最深入的電容知識講解(上)
入門什么是電容？
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——萬鵬先生以對話的形式進行。本文的主體內(nèi)容均由萬鵬先生提供。
萬鵬簡介：95年開始接觸顯卡，97年開始在《電腦報》、《微型計算機》上發(fā)表文章，99年進入耕宇公司，目前任職耕宇公司市場部，PCPOP技術(shù)顧問。曾用筆名：ECLIPSE、INTENSE、萬大善人。
小地：OK，萬鵬先生，先向我們介紹一下，什么是電容？
萬鵬：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，大到航天飛機、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。
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?br>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)的電路進行系統(tǒng)調(diào)諧，比如手機、收音機、電視機。
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，一個電容儲存的電能可以供一個手機使用一天。
小地總結(jié)：看完這章，大家可能開始對電容感興趣了。
認知電容的種類
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？
萬鵬：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。這當中可分為無機介質(zhì)電容器、有機介質(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)常看到陶瓷電容。陶瓷電容的綜合性能很好，可以應(yīng)用GHz級別的超高頻器件上，比如CPU/GPU。當然，它的價格也很貴。
有機介質(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。
深入電解電容的性能特點
小地：我認為電解電容和DIY玩家的關(guān)系最密切，那么，請繼續(xù)為我們介紹它吧。
萬鵬：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)品的性能已達到無機電容器的水準，電解電容正在替換某些無機和有機介質(zhì)電容器。電解電容的使用范圍相當廣泛，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、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。
透過陽極看電解電容
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？
萬鵬：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?。浚?/p>
是否有橡膠底座，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遠小于陰極。
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。
