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我很小,但是很重要 方方面面看电容

2010-06-06front《微型计算机》2010年5月上

虽说电容是板卡上为常见的小元件,但当你看到板卡上圆滚滚的电容时,你又真正了解多少它内部的知识呢?固态电容和液态电容说了这么多年,究竟差别在哪里?钽电容真的如传说中的那么好吗?本期我们一起来回答这些问题。

电容就是电的容器

要了解电容,自然先要弄明白电容的原理。可别听到原理就害怕,实际上电容本身的结构非常简单。咱们可以通过一个简单的实验来进行说明,只要你有两块金属板(比如包装巧克力的铝箔,或者香烟盒中的铝箔纸)、一节电池、一个万用表、导线若干,就可以制造出简单的电容。首先把两片铝箔压平,然后将它们平行放置,但不要接触。接下来,用导线分别将两片铝箔与电池的正负极连通,但记住,两片铝箔平行放置,一定不要接触。连通一段时间后,撤掉电池,用万用表测量铝箔之间的电压。这时你就会发现,即使没有电池,铝箔中间依旧存在一定的电压。这说明了什么?两片靠近的导体,拥有储存电能的能力。用专业的话总结一下:这是由于电荷在电场中受力移动时,被导体之间的介质阻挡,阻碍了电流的运行,造成了电流的积累。从另一个角度来说,电容的特点很像水库。水库在河流上阻碍了水流的正常运行,因此水库就拥有了库容,形成人工湖。而在电容中,存储的就是电荷。


基本的电容结构图

上述实验中导电的铝箔纸,它们在电容中作为两块导体,分别叫阳极和阴极,代表着电容的正负两极。除此之外,电容还需要绝缘体来阻止阴极和阳极接触,这个绝缘体被称作介质。实验中的介质是空气,而在实际应用中,电容的介质有很多种,陶瓷、金属氧化物都可以作为介质。介质在很大程度上决定了电容的性能和参数,也决定了大部分电容的命名方式。

此外,电容有一个很重要的特性是我们需要了解的,这就是隔直通交。简单来说,电容不能通过直流电,但交流电却没问题,这是由于交流电的周期性变化导致电容不停地充放电,因此电容难以阻挡交流电的导通。而电容对电流的阻碍作用,会随着电流频率的上升而逐渐减小。换句话来说,电流的频率转换速度越快,电容就越可视为导线。电容的隔直通交特性,是电容绝大多数用途的重要依据。

虽然电容的原理很简单,但本身的用途非常广泛。在主板、显卡中,电容既可用作储能,也可用作滤波、耦合、旁路、温度补偿、调谐等。我们不需要深究这些作用的来龙去脉,只需要牢牢记住:电容,是储存电荷的容器,它能隔断直流,导通交流,是板卡上重要的元件之一。

固态液态本一家,爆炸并非很可怕

从电容的原理来看,它似乎并没有太多“内涵”。不过在实际使用中,根据使用环境和情况的不同,电容发展出了非常多的种类。我们先为大家介绍常见电解电容。


很多主板在供电部分使用了固态电容,在其它部分则使用液态电容,
实际上它们都是铝电解电容,结构基本相同。

电解电容是目前使用广泛的产品。我们常说的液态电容、固态电容以及钽电容其实都是电解电容。电解电容是根据电容的组成来分类的。它一般使用金属箔做阳极,可以导电的电解液(或其它固态电解物质,如二氧化锰、有机半导体等)做阴极,在金属箔镀上一层薄薄的、不导电的金属氧化层做介质。这三种物质通过一定的几何形状缠绕、组合在一起,终形成了电容。

在电解电容中,目前使用广泛的是铝电解电容。顾名思义,这种电容的阳极是铝,介质则是氧化铝。那么它的阴极是什么呢?我们先从实际产品说起。

目前板卡上使用多的电容就是俗称的液态电容和固态电容。实际上这些电容绝大部分都是铝电解电容,它们的差别就是—液态电容的阴极使用了液体状的电解液,而固态电容的阴极则使用了固体的导电高分子材料。

从电容结构来说,液态电容和固态电容基本相同。如果真要找出点什么不同的话,液态电容采用的液体并不是特别稳定,在高温下会产生膨胀甚至汽化,导致电容性能下降、甚至直接“爆炸”。虽然听起来很恐怖,但实际上电容爆浆并没有那么可怕,多数电容在爆浆时都会通过开在电容顶部(或者下部)的“十字”或“K字”减压防爆纹将内部的气体压力释放掉。

从这个角度来看,“爆浆”只是液态电容在损坏时的一种表现形势而已,并没有传说中的“爆炸”那么大的威力,并且液态电容的十字防爆纹设计还能够提醒使用者及时发现“伤残”电容,是坏电容明显的标志。因此当我们在板卡上看到鼓起来,像带了顶小帽子的电容时,就代表它已经坏了。


快要损坏的液态电容顶部鼓起,这是提醒用户及时维修的明显标志。

相比之下,固态电容内部没有液体,因此不存在“爆浆”的可能性,那么这是不是意味着固态电容就不会损坏呢?虽然固态电容有比液态电容更为优秀的高低温稳定性、高可靠度等特点,但是它还是会损坏的。如果你经常去维修店,也会看到“死状各异”的固态电容,比如击穿、高温烧毁等。从产品本身来说,无论是固态电容还是液态电容,只要能满足板卡的使用需求,满足电路的设计需求即可,本身过于追求固态还是液态,实际意义并不大。

小黄豆不神秘,方形颗粒也常见

在板卡的应用中,除了铝电解电容外,还有两类电容值得我们特别注意,那就是钽电容和陶瓷电容。我们经常在高端显卡上看到钽电容,因此它也被认识是高端产品的象征,但事实是否如此呢?


显卡上的钽电容

在前面我们曾提到过钽电容也是电解电容的一种,它的阳极是钽粉,阴极可以是二氧化锰,也可以是有机高分子聚合物或其它一些导电物质,介质则是五氧化二钽。说起钽电容,人们总是想到它优异的特性,比如性能出色、工作温度范围宽、单位体积电容大等等。但钽电容也有它的劣势,比如耐压值较低、价格偏贵,还有抗浪涌性能较差。因此,钽电容并不适合应用在大电流和高电压的场合,因此它往往出现在CPU附近以及供电电路的低电压部分。另外,一些二氧化锰钽电容对极性要求特别严格,如果极性接反,甚至会引发剧烈的烧毁、爆炸反应。

钽电容的自修复能力

说起钽电容,它还有一个特别优异的性能—自修复。从电容的原理我们可以知道,如果电容的介质出了问题,阴阳极导通了,那么电容就基本报废,甚至会对电路造成毁灭性的影响。而钽电容在工作中,一旦发现某处的氧化膜有瑕疵,出现漏电等现象,它就会自动修复氧化膜,恢复它应有的绝缘能力。这种独特的优势,正是钽电容维持长寿命和高可靠性的原因之一。

由于钽电容价格高、数量少,常常又以黄色、黑色外观出现,因此被玩家昵称为“小黄豆”、“小黑豆”。那么反过来,是不是“小黄豆”、“小黑豆”就一定是钽电容呢?实际上一些铝电解电容也能封装成“小黄豆”、“小黑豆”,外观和钽电容一模一样。单凭外观是无法分辨两者差异的。因此不能只凭借“长得像”就一定说“小黄豆”、“小黑豆”是钽电容。


陶瓷电容由于容值较小,因此往往需要数个在一起并联使用。

除了钽电容之外,另一种被玩家所熟知的就是陶瓷电容。我们常常在CPU底座内、CPU背面以及采用数字供电的显卡供电部分看到大量陶瓷电容的身影。陶瓷电容采用高介电常数(通俗地说就是极难导电)的电容器陶瓷(常见的有一氧化钛、碳酸钡等)作为介质,并将介质制成长方形、圆盘形片状,在片状两边镀上银作为阴阳极的一种电容。陶瓷电容有特别优秀的高频性能,能工作在非常高的频率下,因此常常被用于频率较高的场合。陶瓷电容的电气性能也不错,耐高低温,性能稳定,但容量很小,常常要并联许多电容才能达到电路要求。

本期看点

1.电容,是储存电荷的容器,它能隔断直流,导通交流,是板卡上重要的电器元件之一。
2.常见的液态电容和固态电容绝大部分都是铝电解电容。
3.钽电容性能优异,外形独特,但并不是所有外形类似的电容都是钽电容。

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用户评论

共有评论(2)

  • 2010.06.12 23:31
    2楼

    优缺点少个关键,液态电容都是缺点,但他大的 有点就是容量做大很方便,电源里 的 电容用液态的 原因 就 在 这里,固态的和胆电容 在大容量上无能为力,而且液态电容的 价格低廉。瓷片电容优点是耐压高,频率高,缺点是 容量小,难以做大,容量是几大电容里小 的,还有 其他呀 的类型电容由于电脑 中 不 常见也 就 不 说了 ,不过这里 缺的 好 多啊,哈哈

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  • 2010.06.12 16:08
    1楼

    专业! 看完之后获益不少!

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