电容器深入解析

电容器深入解析（一）：电容器的构造

一、前言

现代电子电路（无论数字或模拟）均可以分解为四大组成元素：电阻器、电容器、电感器、PN结（二极管和三极管）。或许有些朋友会感到惊讶和质疑，密布各种元器件的板卡以及高集成度的CPU竟然能够被分为这么简单的四件东西？事实无容置疑，CPU主要由晶体三极管（晶体管）构成，而晶体三极管的主要元素为PN结。而板卡上的各种芯片和元件也无一例外由这四大元素构成，甚至连导线我们也可以将其看作是一个阻值极低的电阻器。可以说，当今芯片和板卡的设计根本其实就是对这四大元素的调配和应用，只要了解了这四大元素就了解了现代电子电路。

在这四大元素中，电脑用户最为关注、讨论最多的就是电容器（Capacitor）。各大电脑硬件论坛中，关于电容器的讨论数不胜数，各类观点也是层出不穷。其中虽不乏真知灼见，但也产生了一些误区并发生了大范围传播，影响了人们对一些产品的正确评估。因此，笔者特别进行了大量研究及咨询，尽可能使用通俗易懂的语言向各位深入浅出的讲述电容器，让大家走出现存的误区，更全面认知电容器。

本文将会分为两部分：1.电容器的构造；2.电容器的功用与性能指标。在第一部分中笔者将为各位详细讲述电容器的分类、结构以及现存的误区；在第二部分中笔者会讲述电容的功能以及真正能够衡量电容优劣的指标和方式。

二、电容的封装类型

人们对物品的第一印象通常都源自它们的外观。对于电子元器件来说，我们首先看到的就是它们的封装类型。我们可以将其分为两类：贴片式和穿孔式。

穿孔式

穿孔式封装的元器件应该是人们最熟悉的类型，其详细还可分为引线式和插接式两种，它们的显著标志就是拥有引脚，插接式通常还有一个固定脚。安装它们时需要将引脚穿过PCB。尽管元器件的安装方式基本相同，但不同类型和定位的元件其形状和内部结构也各不相同，适用于不同的场合。

贴片式（Surface Mount Type）

贴片式元器件常会被简写为SMD（Surface Mount Device），贴片式电容仅仅是其中的一种。和引线式相比，此类封装的元器件仅需安装与PCB表面，而无须穿透整个PCB，便于自动化安装，也节省了PCB 面积。同时还可以让PCB内部走线更加自如，也会在一定程度上减少干扰。不过贴片式元器件焊接温度较高，对器件本身的耐温能力也会有一定的要求，并不是所有规格的元器件都可以采用。简单说，在元器件规格相同的情况下，贴片式封装要优于引线式，当然，成本也会更高。

误区

1．贴片式电容性能一定更好？

尽管贴片式封装有诸多优点，但电容本身的指标基本不会因此而改变。相比有引线式电容器，贴片式电容器可以在一定程度上减少引线电阻、分布电感、分布电容等会对电路造成干扰的元素。但是，在多数情况下其效果并非那么明显，至少为了追求贴片式元件而牺牲规格是绝对不划算的。总的来说，规格相同的电容器，采用贴片式封装只会在某些要求较高的部分优于引线式。不过由于贴片式元件无需穿透PCB，所以在板卡设计布局等方面会占较明显的优势。

2．电容器的颜色决定品质级别？

目前网友们之间流传着一些以颜色分级电容的说法，例如紫色>绿色>蓝色>红色之类，这在如今其实是没有任何指导意义的。由于早年厂商和产品种类都较少时，所以人们根据经验用此规则进行判断和筛选。但时至今日，电容器品牌和种类层出不穷，即使某厂商确实采用不同颜色为自己的电容器产品进行分级，这个规则也绝不可以延伸至整个电容器产业。内在才能在根本上决定电容器品质，而电容器外壳的颜色通常仅仅是厂商的一种选择而已。有些还成为了厂商的标志性色彩，一般并不拥有分级含义。例如SANYO偏好紫色，Nippon Chemi-Con多用蓝色，而著名薄膜电容器厂商WIMA的产品基本都采用红色。

3．电容器的外壳和形状决定电容器类型？

电容器的外壳和形状并不会决定电容器的类型。这就如同一个人不会因为穿正装或便装而改变，也不会因为坐卧或站立而改变。尽管有些类型的电容器的外壳拥有一些规律，但决定电容器类型的是外壳以内的物质，我们也应该透过现象看本质。

尽管外形相似，但其本质不同（左固态、右液态）

惊讶么？左图为铝电解电容器，右图为钽电解电容器

可见仅通过外形，在一些情况下是无法判断电容器的类型的，要想确认电容器类型，除了靠经验之外，最根本还是应该参照厂商的官方PDF文档。

电容器究竟分为哪些种类呢？以什么为区分依据呢？接下来笔者就为各位解答这些问题。

三、电容器的物理结构及分类：基本元素和云母电容器

电容器的基本元素

电容器的基本结构十分简单，它是由两块平行金属极板以及极板之间的绝缘电介质组成。电容器极板上每单位电压能够存储的电荷数量称为电容器的电容，通常用大写字母C标示。电容器每单位电压能够存储的电荷越多，那么其容量越大，即：C = Q/V。

电容的基本单位是法拉（F）。1法拉的电容表示1库仑的电荷存储在电压差为1V的两块极板上时的电容。法拉是一个非常巨大的单位，地球的电容才能达到法拉级别，所以我们通常会使用微法（μF）和皮法（pF）为单位。1微法为百万分之一法拉（1μF = 1 × 10-6F）；1皮法是一百万兆分之一法拉（1pF = 1 × 10-12F）。

电容器的电容与两极板重叠区域所确定的极板物理面积成正比，与极板间隔成反比。电容器

中，不同的绝缘电介质拥有不同的介电常数，电容与介电常数成正比。

电容器的电容是会随温度变化而改变的，人们通常用温度系数来表示电容随温度的变化大小及方向。温度系数通常以百万分之几每摄氏度来标明（ppm/°C）。正温度系数意味着电容随温度的增高而增加，随温度的降低而减少；负温度系数意味着电容随温度增高而减少，随温度降低而增加。例如1μF电容器的温度系数为-150 ppm/°C，则温度每上升1°C，电容减小150pF（1皮法为百万分之一微法）

绝缘电介质的绝缘强度（V/mil，伏特/密耳，1密耳= 0.001英寸）和厚度决定了电容器的最高直流耐压。若直流电压超出该数值，电介质就可能被击穿，且传导电流，从而导致电容器的永久损坏。电容器上所标识的电压值为额定电压，通常小于最高耐压值。

电容器的分类

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