電子發(fā)燒友網(wǎng)核心提示：隨著主板顯卡集成度越來(lái)越高，各品牌在PCB上可施展的空間越來(lái)越小，這時(shí)供電部分自然成為各品牌研發(fā)者的自留地，而對(duì)于供電部分來(lái)說(shuō)，電感、電容、MOS是三個(gè)必備的器件，很多網(wǎng)友也通過(guò)觀察這里來(lái)判斷主板或者顯卡做工是否實(shí)在。這篇文章我們從幾個(gè)小點(diǎn)入手為大家介紹電容的相關(guān)趣聞。

　　在電源或其他大功率設(shè)備中的高壓側(cè)常會(huì)出現(xiàn)大電容，尺寸的特殊讓我們一眼注意到它，就拿最近我們剛剛測(cè)試過(guò)的電源來(lái)說(shuō)，是一枚日本化工出品270uF容量，450V耐壓，105攝氏度耐溫的電容。電容可以存儲(chǔ)能量，這讓我們馬上聯(lián)想到了另一種可以存儲(chǔ)能量的東西：電池。如果只從能量角度看，電容和同尺寸的堿性電池誰(shuí)的容量大呢？一起來(lái)算一下： 電容的直徑30mm，高度30mm，一號(hào)堿性電池的直徑32mm，高度59mm。所以兩顆圖中的電容差不多等于一個(gè)1號(hào)電池的體積了。 一、圖中電容。按電容儲(chǔ)能的公式：0.5*0.00027*450*450=27.3焦耳，兩顆就是54.5焦。 二、堿性電池。電量按8000毫安時(shí)算，電壓1.5V，就是43200焦耳。 所以即便用碳性電池，能量密度也遠(yuǎn)高于電容。

　　問(wèn)題：圖中鋁電解電容的容值是多少？ 答：8200uF。 這樣回答并不能算完全正確，因?yàn)檫@個(gè)值只是在特定溫度和特定頻率下標(biāo)定的，比如120Hz頻率的電路在20攝氏度溫度下電容至少可以保證有8200uF的容值。如果在其他溫度下情況就不一定了，規(guī)律是溫度升高容量會(huì)增加，85攝氏度時(shí)容量超過(guò)標(biāo)稱10%左右；低溫下電容量減少，對(duì)于高壓電容來(lái)說(shuō)在零下40℃的環(huán)境中容量減少40%都是有可能的。所以冬季對(duì)用了很久的PC電源來(lái)說(shuō)是一個(gè)考驗(yàn)，時(shí)間久里面的電解液會(huì)蒸發(fā)一些造成容值下降，溫度低也會(huì)造成高壓電容的容值大幅度下降，雪上加霜，出問(wèn)題的幾率就大了。 說(shuō)到電量，電池也是如此，充電電池經(jīng)常用多少多少毫安時(shí)來(lái)形容容量，實(shí)際上不規(guī)定放電截止電壓，不規(guī)定放電電流，容量也是一個(gè)上下浮動(dòng)很大的值。

　　在濾波電路中我們會(huì)用到電容，剛才說(shuō)過(guò)溫度過(guò)低的話容量會(huì)減少，那么為了防止壽命后期或者低溫造成容值減少達(dá)不到濾波效果，我們可以增加使用電容。但如果你不考慮電容的工作頻率的話，增加多少顆電容也是沒(méi)用的，在極端條件下電容會(huì)變成了電感，至于原因解釋起來(lái)有點(diǎn)多，感興趣的網(wǎng)友可以繼續(xù)看后面兩頁(yè)，如果只想知道結(jié)論，那就是： 電路的工作頻率很高時(shí)，寄生電感（ESL）的效應(yīng)將蓋過(guò)電容的容性，讓一顆電容呈現(xiàn)感性，如果頻率繼續(xù)增加，感性也將繼續(xù)增加。這就是電容變成電感的解釋。 對(duì)于鋁電解電容來(lái)說(shuō)工作頻率一般不會(huì)工作在超過(guò)800KHz以上的頻率。

　　大部分圖中樣式的鋁電解電容長(zhǎng)一些的腳是負(fù)極，短腳是正極。如果切開(kāi)一個(gè)電容你會(huì)覺(jué)得里面好像是一團(tuán)致密的紙卷，就像……手紙。這卷“手紙”由3種不同的薄膜卷成，一種是正極鋁箔，一種是負(fù)極鋁箔，一種是絕緣層隔（隔開(kāi)正負(fù)極）。卷好以后正極引腳接在正極鋁箔上，負(fù)極接在負(fù)極鋁箔上，有時(shí)電容外殼就是負(fù)極，所以負(fù)極也會(huì)接在外殼上。而凡是有金屬導(dǎo)線的地方都會(huì)存在電感，一般工程上按每英寸（2.5厘米）存在20nH（一億分之二亨利）估算。 我們圖中使用的是插件式電容，即便插緊在PCB上了，電容內(nèi)部從鋁箔到膠塞間仍然存在一段引腳，所以寄生電感比那些貼片（SMT）的電感要高。這些電感雖然很小，但到了一定條件下我們并不能忽略，這種電感在電容的模型中稱之為等效串聯(lián)電感（ESL）。 圖中還有一行字：“所有部分都有電阻”，所以除了寄生在物理尺寸上的電感外，電容上還有電阻存在，而且在大部分工程設(shè)計(jì)或考察電容供應(yīng)商產(chǎn)品好壞時(shí)考慮這種電阻的效應(yīng)遠(yuǎn)多于ESL，這種電阻稱之為串聯(lián)等效電阻（ESR）。 結(jié)論：現(xiàn)實(shí)生活里的電容不止體現(xiàn)容性，還有寄生在物理尺寸上的電感和電阻。

　　如不感興趣可以跳過(guò)這頁(yè)，這里更詳細(xì)的解釋了實(shí)際使用中電容呈現(xiàn)感性的原因。下方公式里各個(gè)符號(hào)的意義是：j為復(fù)數(shù)單位1（平方為-1），ESL的電感值為L(zhǎng)，電容容值為C，ESR的阻值為R，ω=2πf，f是頻率，所以ω代表了頻率。 在交流電電路中我們也試圖描述電路中元件對(duì)電流的阻礙作用，在直流電路中這種阻礙被稱之為電阻，交流電中稱之為“阻抗”。讓我們用交流電中常用的表達(dá)式寫(xiě)出每個(gè)元件的阻抗。 電感的單獨(dú)存在會(huì)讓電流落后電壓90度，用jωL表示；電容的單獨(dú)存在會(huì)讓電壓落后電流90度，用jωC的倒數(shù)表示。電阻單獨(dú)存在時(shí)電壓和電流總是同步的，用R表示。 如果電阻、電容、電感串聯(lián)的話，電流會(huì)落后電壓還是會(huì)領(lǐng)先電壓的變化？這個(gè)問(wèn)題等于在問(wèn)：這個(gè)電路是呈現(xiàn)容性還是感性呢？ 而這個(gè)串聯(lián)電路正好是我們所說(shuō)的“現(xiàn)實(shí)中的電容模型”，他到底呈現(xiàn)出感性還是容性全靠上圖括號(hào)內(nèi)值的正負(fù)。 我們來(lái)看括號(hào)里的內(nèi)容，ω增大（也就是頻率增大），第一項(xiàng)ωL會(huì)增大，第二項(xiàng)因?yàn)榉帜冈龃髸?huì)變小，對(duì)于電容來(lái)說(shuō)最初括號(hào)里的值是小于零的，隨著頻率ω增長(zhǎng)，括號(hào)里的值會(huì)等于零，這時(shí)電容自身的容性剛好抵消了寄生電感的感性，如果電路的頻率繼續(xù)增加，這個(gè)電容就會(huì)變成電感。比如鋁電解電容在1MHz頻率的電路中大都免不了呈現(xiàn)感性。下一頁(yè)說(shuō)ESR的效應(yīng)。

　　這張圖是2009年老圖，圖中的電路是音箱輸出電路，圖中圈出了隔直電容。這個(gè)電容的容值300uF，40V耐壓，ESR為0.1歐姆。 現(xiàn)在我們換用一個(gè)ESR為6歐姆其他參數(shù)一樣的電容做對(duì)比，兩個(gè)電容輸出功率的曲線已經(jīng)標(biāo)在圖中。看圖說(shuō)話。 你會(huì)聽(tīng)到在播放100Hz以下（低頻時(shí)）聲音時(shí)，不論使用哪顆電容輸出功率的差距都很小，也就是說(shuō)音箱放低音時(shí)音量并沒(méi)有很大變化。但如果音箱在放高頻聲音，比如1000Hz的聲音時(shí)（高頻時(shí)），采用ESR 0.1歐姆電容的音箱音量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于采用ESR 6歐姆的音箱。實(shí)際上1000Hz的音高是音樂(lè)中很常見(jiàn)的中高頻聲音，如不選用良好的電容，用這個(gè)音箱聽(tīng)歌就好像沒(méi)有了高音區(qū)那樣。圖中采用ESR 0.1歐姆的音箱比采用ESR 6歐姆的音箱在播放1000Hz聲音時(shí)輸出功率相差4瓦，這4瓦就是熱損耗。 有時(shí)ESR也會(huì)當(dāng)做一種特性使用，如果你就是不想聽(tīng)高音，那么選擇ESR大的電容輸出就好。 圖中舉的例子比較極端，因?yàn)槟愫茈y買到ESR高達(dá)6歐姆的電容，但ESR并不是一成不變的，鋁電解電容的ESR隨著溫度變化非常大，在80攝氏度時(shí)大約只有室溫下的70%，在零下40攝氏度時(shí)它會(huì)增加50倍都不止，結(jié)合我們第二頁(yè)說(shuō)的PC電源中大電容的情況，低溫下的高頻應(yīng)用對(duì)這些設(shè)備來(lái)說(shuō)絕對(duì)是地獄一般。

　　顯卡、主板上已經(jīng)開(kāi)始使用鉭電容這種高端貨了，這種電容多用在頻率幾百KHz到幾MHz，電壓在30V以內(nèi)的電路中，尤其是對(duì)壽命要求較高的地方。從容量上看，1000uF對(duì)鉭電容已經(jīng)是邊緣上限值了，它并不能像鋁電解電容那樣做得很高（幾百萬(wàn)uF）。鉭電容的ESR也從十幾毫歐到幾歐之間分布，相對(duì)鋁電解電容沒(méi)有巨大優(yōu)勢(shì)；鉭電容的ESL一般只有2nL，這和最好的貼片類的鋁電解電容差不多，遠(yuǎn)低于插件式的電解電容。

　　從性能角度看選用最好的鋁電解電容，和選用鉭電容的效果差不多。鉭電容的優(yōu)勢(shì)在于溫度穩(wěn)定性好，即便在零下200攝氏度時(shí)容量損失也不會(huì)超過(guò)10%，此外的優(yōu)勢(shì)就是壽命長(zhǎng)，因?yàn)殇X電解電容只要電解液干涸了電容就會(huì)失效。 但鉭電容也有它的劣勢(shì)，如果溫度是鋁電解電容的殺手，那電壓就是鉭電容的奪命刀。高壓會(huì)擊穿鉭電容的氧化膜，你甚至不容易買到15V耐壓以上的鉭電容。 這頁(yè)擺出了上下兩幅圖，上側(cè)的顯卡實(shí)實(shí)在在的全部采用鉭電容，下側(cè)顯卡還用了一些更便宜的電容，給人感覺(jué)不太誠(chéng)懇，如果仔細(xì)看還會(huì)發(fā)現(xiàn)靠近6PIN顯卡供電接頭旁邊有兩枚本該采用鉭電容的位置被四枚陶瓷電容替代了，在這篇文章第一頁(yè)也是這張顯卡，從諸多細(xì)節(jié)看它更像一張樣品卡，現(xiàn)實(shí)中估計(jì)也難買到。更戲劇性的是上面那個(gè)看上去實(shí)實(shí)在在的顯卡品牌從前就是下面那個(gè)品牌更名換標(biāo)而來(lái)。

　　我其實(shí)是想說(shuō)，如果在本該使用耐壓高的部位硬采用鉭電容，讓板卡看上去更“高端”，實(shí)際上卻降低了整張卡的可靠性，且增加了相當(dāng)多的成本，這種賺賣相的做法是不可取的。

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　　為了讓玩家感性的了解電容，我在Digikey上找了價(jià)格，這里僅僅是參考。玩家中有很多是電子行業(yè)的，甚至就是有多年采購(gòu)經(jīng)驗(yàn)的專家，你們也知道同樣的元件，同一個(gè)代理商，不同數(shù)量的單價(jià)相差70%是很正常的；同一個(gè)元件，同數(shù)量采購(gòu)，不同供應(yīng)商的價(jià)格差50%以上也很正常。所以這些只是參考，因?yàn)槎荚谕还?yīng)商處得到公開(kāi)報(bào)價(jià)，所以圖中電容之間的價(jià)格是有可比性的?？梢钥吹酵瓿赏瑯庸δ艿墓虘B(tài)電容價(jià)格只是鉭電容是十幾分之一。陶瓷電容因?yàn)槿萘啃∧蛪旱?，所以并不方便比較。

　　關(guān)于電容的內(nèi)容在寫(xiě)的時(shí)候過(guò)濾掉很多，比如電容品牌看圖識(shí)標(biāo)，比如Badcaps.net 中登記的事故電容，還有很多電容測(cè)試的數(shù)據(jù)等等。感興趣的玩家可以參考一顆頂十顆！顯卡電容用料全方位解析

　　關(guān)于電容的趣聞總結(jié)：

　　1、高壓電容能量密度沒(méi)堿性電池高；

　　2、電容量是近似值，低溫和高溫下相差甚至超過(guò)50%；

　　3、在高頻下實(shí)際的電容可能會(huì)“變成電感”；

　　4、電容的寄生參數(shù)中ESR的影響更大，它引起電容發(fā)熱；

　　5、鉭電容有壽命優(yōu)勢(shì)，但性能上沒(méi)有巨大優(yōu)勢(shì)。