走出误区-解析电容器

我爱小黑 · 发表于 2010-10-2 16:13:41

马上注册，结交更多好友，享用更多功能。

您需要登录才可以查看，没有账号？立即注册

x

本帖最后由我爱小黑于 2010-10-2 16:23 编辑

电容器深入解析走出理解误区（一）

　　电容器的类型通常以电介质的种类作为区分标准。严格来说电容器的种类很多，不过由于很多种类在日常生活中使用极少或者可以被其他类所取代，所以笔者在此仅介绍现代最常用的几种类型。当前常见的电容器可以分为五大类：云母电容器、陶瓷电容器、薄膜电容器、电解电容器、可调电容器。
云母电容器

云母电容器的结构很简单，它由金属箔片和薄云母层交错层叠而成。金属箔构成极板，层叠的金属箔连接在一起以增加极板面积，层数越多电容也就越大。由于其性价比较低以及新型电容器的出现，目前云母电容器已经很少在电脑板卡上使用。
　　云母电容器通常的容值范围可从1pF至0.1μF，额定电压可从100V至2500V直流电压。常见的温度系数范围从-20 ppm/°C至+100 ppm/°C。云母的典型介电常数为5。

陶瓷电容器

陶瓷电容器的基本结构和云母电容器十分相似，只不过电介质由云母变成了陶瓷薄片。我们在板卡上常见的陶瓷电容器通常为贴片式，特别是在一些高端显卡上拥有很高的上镜率。由于陶瓷的介电常数极高（1200），尽管其绝缘强度稍弱于云母（约为云母的2/3），但依然可以在电介质较厚（极板间距较大）的情况下获得较高的电容值。电介质厚度增加使得陶瓷电容的额定电压普遍很高。
　　陶瓷电容器通常容值为1pF至2.2μF，额定电压可达6000V。陶瓷电容器典型的温度系数为200000 ppm/°C。

薄膜电容器

薄膜电容器以塑料薄膜为电介质，因此也被称为塑料膜电容器。聚碳酸酯、丙烯、聚酰胺酯、聚苯乙烯、聚丙烯和聚酯薄膜都是常用的绝缘材料。
　　关于薄膜电容器，恐怕音频发烧友对其的了解会远比我们这些电脑爱好者更多。薄膜电容的容抗通常很高，频率响应范围广而且介质损耗很小。这些优秀的特性令其经常出现在模拟电路的信号耦合部分，在音响设备中我们经常能见到它们的身影。关于介质损耗等性能元素将在本文的第二部分中进行详细阐述。

电解电容器

电解电容器是使用最广泛的电容器，也是最受人们关注的电容器。我们在板卡上常见的那些“烟囱”均为电解电容器。电解电容器会被极化，一个极板为正，而另一个极板为负。这类电容器拥有很高的电容值，范围通常从1μF至200000μF。但是它们的击穿电压相对较低，通常所能做到的最大击穿电压为350V。

电解电容器通常是由金属箔（铝/钽）作为正电极，金属箔的绝缘氧化层（氧化铝/钽五氧化物）作为电介质，电解电容器以其正电极的不同分为铝电解电容器和钽电解电容器。铝电解电容器的负电极由浸过电解质液（液态电解质）的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成；钽电解电容器的负电极通常采用二氧化锰。由于均以电解质作为负电极（注意和电介质区分），电解电容器因而得名。
　　注：由于电解电容器是有极性的电容器，在使用时一定要注意极性。若电解电容器反接可能会引起爆炸。
　　那么人们常说的“液态电容”与“固态电容”、“加套电容”和“铝壳电容”是怎么回事呢？其实，它们均为指铝电解电容器。所谓“液态”或“固态”是指电解质的形态。由于液态电解质在高温下容易大幅度膨胀，为了安全通常会在电容器顶部留有防爆槽（防止爆炸并非防爆浆），让电解质可以渗漏出来以避免爆炸，这就出现了“电容爆浆”。这个设计就好像当年的高压锅上的保险垫片。而固态电解质基本不用担心这个问题，只要将空气抽净基本不会因受热膨胀发生爆炸，所以此类电容器一般没有防爆槽。

上“铝壳”、下“加套”；左“固态”、右“液态”
　　至于“加套电容”和“铝壳电容”，本是想表达“液态电容”与“固态电容”，这纯粹是一种因直接感性认知而产生的概念。电解电容器的外壳通常都是铝制，但是多数有塑料外套的电容均为液态电解质，而固态电解质电容的铝制外壳较为美观，因此人们产生了这样的说法。
　　除了我们在板卡上常见的传统电解电容器之外，近年来有一种名为双电层电解电容器（法拉电容器）的新型元件逐渐受到关注。这种电容器只有一个固体电极板，它是利用了液体电解液与固体电极相界面上形成的双电层来存储电荷，也就是说电解液本身充当了另一个电极。由于液体与固体的接触界面上形成的双电层间距极其微小（即极板间距极小），所以它的等效电容量可以比传统的电解电容器大的多，足以达到法拉级（甚至可以达到数万法拉）。
　　此类电容器得巨大容量使其完全可以作为电池使用。不过相比采用电化学原理的电池，双电层电解电容器的充放电过程完全没有涉及化学物质的变化，这种“物理电池”理论上可以经受无限次充放电循环，而且充电速度和能量转化率也远远高于普通化学电池。但毕竟金无足赤，人无完人，由于双电层间距极小，因此其耐压能力很弱，一般不会超过20V。

可调电容器
可调电容器通常是以改变极板间距为原理来调整电容器容量的。电脑用户可能不大会接触到此类电容器，在此就不详细阐述了。

误区
　　1．电容器的外形可以决定类型？
　　这个话题再次出现在我们面前。在了解电容器的构造之后，相信各位对此有了更深的理解。电容器的类型是由其内在决定的，某种程度上也可以说是由电介质决定的。每种电容器通常都具有多种姿态各异的外形并且多数为共通外形。

左起依次为：陶瓷电容器、薄膜电容器、钽电解电容器。你能分辨出么？

　　2．防爆槽能决定电解质的形态？

尽管有防爆槽，但其实它是固态电容
　　电解质的形态和防爆槽没有绝对的联系。尽管通常使用液态电解质的电容器都拥有防爆槽，不过富士通的早期固态电解质电容器也保留了防爆槽（已经停产），当然，此时的防爆槽仅仅是摆设。
　　同时还有一些不良厂商给液态电解质电容器硬加上一个完全密封的外壳。这种鱼目混珠的做法不仅构成了欺诈，同时还铸成了极大的隐患。此时如果发生电解液膨胀，将发生的不再是爆浆而是爆炸！

　　3．固态电解质电容器一定比液态好？

　　现在的主板和显卡正大兴全固态风潮，那么是否固态电解质电容必然比液态电解质电容优秀呢？答案是否定的。电容器性能的优劣并不决定于电解质的形态，而是由一系列性能指标决定的，这些性能指标甚至还存在一定的互相制约，再加上产品种类繁多且性能参差不齐，简单用电解质形态来评价其优劣是不合适的。至于所用电解质是有机半导体还是高分子聚合物更无足轻重。
　　关于电容器的优劣衡量并不能简单一句话作出结论，笔者将在本文的第二部分详细讲述。

　　4．音频相关电路最好使用液态电解质电容？

经典的Creative Sound Blaster Live! 5.1
　　目前流传着这样一个说法，就是主板的音频相关的部分以及声卡都应该使用液态电解质电容，其依据是当年的独立声卡均使用液态电解质电容。应该说这是一个想当然的说法。
　　这个误会产生的原因主要有两个。首先，由于板载声音芯片的普及，特别是HD Audio的普及，独立声卡已经逐渐淡出人们的视线。我们经常谈论的独立声卡都已经是上世纪的产物，像经典的Creative Sound Blaster Live! 5.1声卡已经有近10年的历史。在当年，电容器产业的发达程度远不如今日，以当时的设计标准来衡量今日的产品是不合适的。其次，电解质的形态不能够完全决定电容器性能，电容器在发挥不同作用时，对其各种指标的要求也不同。事实上今日更受音频发烧友喜爱的应该是薄膜电容器和电解电容器的组合，有些顶级发烧友甚至追求法拉电容器。华硕近日也推出了一款完全采用陶瓷电容器、固态电解质电容器和薄膜电容器的高端声卡产品Xonar D2。

华硕Xonar D2

　　5．钽电解电容绝对优于铝电解电容？
　　不少朋友很追捧钽电解电容，认为钽电解电容比铝电解电容优秀。确实，钽电解电容温度特性、频率特性和可靠性均优于铝电解电容器，但是在容量和耐压方面就弱于铝电解电容器。同时，钽电容器具有半导体效应，非线性引起的失真较大，不宜在强信号的音响电路中使用，特别是藕合电路。但由于其频率特性好，很适合于数字解码电路。