电容常识：固态铝电解电容的高速充放电特性及稳定工作保障

电容用字母“C”表示，是一种容纳电荷的元件，是电子设备中大量使用的电子元器件之一。它是由两片很近的金属物质，中间夹以绝缘物质组成的。其内部构造和电路图形符号如图4-12所示。

图4-11 主板常用电阻排

图4-12 电容内部构造和电路图形符号

电容的单位为“法（F）”，还有“微法（μF）”、“纳法（nF）”、及“皮法（pF）”3个单位。它们的换算关系如下：1F＝1000mF；1mF＝1000μF；1μF＝1000nF；1nF＝1000pF。

电容除具有充电和放电的基本功能外，在电路中还具有旁路、退耦、滤波、储能、振荡等作用。其基本性质是通交流、阻直流，所以在直流电路中，电容是相当于断路的。

根据需要，在电路中可以将电容串联或并联在一起，如图4-13所示。串联后其容量、电流及电压的关系是：总容量的倒数等于各个电容容量的倒数之和，即1／C＝1／C₁＋1／C₂＋1／C₃，流过各个电容的电流均相等，每个电容两端的电压等于通过它的电流和它的容抗（是电容对电流的一种特殊阻力，电容的容抗与电容量的大小和所流过的交流电的频率成反比，即X_c＝1／（2πfC）的乘积。

图4-13 电容串联和并联连接示意图

并联后容量、电流及电压的关系是：总容量等于各个电容容量之和，即C＝C₁＋C₂＋C₃，每个电容两端的电压均相等，而流过每个电容的电流则等于其两端的电压除以它的容抗，流过各个电容的电流之和等于总电流，即I＝I₁＋I₂＋I₃。

电容也是电路板中占用比例最多和最重要的零部件。其种类很多，这里我们只介绍主板上几种常用的电容，也是平常其他电路板中经常见到的电容类型。

（1）铝电解电容

铝电解电容分液态和固态两种类型，我们通常说的铝电解电容是指液态铝电解电容。而固态铝电解电容是20世纪90年代后才开始发展的新型元件，它主要应用于目前高档的主板中。

铝电解电容外形实物如图4-14所示，其外形封装有管式和立式等，电极引出方式有轴型、同向型（单向）和螺栓式，外壳的类型有纸壳、铝壳和塑料壳。其外面还套有蓝色、黑色或灰色的塑料套，并在上面标注了型号、电容量、耐压值及允许偏差等内容。主板上的铝电解电容一般为黑色外壳。

图4-14 几种常见的铝电解电容外形实物

图4-15 铝电解电容内部结构

铝电解电容内部结构如图4-15所示，是由阳极铝箔、电解纸、阴极铝箔、电解纸等4层重叠卷绕而成。最后把芯子浸渍电解液后，用铝壳和胶盖密闭起来构成一个电解电容。

铝电解电容的工作介质是通过阳极氧化的方式在铝箔表面生成极薄的Al₂O₃，阳极是表面生成Al₂O₃介质的铝箔，阴极是电解液。其阳极铝箔、阴极铝箔通常均为腐蚀铝箔，实际的表面积远远大于其理论上的表面积，所以铝电解电容往往具有大容量电容。

铝电解电容的特点之一是具有极性，但现实中采用新的制造工艺和方法也可以制成无极性的电解电容。另外，在电路中铝电解电容还有一种存在形式为双电容组合式结构，即把两个电解电容同装在一个铝壳内，此种电容又分三端组合式电解电容和四端组合式电解电容两种类型。

1）三端组合式电解电容

三端组合式电解电容又分共正极型和共负极型两种形式。共正极组合式电解电容如图4-16所示，即内部两只电容的正极相连后，作为公共正极。三个电极中，引线较长的一端为公共正极，较短的两端分别为两个负极，这种组合结构适用于电源正极接地负压输出的电路中。

共负极组合式电解电容如图4-17所示，其结构原理与共正极组合式电解电容器相反。三个电极中，引线较短的一端为公共负极，引线较长的两端分别为两个正极，此种组合适用于电源负极接地正压输出的电路中。

图4-16 共正极组合式电解电容实物及简单电路原理

图4-17 共负极组合式电解电容实物及简单电路原理

图4-18 四端组合式电解电容实物及简单电路原理

2）四端组合式电解电容(www.xing528.com)

四端组合式电解电容外形实物及简单电路原理如图4-18所示，其内部的两只电容相互独立，自身的等效电阻及等效电感都很小，高频特性优良。

（2）固态铝电解电容

近年来，铝电解电容器技术飞速发展，特别是由于材料突飞猛进，有机半导体材料和导电聚合物作为阴极材料研制出固体片式铝电解电容。因新型阴极材料具有比传统电解液高得多的电导率，使新型铝电解电容实现了片式化，还克服了传统铝电解电容温度和频率特性差的缺点，达到了近乎理想电容的阻抗频率特性。有机半导体固态铝电解电容其固态铝聚合物电解电容的阴极材料用固态的有机半导体浸膏替代电解液，在提高各项电气性能的同时有效解决了电解液蒸发、泄漏、易燃等难题。目前固态铝电解电容主要有有机半导体铝电解电容（OS－CON）和聚合物导体铝电解电容（PC－CON）两种类型。

固态铝电解电容的结构与液态铝电解电容相似，也是采用直插立式封装方式，不同之处在于固态铝电解电容的阴极材料用固态的有机半导体浸膏代替电解液。图4-19所示为有机半导体铝电解电容内部结构。

固态铝电解电容的多种优良特性可以为主板稳定工作提供有力保障，能提升主板性能。与液态铝电解电容相比，具有以下优势：

1）固态铝电解电容采用新型的固态电解质，它不会被击穿，不会像液态铝电解电容那样蒸发膨胀，甚至外壳爆裂。也不必担心液态电解质干涸以及外漏影响主板稳定性。

2）固体电解电容可以持续在高温环境中稳定工作，其宽温度范围的稳定阻抗，适于电源滤波，可以有效地为主板上各部件提供稳定充沛的电源，特别是在超频中尤为重要。同时，固态铝电解电容的电容量与工作电压基本无关，从而保证其在电压波动环境中能稳定工作。

3）在高温、高频和高功率工作条件下，固态铝电解电容的极低ESR（Equivalent Series Resistance，指串联等效电阻，是电容非常重要的指标，ESR越低，电容充放电的速度越快）特性可以充分吸收电路中电源线间产生的高幅值电压，从而防止其对系统的干扰。另外，固态铝电解电容高速充放电特性可以在瞬间输出高峰值电流，保证充足的电源供应，确保CPU能稳定正常工作。

（3）陶瓷电容

陶瓷电容是以陶瓷为介质，在瓷件上涂覆一层金属（通常为银）薄膜，经过高温烧结作为电极的一种电容，也称瓷介电容。其结构形式有圆片形、管形、鼓形、筒形、叠片、独石、块状、板形等。外壳还涂有蓝色、黑色、灰色、红色等保护漆，用漆的颜色表示电容器的温度系数。绿色表示的温度系数最大，黑色的表示的温度系数最小。其中，蓝色和灰色表示正温度系数，其他颜色则表示为负温度系数。图4-20所示为部分陶瓷电容外形实物。

图4-19 有机半导体铝电解电容内部结构

图4-20 几种常见陶瓷电容外形实物

陶瓷电容在电子电路中使用广泛，主要应用于温度补偿、隔直、旁路、耦合、滤波、微调、振荡回路等。它具有介电常数高、损耗角正切值小、调频特性好、温度系数范围宽广等优点。

陶瓷电容根据陶瓷成分的量不同又可分为高频和低频瓷介电容，分别用字母符号CC和CT表示。高频和低频瓷介电容也称Ⅰ型和Ⅱ型瓷介电容。

1）高频陶瓷电容

高频陶瓷电容的介质由具有温度补偿特性的复合陶瓷材料制成，并且介质材料的温度系数在一定范围内成线性变化。故常用于高频电路中作为调谐、振荡回路的电容和温度补偿电容。具有介质损耗小、绝缘电阻高、电压和频率特性稳定的优点。

最常见的高频陶瓷电容有圆片形状的CC1型、管状形的CC2、超高频的CC10型及没有引线的CC11型几种类型。

2）低频瓷介电容

低频瓷介电容的介质为铁电陶瓷制成，电容量随温度呈非线性，介质损耗大，绝缘电阻低。故只适用于低频电路，在电子电路中主要起隔直流、耦合、滤波、旁路等作用。最常见的有圆片形状的CT1型、管状形状的CT2等Ⅱ型瓷介电容。

（4）钽电解电容

钽电解电容称为F类电容，外壳上一般标有CA标记，常见的钽电解电容外形实物如图4-21所示。

图4-21 常见的两种钽电解电容外形实物

图4-22 钽电解电容内部结构

钽电解电容内部结构如图4-22所示，由钽阳极芯片、环氧树脂、正极引线、负极引线等构成。其制作方法与铝电解电容相似，采用表面粗糙的锡箔作为阳极箔，电解质为阴极，以钽表面生成的氧化膜作为介质，而且也有无极性和有极性之分。

有极性钽电解电容具有介质损耗较小、频率特性好、耐高温、漏电流小、性能稳定、寿命长等优点，其缺点是生产成本高，耐压值较低。

钽电解电容有很多类型，按结构的不同可分为箔式和钽粉烧结式两种。钽粉烧结式钽电容按工作电解质不同，又分为固体电解质钽电容和非固体电解质钽电容。其中，固体钽电解电容在实际应用中比较多见，例如有CA4型和CA42型等类型。