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專業(yè)的電容器剖析
來源: 日期:2013-12-11 14:27:04 人氣:標簽:
當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 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 專業(yè)的關(guān)于電容的文章。
請相信,我們不是在忽悠。
問:OK,萬鵬先生,先向我們介紹一下,什么是電容?
答:電容就是兩塊導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 基礎(chǔ)也是 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 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 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:在預定的時間開或者關(guān)半閉導體開關(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。
總結(jié):看完這章,大家可能開始對電容感興趣了。
問: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?
答:剛才我們說過,電容就是兩塊導體(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 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 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。
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
問:我認為電解電容和DIY玩家的關(guān)系 密切,那么,請繼續(xù)為我們介紹它吧。
答:在了解電容的分類后,我想大家已經(jīng)知道,和DIY玩家 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?欤承┊a(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。
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。
問:電解電容如何分類?我們常聽一些""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?
答: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SANYOOSCONTCNQ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!?)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&epSILon;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。
總結(jié):大家現(xiàn)在再去看看顯卡,眼光可能會有些不同了。
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