电解电容和钽电容

电源设计中的电容应用实例

作者：张进东

电源往往是我们在电路设计过程中最容易忽略的环节。其实，作为一款优秀的设计，电源设计应当是很重要的，它很大程度影响了整个系统的性能和成本。

这里，只介绍一下电路板电源设计中的电容使用情况。这往往又是电源设计中最容易被忽略的地方。很多人搞ARM，搞DSP，搞FPGA，乍一看似乎搞的很高深，但未必有能力为自己的系统提供一套廉价可靠的电源方案。这也是我们国产电子产品功能丰富而性能差的一个主要原因，根源是研发风气吧，大多研发工程师毛燥、不踏实;而公司为求短期效益也只求功能丰富，只管今天杀鸡饱餐一顿，不管明天还有没有蛋吃，“路有饿死骨”也不值得可惜。

言归正转，先跟大家介绍一下电容。

大家对电容的概念大多还停留在理想的电容阶段，一般认为电容就是一个C。却不知道电容还有很多重要的参数，也不知道一个1uF的瓷片电容和一个1uF的铝电解电容有什么不同。实际的电容可以等效成下面的电路形式：

C：电容容值。一般是指在1kHz，1V 等效AC电压，直流偏压为0V情况下测到的，不过也可有很多电容测量的环境不同。但有一点需注意，电容值C本身是会随环境发生改变的。

ESL：电容等效串联电感。电容的管脚是存在电感的。在低频应用时感抗较小，所以可以不考虑。当频率较高时，就要考虑这个电感了。举个例子，一个0805封装的0.1uF贴片电容，每管脚电感1.2nH，那么ESL是2.4nH，可以算一下C和ESL的谐振频率为10MHz左右，当频率高于10MHz，则电容体现为电感特性。

ESR：电容等效串联电阻。无论哪种电容都会有一个等效串联电阻，当电容工作在谐振点频率时，电容的容抗和感抗大小相等，于是等效成一个电阻，这个电阻就是ESR。因电容结构不同而有很大差异。铝电解电容ESR一般由几百毫欧到几欧，瓷片电容一般为几十毫欧，钽电容介于铝电解电容和瓷片电容之间。

下面我们看一些X7R材质瓷片电容的频率特性：

电容分类及钽电容详解

消费者可能不会知道，好的显卡采用的电容价格不菲，如钽聚合物电容每颗

价格都在1美元左右，一片低端显卡平均要用6到8颗以上，GeForce9600GT、

RadeonHD3850搞不好要15颗以上，光这些主电容费用就要100元人民币以上，

而现在NVIDIA和ATI的公版上才几颗高分子聚合物电容，普通厂商的很多所谓

非公版都用普通铝电解电容替代，一块显卡上所有主电容加起来还不到1元钱。

众所周知现在显卡只剩下价格战，现在一块普通RV630显卡从出厂到最终销售的

全部利润可能才50元，而在电容上就花费100元又意味着什么？是让这种显卡

价格大涨，或是让制造厂商无利可图而不得已降低元件质量。

让电容分类不再模糊

说到电容，大家估计见过不少，任何电子设备上都有它的身影。目前家用板

卡领域最常用的是铝电容，因为它便宜，容量大，性能也不错。说到这里，大家

可能就有点犯晕了，平时我们谈的板卡上的电容不是直接就说是普通的电解电容

和固态电容吗？这里怎么又冒出来个铝电容？电容分类图

这里就涉及一个如何给电容分类的问题，电容和其他的部件有所不同，

因为采用的材质不同名称也比较多，而按照阴极、阳极材料来划分又让它们之间又着一种“交错”的关系，这种相互交错就是人们认识电容的难点。

“直立”的电容几乎全是铝电容

电容的分类看似非常复杂，其实只要把握住其中的脉络，还是很简单的。比如我们在显卡、主板上看到的那种“直直挺立”的电容几乎都是铝电容，而平

时俗称的固态电容和电解电容都属于铝电容。固态电容则是按照阴极材料来称呼

的，有机半导体和高分子聚合物两种（按阳极材料来划分的话，还是属于铝电容）。

又比如，从阳极来看，我们可以称某一类电容为钽电容，当然，我们也可以把阳

极和阴极组合在一起称呼，将钽电容再细分为钽二氧化锰电容、钽聚合物电容等。

钽电容：高性能的代名词

简单了解了电容的分类后，我们就请出今天的主角——钽电容。钽是一种略

带蓝色的金属，英文名叫Tantalum，具有2900℃以上的熔点（仅次于钨和铼）

瓷片电容消除高频干扰 电解电容消除低频干扰 整个电路组合是个滤波电路 是个较典型的抗干扰电路

瓷片电容与电解电容

电容基础知识

电容(Electric capacity)，由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器”。尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。

在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。小容量的电容，通常在高频电路中使用，如收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有一个特点，一般1μF以上的电容均为电解电容，而1μF以下的电容多为瓷片电容，当然也有其他的，比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。电解电容有个铝壳，里面充满了电解质，并引出两个电极，作为正（+）、负（-）极，与其它电容器不同，它们在电路中的极性不能接错，而其他电容则没有极性。

电路中的电容

电容器的基本作用就是充电与放电，但由这种基本充放电作用所延伸出来的许多电路现象，使得电容器有着种种不同的用途，例如在电动马达中，我们用它来产生相移; 在照相闪光灯中，用它来产生高能量的瞬间放电等等; 而在电子电路中，电容器不同性质的用途尤多，这许多不同的用途，虽然也有截然不同之处，但因其作用均来自充电与放电。下面是一些电容的作用：

•耦合电容：用在耦合电路中的电容称为耦合电容，在阻容耦合放大器和其他电容耦合电路中大量使用这种电容电路，起隔直流通交流作用。 •滤波电容：用在滤波电路中的电容器称为滤波电容，在电源滤波和各种滤波器电路中使用这种电容电路，滤波电容将一定频段内的信号从总信号中去除。

主板上的固态电容、电解电容、钽电容有什么区别？

⼀、电解电容器的缺点因容量⼤、价格低等特点⼴泛应⽤于整流、滤波电路中。

电解电容器发热可以加快电解液的消耗以致⼲涸，甚⾄造成电解液的沸腾⽽爆浆开顶。

与此同时，电解液的⼲涸还可以降低纹波电流的承受能⼒，急剧缩短电容器的使⽤寿命。电解液的⼲涸还可以使电解电容器漏电流增⼤、损耗增加、产⽣瞬时超温度等危害。

因此，发热是电解电容器使⽤中不可忽视的因素，在使⽤中应该确保电解电容器不应超过其额

定⼯作温度、尽量避开热源，必要的时候应该采⽤有效的措施进⾏冷却。⼆、固态电容的优点

固态电容，是除了钽电容外最⾼端的电容，采⽤⾼导电性分⼦材料，⾥⾯是粉末状的电解质，具有防爆浆，稳定性好、可靠性⾼、耐⾼温、寿命长等优点。

固态电容的主要作⽤就是将⼀些电流的尖峰和杂波进⼀步过滤，能保证各部分供电的稳定性。

⽐较好⼀些⾼端点的主板均会采⽤固态电容，我们俗称的主板爆浆就是电解电容的造成的。

这是因为主板在长期使⽤的过程中，过热导致电解液受热膨胀，过热到⼀定程度就会超过沸

点，电解电容会产⽣爆浆现象。

三、钽电容的特点

是电容器中最好的电容，体积⼩⽽⼜能达到较⼤容量的产品，⽐固态电容、电解电容更好、价

格也更⾼的电容，是1956年由美国贝尔实验室⾸先研制成功的，它的性能优异。

由于钽电容内部没有电解液，很适合在⾼温下⼯作。 这种独特的性能，保证了其长寿命和可靠

性的优势。

钽电容器的⼯作介质是在钽⾦属表⾯⽣成的⼀层极薄的五氧化⼆钽膜。此层氧化膜介质与组成

电容器的⼀端极结合成⼀个整体，不能单独存在。因此单位体积内具有⾮常⾼的⼯作电场强

度，所具有的电容量特别⼤，即⽐容量⾮常⾼，因此特别适宜于⼩型化。钽电容器外形多种多样，并制成适于表⾯贴装的⼩型和⽚型元件。

钽电容的应⽤范围还在向⼯控、影视设备、通讯仪表、电脑主板等产品中开始使⽤。

四、怎么辨别固态电容、电解电容、钽电容？

电解电容，它的介电材料为电解液，这种电容⼀般会有+、K、T等压痕，外⾯被⼀层塑料或者其