元器件科普——电容小趣闻

　　电子发烧友网核心提示：随着主板显卡集成度越来越高，各品牌在PCB上可施展的空间越来越小，这时供电部分自然成为各品牌研发者的自留地，而对于供电部分来说，电感、电容、MOS是三个必备的器件，很多网友也通过观察这里来判断主板或者显卡做工是否实在。这篇文章我们从几个小点入手为大家介绍电容的相关趣闻。

　　在电源或其他大功率设备中的高压侧常会出现大电容，尺寸的特殊让我们一眼注意到它，就拿最近我们刚刚测试过的电源来说，是一枚日本化工出品270uF容量，450V耐压，105摄氏度耐温的电容。电容可以存储能量，这让我们马上联想到了另一种可以存储能量的东西：电池。如果只从能量角度看，电容和同尺寸的碱性电池谁的容量大呢？一起来算一下： 电容的直径30mm，高度30mm，一号碱性电池的直径32mm，高度59mm。所以两颗图中的电容差不多等于一个1号电池的体积了。 一、图中电容。按电容储能的公式：0.5*0.00027*450*450=27.3焦耳，两颗就是54.5焦。 二、碱性电池。电量按8000毫安时算，电压1.5V，就是43200焦耳。 所以即便用碳性电池，能量密度也远高于电容。

　　问题：图中铝电解电容的容值是多少？ 答：8200uF。 这样回答并不能算完全正确，因为这个值只是在特定温度和特定频率下标定的，比如120Hz频率的电路在20摄氏度温度下电容至少可以保证有8200uF的容值。如果在其他温度下情况就不一定了，规律是温度升高容量会增加，85摄氏度时容量超过标称10%左右；低温下电容量减少，对于高压电容来说在零下40℃的环境中容量减少40%都是有可能的。所以冬季对用了很久的PC电源来说是一个考验，时间久里面的电解液会蒸发一些造成容值下降，温度低也会造成高压电容的容值大幅度下降，雪上加霜，出问题的几率就大了。 说到电量，电池也是如此，充电电池经常用多少多少毫安时来形容容量，实际上不规定放电截止电压，不规定放电电流，容量也是一个上下浮动很大的值。

　　在滤波电路中我们会用到电容，刚才说过温度过低的话容量会减少，那么为了防止寿命后期或者低温造成容值减少达不到滤波效果，我们可以增加使用电容。但如果你不考虑电容的工作频率的话，增加多少颗电容也是没用的，在极端条件下电容会变成了电感，至于原因解释起来有点多，感兴趣的网友可以继续看后面两页，如果只想知道结论，那就是： 电路的工作频率很高时，寄生电感（ESL）的效应将盖过电容的容性，让一颗电容呈现感性，如果频率继续增加，感性也将继续增加。这就是电容变成电感的解释。 对于铝电解电容来说工作频率一般不会工作在超过800KHz以上的频率。

　　大部分图中样式的铝电解电容长一些的脚是负极，短脚是正极。如果切开一个电容你会觉得里面好像是一团致密的纸卷，就像……手纸。这卷"手纸"由3种不同的薄膜卷成，一种是正极铝箔，一种是负极铝箔，一种是绝缘层隔（隔开正负极）。卷好以后正极引脚接在正极铝箔上，负极接在负极铝箔上，有时电容外壳就是负极，所以负极也会接在外壳上。而凡是有金属导线的地方都会存在电感，一般工程上按每英寸（2.5厘米）存在20nH（一亿分之二亨利）估算。 我们图中使用的是插件式电容，即便插紧在PCB上了，电容内部从铝箔到胶塞间仍然存在一段引脚，所以寄生电感比那些贴片（SMT）的电感要高。这些电感虽然很小，但到了一定条件下我们并不能忽略，这种电感在电容的模型中称之为等效串联电感（ESL）。 图中还有一行字："所有部分都有电阻"，所以除了寄生在物理尺寸上的电感外，电容上还有电阻存在，而且在大部分工程设计或考察电容供应商产品好坏时考虑这种电阻的效应远多于ESL，这种电阻称之为串联等效电阻（ESR）。 结论：现实生活里的电容不止体现容性，还有寄生在物理尺寸上的电感和电阻。

如不感兴趣可以跳过这页，这里更详细的解释了实际使用中电容呈现感性的原因。下方公式里各个符号的意义是：j为复数单位1（平方为-1），ESL的电感值为L，电容容值为C，ESR的阻值为R，ω=2πf，f是频率，所以ω代表了频率。 在交流电电路中我们也试图描述电路中元件对电流的阻碍作用，在直流电路中这种阻碍被称之为电阻，交流电中称之为"阻抗"。让我们用交流电中常用的表达式写出每个元件的阻抗。 电感的单独存在会让电流落后电压90度，用jωL表示；电容的单独存在会让电压落后电流90度，用jωC的倒数表示。电阻单独存在时电压和电流总是同步的，用R表示。 如果电阻、电容、电感串联的话，电流会