電容
上兩篇文章寫了電阻的常見(jiàn)類型和用法，下面寫一下電容的常見(jiàn)類型。
什么是電容呢？百度百科的定義如下：“兩個(gè)相互靠近的導(dǎo)體，中間夾一層不導(dǎo)電的絕緣介質(zhì)，這就構(gòu)成了電容器。當(dāng)電容器的兩個(gè)極板之間加上電壓時(shí)，電容器就會(huì)儲(chǔ)存電荷。電容器的電容量在數(shù)值上等于一個(gè)導(dǎo)電極板上的電荷量與兩個(gè)極板之間的電壓之比。”
高中物理講解電容的時(shí)候，一般都用圓形的平板電容作為例子，講解電容的原理，計(jì)算電容的容值。實(shí)際應(yīng)用中的電容，原理跟平板電容是一樣的，但外形和材質(zhì)就很不同了。
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條錄如下：
1.1平行板電容
1.2片式陶瓷電容
1.3薄膜電容
1.4鋁電解電容
1.5鉭電容
1.6超級(jí)電容
1.7可變電容
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1.1平行板電容
我想找找有沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，淘寶卻發(fā)現(xiàn)好像只有物理教學(xué)用的平行板電容器。
物理教學(xué)演示用的平行板電容器
有些舊式的收音機(jī)內(nèi)部的可變電容，也是平行板，做成了多級(jí)并聯(lián)，縮小了體積，增大了電容容值。
多個(gè)平行板并聯(lián)的可調(diào)電容器
1.2片式陶瓷電容
在實(shí)際的電子產(chǎn)品中，應(yīng)用得最多的就是多層片式陶瓷電容，英文縮寫是MLCC（Multi-layer Ceramic Capacitors），經(jīng)常也叫做貼片電容。
片式陶瓷電容
貼片電容其實(shí)很類似平行板電容，都是用多層的平面結(jié)構(gòu)并聯(lián)在一起產(chǎn)生較大的電容。
找到兩篇專門介紹的文章，有興趣的可以看看。
MLCC片式多層陶瓷電容器基礎(chǔ)知多少_手機(jī)搜狐網(wǎng)?m.sohu.com
陶瓷材料｜MLCC片式多層陶瓷電容器應(yīng)用及制作工藝介紹_手機(jī)搜狐網(wǎng)?m.sohu.com
片式電容跟貼片電阻類似，經(jīng)常用封裝大小來(lái)稱呼、有最大電壓降額的要求、有溫度特性、有精度等級(jí)等。但跟貼片電阻不同的是，貼片電容的封裝會(huì)影響其頻率特性，對(duì)于某些特殊場(chǎng)合，可能需要指定其封裝大小，貼片電容的材質(zhì)也有很多分類，也需要仔細(xì)選擇。
隨著芯片集成度越來(lái)越高，很多芯片將CPU、內(nèi)存、基帶、顯存等都集成在了一片SOC芯片上，不僅如此，還將可以集成的外圍電路都放了進(jìn)去，但只有電容沒(méi)法集成。
使用半導(dǎo)體芯片的生產(chǎn)工藝，可以輕松的將電阻通過(guò)半導(dǎo)體工藝的方式放入片內(nèi)，雖然電容也可以用類似的工藝集成進(jìn)去，但電容的容值基本跟體積是正相關(guān)的，芯片內(nèi)部集成得到的電容無(wú)法滿足電源和接口的需求，從成本上講，只能將電容器放在SOC的外部。
大家都知道高端芯片貴，低端芯片便宜，但其實(shí)電容也非常貴，一塊普通的電子產(chǎn)品的單板，電容成本可能會(huì)高達(dá)15%。一個(gè)電阻可能1分錢一個(gè)，但一個(gè)電容卻要1毛甚至1元一個(gè)。
1.3薄膜電容
薄膜電容跟多層片式陶瓷電容沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，內(nèi)部都是多層并聯(lián)結(jié)構(gòu)，但薄膜電容的頻率特性好，在低頻和高頻都有穩(wěn)定的容值。很多模擬電路在高頻段經(jīng)常使用薄膜電容。
常見(jiàn)薄膜電容外形
我遇到過(guò)一個(gè)電容的應(yīng)用場(chǎng)合，濾波器使用了片式陶瓷電容，當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，濾波器會(huì)發(fā)出尖銳的聲音。使用音頻設(shè)備測(cè)量后，發(fā)現(xiàn)聲音頻率跟電機(jī)的IGBT開(kāi)關(guān)頻率一致。這說(shuō)明陶瓷電容確實(shí)在正確的頻率上濾除了干擾，但由于陶瓷電容自身的壓電效應(yīng)，反而導(dǎo)致電容高頻振動(dòng)發(fā)出了嘯叫聲。確認(rèn)問(wèn)題之后，把陶瓷電容更換為了薄膜電容，嘯叫問(wèn)題隨之解決。
很多老舊的電器都會(huì)發(fā)出聲音，一部分是因?yàn)殡娙莸膲弘娦?yīng)，還有一部分是電感線圈的電動(dòng)力效應(yīng)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于電容容值和電感感值的需求降低，電容電感本身的工藝提升，體積下降，電器的嘯叫問(wèn)題基本都消失了，只剩下散熱風(fēng)扇葉片的呼呼聲揮之不去~
1.4鋁電解電容
片式陶瓷電容一般的容值從1pf到1uf都有，如果想要再大，就會(huì)變得很貴，10uf的陶瓷電容可能就得1元一個(gè)了，而100uf的片式電容就買不到了。人們這種時(shí)候就會(huì)選擇體積較大的鋁電解電容。
貼片式鋁電解電容
直插式鋁電解電容
大容值的電容，一般會(huì)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等需要大功率輸出的場(chǎng)合，這些電器需要使用電容來(lái)穩(wěn)定電機(jī)母線的電壓，使得電機(jī)在啟動(dòng)停止時(shí)的大功率輸出輸入能夠正常工作。我見(jiàn)過(guò)的驅(qū)動(dòng)器使用了多個(gè)330uF的鋁電解電容并聯(lián)，巨大的電容幾乎是板子上最標(biāo)志性的存在。
鋁電解電容，跟陶瓷電容的區(qū)別在于：
1、容值分布范圍，陶瓷電容容值小，鋁電解電容容值大，我見(jiàn)過(guò)的最大的容值是3300uF；
2、體積不同，鋁電解電容體積很大，一般都是幾厘米級(jí)別的圓柱形
3、鋁電解電容是需要區(qū)分正負(fù)極使用的，如果電壓反向，鋁電解電容會(huì)立即損壞，反向電壓過(guò)大甚至?xí)l(fā)生爆炸，圓柱形鋁電解電容的頂部有十字的凹槽，就是為了在電容爆炸時(shí)盡早泄放壓力，防止爆炸產(chǎn)生的電解液噴濺或碎片傷人；
4、電解電容的使用壽命只有幾年，電解液會(huì)在使用過(guò)程中不斷減少，導(dǎo)致電容容值明顯下降，溫度越高，工作電壓越不穩(wěn)定，壽命越短，一般正常使用的話，1年下降10%左右；
5、電解電容有直流電阻分量，存在靜態(tài)的功率消耗；
6、電解電容的等效阻抗和瓷片電容不同，對(duì)于某些場(chǎng)合需要謹(jǐn)慎的計(jì)算。
1.5鉭電容
鉭電容全稱鉭電解電容，跟鋁電解電容一樣，有正負(fù)之分，反接會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞甚至爆炸。鉭電容不像鋁電解電容的體積那么大，但容值體積比很大，可以在5-10mm的尺寸做到幾十uf，缺點(diǎn)就是比較貴。在需要大電容，同時(shí)看重體積的場(chǎng)合，才會(huì)使用鉭電容。
鉭電解電容
鉭電容的外形和顏色比較特別，一般都是長(zhǎng)方形的貼片封裝，邊緣有橫杠絲印的一側(cè)表示正極的方向。鋁電機(jī)電容則是在負(fù)極一側(cè)有特殊的絲印。
1.6超級(jí)電容
近年出現(xiàn)了量產(chǎn)的超級(jí)電容，外形跟鋁電解電容一樣，但容值遠(yuǎn)超一般的電容，一個(gè)2cm高1cm直徑的圓柱形，其容值可以達(dá)到1F，容值體積比可以到鋁電解電容的1萬(wàn)倍。當(dāng)然相應(yīng)的價(jià)格也很貴，一個(gè)1F的電容大概是1-2元的價(jià)格。
超級(jí)電容的缺陷也很明顯，耐壓值較低，等效串聯(lián)電阻稍大，最大允許瞬時(shí)電流稍小。
超級(jí)電容的規(guī)格
因此超級(jí)電容的應(yīng)用場(chǎng)景也很明確，一般都用于能量?jī)?chǔ)存的場(chǎng)合，類似于電池的應(yīng)用。電容的儲(chǔ)能利用的是物理原理，不涉及電池的化學(xué)轉(zhuǎn)換過(guò)程，能量轉(zhuǎn)換效率相當(dāng)高，缺陷則是能量?jī)?chǔ)存需要經(jīng)過(guò)DC/DC或者Boost之類的電源轉(zhuǎn)換芯片，畢竟超級(jí)電容在釋放能量時(shí)電壓會(huì)不斷下降。
我使用超級(jí)電容搭建過(guò)一個(gè)數(shù)字電路的掉電保持電路，3個(gè)1F的超級(jí)電容串聯(lián)，用于5V電壓的掉電保持，使得3.3V的次級(jí)電壓能夠在掉電信號(hào)觸發(fā)后保持1秒左右。我使用的是降壓DC/DC，如果使用降壓和升壓一體的電源轉(zhuǎn)換芯片，保持2秒也是可以做到的。
下面的附件是MAXWELL TECHNOLOGY公司的超級(jí)電容規(guī)格書(shū)，感興趣的同學(xué)可以下載來(lái)看看。吐槽一句，MAXWELL TECHNOLOGY已經(jīng)被特斯拉收購(gòu)了，為了專供特斯拉，原本的部分超級(jí)電容生產(chǎn)線都被砍掉了，超級(jí)電容技術(shù)還是很厲害啊。
1.7可變電容
可變電容的應(yīng)用場(chǎng)合比較少，我知道的只有關(guān)于收音機(jī)一類的需要通過(guò)可變電容調(diào)諧，選擇頻段之類的應(yīng)用。
以前可變電容是通過(guò)并聯(lián)的多個(gè)平板來(lái)實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在可變電容通過(guò)材料的更新?lián)Q代，也變成了體積很小的貼片器件。
可變電容器
有些芯片的引腳功能可以串接一個(gè)電容，通過(guò)判斷電容的容值，實(shí)現(xiàn)不同的效果，而有些RC振蕩電路，也可以通過(guò)不同的電容值，實(shí)現(xiàn)不同的定時(shí)效果。
如果產(chǎn)品在調(diào)試階段，或者某些定時(shí)應(yīng)用需要調(diào)節(jié)電容的容值，也可以考慮使用可變電容。
才疏學(xué)淺，歡迎大家吐槽~
下一篇文章再寫寫關(guān)于電容在一般電路中的應(yīng)用~