电容器深入解析

走出误区电容器深入解析：透过功用看本质（转）

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。

在第一部分中笔者已经为大家阐述了电容的主要分类及结构，在接下来的第二部分笔者将基于电容器的功用来向各位讲述能够衡量其性能的相关指标，建立正确的电容器选择观点。

当前市面上的板卡产品正在进行一场全固态革命。其主要原因是目前固态电解质电容器产业越来越成熟和发达，成本也比早年大大降低，它们不再是高端产品独享的元素。不少朋友很在乎电解电容器的电解质是固态或液态，很喜欢追究其内部是XX聚合物或者其他什么听起来很酷的高科技材料。其实，这些因素并不是普通用户需要关心的。在目前的世界大分工的潮流下，甚至板卡工程师也不用关心这些电容器制造业才需要知道的东西。

那么，我们所需要关心的“本质”是什么呢？笔者在本文中将为大家逐一讲述。

二、电容器的基本原理

电容器的电路符号很形象的表明了它的根本功能：隔直通交。电容器的一切功用都源自于此。对于恒定直流电来说，理想的电容器就像一个断开的开关，表现为开路状态；而对于交流电来讲，理想电容器则为一个闭合开关，表现为通路状态。

在上面的图中详细描述了直流电受电容器阻隔的原因。事实上，电容器并非立刻将直流电阻隔，当电路刚接通时，电路中会产生一个极大的电流值，然后随着电容器不断充电，极板电压逐渐增强，电路中的电流在不断减小，最终电容器电压和电源电压相等且反向，从而达到和电源平衡的状态。

而在交流电方面，为方便记忆，我们可以不太严谨但形象的认为交流电能够“跳过”电容器这道“峡谷”，从而保持“正常传导”。

这里有很关键的一点需要明确：无论是直流环境还是交流环境，理想的电容器内部是不会有任何电荷（电流）通过的，只是两极板电荷量对比发生了变化，从而产生了电场。

要想了解电容器的各种功用，我们还需要了解一下傅立叶级数。各位苦于微积分的朋友不用头晕，我们不需要去研究那些复杂的数学公式，仅仅是需要一个简单的结论：任何一个波，都可认为是多个不同的波形叠加之产物。即，一个波可以拆分成多个振幅、频率都不相同的波（包括振幅和频率为零的波）。这其实正如一个数字也能被拆分成多个其他数字的组合一样，例如3 = 1+2 = 1+1+1 = 0+3。

振幅或频率为零的波是什么？直线。对于电来说，那就是直流电，即电压恒定不变。正如世界上没有绝对的直线一样，世界上也没有绝对的直流电。尽管人们在追求尽可能理想的直流电，但直流和交流总是同时存在的。直流电中含有交流成分，交流电中也包含直流成分。当直流成分占主导地位时，就认为其乃直流电；当交流成分占主导地位时，就认为是交流电。这很像太极所描述的阴中有阳，阳中有阴。

直流和交流总是共存的

事物的具体应用都是由基本原理派生出的，哪怕你不理解只是死记硬背，同样也能够很容易得理解它的具体应用。毕竟，对于基本原理来说，往往仅仅需要知其然即可，例如1+1=2。对于电容器来说，我们

需要明白两点：隔直通交和不走电荷。

三、电容器的应用：从电源滤波看电容器（一）

基于电容器隔直通交和不走电荷的原理，其应用方式也就应运而生了。在目前我们在电脑板卡上常见的电容器应用主要有：电源滤波、耦合与去藕、信号滤波。

电容器的应用：电源滤波

正如之前所说，世界上没有绝对的直流电，为了给设备提供尽可能理想化的直流供电，我们需要一些途径将交流成分尽量剔除。因此，供电滤波电路成为了每一块主板和显卡必备的电路组成部分，没了它们，我们的电脑就无法正常工作。

我们常针对电脑板卡所说的供电滤波电容器，其本质是利用电容器的基本原理，在电路中通过并联电容器，为交流成分设立额外通道，将其导入地线，从而得到比较稳定的直流电压。因为是在主电路旁边额外设立的一条小路，故而得名：旁路。

我们可以看到电脑主板上通常采用了多个电容器并联进行供电滤波，而且因需要而分成两级，不过它们的功能都是一样的。由于对电压稳定度的要求较低，通常一级旁路电容器也无需很高级。

在这里，我们不需要去关心电解质的形态，无需在乎电容器的封装与外壳。真正决定电容器性能的因素将被重点关注：额定电压、容抗、等效串联电阻（ESR）、等效串联电感（ESL）、介质损耗角（tanδ）、漏电流、额定链波电流、温度范围和寿命。（嗯？竟然没有电容量？）

额定电压

额定电压应该是一个非常好理解的参数，任何元器件都有一定的工作电压要求。对于电容器来说，它一般不会存在因低压而不工作的问题，所以它的外壳上所标示的额定电压通常是指正常工作中的耐压能力。额定电压数值通常会比最大耐压低一些。

目前常见的电容器额定电压有2.5V、4V、6.3V、16V等等。它们适用于不同的工作环境。回忆一下笔者在第一部分所讲述的电容器结构，电容器的耐压能力是由电介质的绝缘强度决定的。电介质就像一堵墙阻隔了电流的前进，但是如果电压过高，电介质就可能无力再阻挡电流的通过，导致电容器因电介质击穿而失效。