走出誤區 電容器深入解析二透過功用看本質

一、前言

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　　現代電子電路（無論數字或模擬）均可以分解為四大組成元素：電阻器、電容器、電感器、PN結（二極管和三極管）。或許有些朋友會感到驚訝和質疑，密布各種元器件的板卡以及高集成度的CPU竟然能夠被分為這麼簡單的四件東西事實無容置疑，CPU主要由晶體三極管（晶體管）構成，而晶體三極管的主要元素為PN結。而板卡上的各種芯片和元件也無一例外由這四大元素構成，甚至連導線我們也可以將其看作是一個阻值極低的電阻器。可以說，當今芯片和板卡的設計根本其實就是對這四大元素的調配和應用，只要了解了這四大元素就了解了現代電子電路。

　　在這四大元素中，電腦用戶最為關注、討論最多的就是電容器（Capacitor）。各大電腦硬件論壇中，關於電容器的討論數不勝數，各類觀點也是層出不窮。其中雖不乏真知灼見，但也產生了一些誤區並發生了大范圍傳播，影響了人們對一些產品的正確評估。因此，筆者特別進行了大量研究及咨詢，盡可能使用通俗易懂的語言向各位深入淺出的講述電容器，讓大家走出現存的誤區，更全面認知電容器。

　　在第一部分中筆者已經為大家闡述了電容的主要分類及結構，在接下來的第二部分筆者將基於電容器的功用來向各位講述能夠衡量其性能的相關指標，建立正確的電容器選擇觀點。

　　當前市面上的板卡產品正在進行一場全固態革命。其主要原因是目前固態電解質電容器產業越來越成熟和發達，成本也比早年大大降低，它們不再是高端產品獨享的元素。不少朋友很在乎電解電容器的電解質是固態或液態，很喜歡追究其內部是XX聚合物或者其他什麼聽起來很酷的高科技材料。其實，這些因素並不是普通用戶需要關心的。在目前的世界大分工的潮流下，甚至板卡工程師也不用關心這些電容器制造業才需要知道的東西。

　　那麼，我們所需要關心的“本質”是什麼呢筆者在本文中將為大家逐一講述。



二、電容器的基本原理

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　　電容器的電路符號很形象的表明了它的根本功能：隔直通交。電容器的一切功用都源自於此。對於恆定直流電來說，理想的電容器就像一個斷開的開關，表現為開路狀態；而對於交流電來講，理想電容器則為一個閉合開關，表現為通路狀態。

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　　在上面的圖中詳細描述了直流電受電容器阻隔的原因。事實上，電容器並非立刻將直流電阻隔，當電路剛接通時，電路中會產生一個極大的電流值，然後隨著電容器不斷充電，極板電壓逐漸增強http://.，電路中的電流在不斷減小，最終電容器電壓和電源電壓相等且反向，從而達到和電源平http://www.xsyzj.cn衡的狀態。

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　　而在交流電方面，為方便記憶，我們可以不太嚴謹但形象的認為交流電能夠“跳過”電容器這道“峽谷”，從而保持“正常傳導”。

　　這裡（電腦自動關機）有很關鍵的一點需要明確：無論是直流環境還是交流環境，理想的電容器內部是不會有任何電荷（電流）通過的，只是兩（電腦沒聲音）極板電荷量對比發生了變化，從而產生了電場。

　　要想了解電容器的各種功用，我們還需要了解一下傅立葉級數。各位苦於微積分的朋友不用頭暈，我們不需要去研究那些復雜的數學公式，僅僅是需要一個簡單的結論：任何一個波，都可認為是多個不同的波形疊加之產物。即，一個波可以拆分成多個振幅、頻率都不相同的波（包括振幅和頻率為零的波）。這其實正如一個數字也能被拆分成多個其他數字的組合一樣，例如3 = 1+2 = 1+1+1 = 0+3。

　　振幅或頻率為零的波是什麼直線。對於電來說，那就是直流電，即電壓恆定不變。正如世界上沒有絕對的直線一樣，世界上也沒有絕對的直流電。盡管人們在追求盡可能理想的直流電，但直流和交流總是同時存在的。直流電中含有交流成分，交流電中也包含直流成分。當直流成分占主導地位時，就認為其乃直流電；當交流成分占主導地位時，就認為是交流電。這很像太極所描述的陰中有陽，陽中有陰。

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直流和交流總是共存的
　　事物的具體應用都是由基本原理派生出的，哪怕你不理解只是死記硬背，同樣也能夠很容易得理解它的具體應用。畢竟，對於基本原理來說，往往僅僅需要知其然即可，例如1+1=2。對於電容器來說，我們需要明白兩（電腦沒聲音）點：隔直通交和不走電荷。


三、電容器的應用：從電源濾波看電容器（一）

基於電容器隔直通交和不走電荷的原理，其應用方式也就應運而生了。在目前我們在電腦板卡上常見的電容器應用主要有：電源濾波、耦合與去藕、信號濾波。

電容器的應用：電源濾波
　　正如之前所說，世界上沒有絕對的直流電，為了給設備提供盡可能理想化的直流供電，我們需要一些途徑將交流成分盡量剔除。因此，供電濾波電路成為了每一塊主板和顯卡必備的電路組成部分，沒了它們，我們的電腦就無法正常工作。

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　　我們常針對電腦板卡所說的供電濾波電容器，其本質是利用電容器的基本原理，在電路中通過並聯電容器，為交流成分設立額外通道，將其導入地線，從而得到比較穩定的直流電壓。因為是在主電路旁邊額外設立的一條小路，故而得名：旁路。

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　　我們可以看到電腦主板上通常采用了多個電容器並聯進行供電濾波，而且因需要而分成兩（電腦沒聲音）級，不過它們的功能都是一樣的。由於對電壓穩定度的要求較低，通常一級旁路電容器也無需很高級。

　　在這裡（電腦自動關機），我們不需要去關心電解質的形態，無需在乎電容器的封裝與外殼。真正決定電容器性能的因素將被重點關注：額定電壓、容抗、等效串聯電阻（ESR）、等效串聯電感（ESL）、介質損耗角（tanδ）、漏電流、額定鏈波電流、溫度范圍和壽命。（嗯竟然沒有電容量）

額定電壓
　　額定電壓應該是一個非常好理解的參數，任何元器件