容的性能變化。可以看出，當(dāng)頻率達(dá)到10KHz以上的時候鋁聚合物導(dǎo)體電容的ESR值繼續(xù)保持在較低的水平，當(dāng)達(dá)到100KHz的時候，其ESR值低于其它所有類型的電容，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），而該電容的容量僅為47μF。到了1MHZ，鋁聚合物導(dǎo)體電容優(yōu)勢更明顯。
以上這4個表格代表的是陶瓷電容（左邊兩個表格）和TCNQ有機(jī)半導(dǎo)體電容（右邊兩個表格），在施加電壓為0V（上表）和20V（下表）的兩種情況下，其ESR值的波動？梢钥闯觯沾呻娙菰20V電壓，頻率接近100KHz的時候ESR出現(xiàn)了劇烈的波動。而TCNQ電容的ESR值則保持平滑的曲線。新電解材料的使用使電解電容在某些方面比電容的王者陶瓷電容更有優(yōu)勢。 
當(dāng)極性接反并施加2倍額定電壓和20A電流時不同陰極鉭電容的反映：如上圖，使用二氧化錳為陰極的鉭二氧化錳電容全部爆炸，而使用PPY為陰極的鉭固體聚合物電容雖然全部報廢，但表面無損。這反映了二氧化錳陰極電容和聚合物電容在安全性上的差異。鉭電解電容簡介
固體鉭電容器是1956年由美國貝樂試驗室首先研制成功的，它的性能優(yōu)異，是所有電容器中體積小而又能達(dá)到較大電容量的產(chǎn)品。鉭電容器外形多種多樣，并容易制成適于表面貼裝的小型和片型元件。適應(yīng)了目前電子技術(shù)自動化和小型化發(fā)展的需要。雖然鉭原料稀缺，鉭電容價格較昂貴，但由于大量采用高比容鉭粉（30KuF.g-100KuF.V/g)，加上對電容器制造工藝的改進(jìn)和完善，鉭電解電容器還是得到了迅速的發(fā)展，使用范圍日益廣泛。鉭電容器不僅在軍事通訊，航天等領(lǐng)域廣泛使用，而且使用范圍還在向工業(yè)控制，影視設(shè)備、通訊儀表等產(chǎn)品中大量使用。
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)合成一個整體，不能單獨存在。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程中，具有自動修補或隔絕氧化膜中的疵點所在的性能，使氧化膜介質(zhì)隨時得到加固和恢復(fù)其應(yīng)有的絕緣能力，而不致遭到連續(xù)的累積性破壞。這種獨特自愈性能，保證了其長壽命和可靠性的優(yōu)勢。
鉭電解電容器具有非常高的工作電場強(qiáng)度，并較任何類型電容器都大，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爭對手。
具有單向?qū)щ娦裕此^有“極性”，應(yīng)用時應(yīng)按電源的正、負(fù)方向接入電流，電容器的陽極（正極）接電源“+”極，陰極（負(fù)極）接電源的“-”極；如果接錯不僅電容器發(fā)揮不了作用，而且漏電流很大，短時間內(nèi)芯子就會發(fā)熱，破壞氧化膜隨即失效。
工作電壓有一定的上限平值，但這方面的缺點對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，使用壽命長的電子元件，它的失效率正常時可達(dá)七級。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程中剔除。因此只有隨機(jī)失效的可能性。而這種無效即有制造工藝控制問題，還常常伴隨產(chǎn)品在使用過程的不當(dāng)或超載所致，綜合說來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，記號旁路，耦合與退耦以及作時間常數(shù)元件等。在應(yīng)用中要注意其性能特點，正確使用會有助于充分發(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)會影響產(chǎn)品的工作壽命。
燒結(jié)型固體 電解質(zhì)片狀鉭電容器
燒結(jié)型固體電解質(zhì)柱狀樹脂包封鉭電容器
燒結(jié)型固體電解質(zhì)金屬殼鉭電容器
燒結(jié)型液體電解質(zhì)金屬殼鉭電容器
燒結(jié)型固體電解質(zhì)端帽式鉭電容器
貼片電容的種類和特點
單片陶瓷電容器(通稱貼片電容)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來介紹一下它們的性能和應(yīng)用以及采購中應(yīng)注意的訂貨事項以引起大家的注意。不同的公司對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)品請參照該公司的產(chǎn)品手冊。
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應(yīng)根據(jù)電容器在電路中作用不同來選用不同的電容器。
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。在溫度從-55℃到+125℃時容量變化為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%,相對大于±2%的薄膜電容來說是可以忽略不計的。其典型的容量相對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。
封 裝 DC=50V DC=100V
0805 0.5---1000pF 0.5---820pF
1206 0.5---1200pF 0.5---1800pF
1210 560---5600pF 560---2700pF
2225 1000pF---0.033μF 1000pF---0.018μF
NPO電容器適合用于振蕩器、諧振器的槽路電容,以及高頻電路中的耦合電容。
二 X7R電容器
X7R電容器被稱為溫度穩(wěn)定型的陶瓷電容器。當(dāng)溫度在-55℃到+125℃時其容量變化為15%,需要注意的是此時電容器容量變化是非線性的。
X7R電容器的容量在不同的電壓和頻率條件下是不同的,它也隨時間的變化而變化,大約每10年變化1%ΔC,表現(xiàn)為10年變化了約5%。
X7R電容器主要應(yīng)用于要求不高的工業(yè)應(yīng)用,而且當(dāng)電壓變化時其容量變化是可以接受的條件下。它的主要特點是在相同的體積下電容量可以做的比較大。下表給出了X7R電容器可選取的容量范圍。
封 裝 DC=50V DC=100V
0805 330pF---0.056μF 330pF---0.012μF
1206 1000pF---0.15μF 1000pF---0.047μF
1210 1000pF---0.22μF 1000pF---0.1μF
2225 0.01μF---1μF 0.01μF---0.56μF
三 Z5U電容器
Z5U電容器稱為”通用”陶瓷單片電容器。這里首先需要考慮的是使用溫度范圍,對于Z5U電容器主要的是它的小尺寸和低成本。對于上述三種陶瓷單片電容起來說在相同的體積下Z5U電容器有最大的電容量。但它的電容量受環(huán)境和工作條件影響較大,它的老化率最大可達(dá)每10年下降5%。
盡管它的容量不穩(wěn)定,由于它具有小體積、等效串聯(lián)電感（ESL）和等效串聯(lián)電阻（ESR）低、良好的頻率響應(yīng),使其具有廣泛的應(yīng)用范圍。尤其是在退耦電路的應(yīng)用中。下表給出了Z5U電容器的取值范圍。
封 裝 DC=25V DC=50V
0805 0.01μF---0.12μF 0.01μF---0.1μF
1206 0.01μF---0.33μF 0.01μF---0.27μF
1210 0.01μF---0.68μF 0.01μF---0.47μF
2225 0.01μF---1μF 0.01μF---1μF
Z5U電容器的其他技術(shù)指標(biāo)如下:
工作溫度范圍 +10℃ --- +85℃
溫度特性 +22% ---- -56%
介質(zhì)損耗 最大 4%
四 Y5V電容器
Y5V電容器是一種有一定溫度限制的通用電容器,在-30℃到85℃范圍內(nèi)其容量變化可達(dá)+22%到-82%。
Y5V的高介電常數(shù)允許在較小的物理尺寸下制造出高達(dá)4.7μF電容器。
Y5V電容器的取值范圍如下表所示
封 裝 DC=25V DC=50V
0805 0.01μF---0.39μF 0.01μF---0.1μF
1206 0.01μF---1μF 0.01μF---0.33μF
1210 0.1μF---1.5μF 0.01μF---0.47μF
2225 0.68μF---2.2μF 0.68μF---1.5μF
Y5V電容器的其他技術(shù)指標(biāo)如下:
工作溫度范圍 -30℃ --- +85℃
溫度特性 +22% ---- -82%
介質(zhì)損耗 最大 5%
華巨：技術(shù)的發(fā)展是日新月益的，前幾年我還在為電解電容能否工作在音頻（20KHZ）上和人爭執(zhí)，轉(zhuǎn)眼現(xiàn)在新電解電容都在挑戰(zhàn)20MHZ了。這幾年我遇到無數(shù)設(shè)計上因為電容選擇錯誤而導(dǎo)致惡性后果的事件（比如耕宇4200顯卡花屏退貨，XX廠主板電容爆漿），也看到不少廠商和所謂“高手”在電容上誤導(dǎo)消費者。
最令人擔(dān)心的是現(xiàn)在很多電子設(shè)計人員都沒能注意到電容的地位越來越舉足輕重，技術(shù)的發(fā)展已使電容脫胎換骨了，忽視對它們的研究是很危險的。還好我們國家還是有不少真正的人才在關(guān)注（比如西安交大和電子科大）。為了讓我們在基礎(chǔ)電子領(lǐng)域不落后先進(jìn)國家太遠(yuǎn)，筆者斗膽寫點科普的東西（真正的研究人員往往不屑做）。
在搜集了兩年資料以及利用筆者可以參考內(nèi)部資料的特權(quán)（基本上很多電容廠對配方和材質(zhì)都是保密的，小日本尤其如此）后寫就此文，希望讀者特別是年輕讀者能抓緊時間投入到基礎(chǔ)研究中去，特別感謝PCPOP小地和李想以及我的朋友谷毅等人的大力協(xié)助，沒有他們的幫忙我不可能那么勤奮地準(zhǔn)備文章，僅以此文獻(xiàn)給廣大讀者和那些為我國基礎(chǔ)電子產(chǎn)業(yè)默默奉獻(xiàn)的棟梁。
本篇主要講解電容的基礎(chǔ)知識，例如各個種類的電容及其基本性能等等。在下篇當(dāng)中，我們的文章內(nèi)容將由理論轉(zhuǎn)為實戰(zhàn)。我們將會大家介紹電容的制造過程，以及具體幾款電容的性能、設(shè)計實例等等。最后，我們還將為大家介紹常見的電容品牌的特色。請大家期待
編輯：admin 最后修改時間：2017-09-05
