元器件科普——电容小趣闻

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，电流会落后电压还是会领先电压的变化？这个问题等于在问：这个电路是呈现容性还是感性呢？ 而这个串联电路正好是我们所说的"现实中的电容模型"，他到底呈现出感性还是容性全靠上图括号内值的正负。 我们来看括号里的内容，ω增大（也就是频率增大），第一项ωL会增大，第二项因为分母增大会变小，对于电容来说最初括号里的值是小于零的，随着频率ω增长，括号里的值会等于零，这时电容自身的容性刚好抵消了寄生电感的感性，如果电路的频率继续增加，这个电容就会变成电感。比如铝电解电容在1MHz频率的电路中大都免不了呈现感性。下一页说ESR的效应。

　　这张图是2009年老图，图中的电路是音箱输出电路，图中圈出了隔直电容。这个电容的容值300uF，40V耐压，ESR为0.1欧姆。 现在我们换用一个ESR为6欧姆其他参数一样的电容做对比，两个电容输出功率的曲线已经标在图中。看图说话。 你会听到在播放100Hz以下（低频时）声音时，不论使用哪颗电容输出功率的差距都很小，也就是说音箱放低音时音量并没有很大变化。但如果音箱在放高频声音，比如1000Hz的声音时（高频时），采用ESR 0.1欧姆电容的音箱音量远远大于采用ESR 6欧姆的音箱。实际上1000Hz的音高是音乐中很常见的中高频声音，如不选用良好的电容，用这个音箱听歌就好像没有了高音区那样。图中采用ESR 0.1欧姆的音箱比采用ESR 6欧姆的音箱在播放1000Hz声音时输出功率相差4瓦，这4瓦就是热损耗。 有时ESR也会当做一种特性使用，如果你就是不想听高音，那么选择ESR大的电容输出就好。 图中举的例子比较极端，因为你很难买到ESR高达6欧姆的电容，但ESR并不是一成不变的，铝电解电容的ESR随着温度变化非常大，在80摄氏度时大约只有室温下的70%，在零下40摄氏度时它会增加50倍都不止，结合我们第二页说的PC电源中大电容的情况，低温下的高频应用对这些设备来说绝对是地狱一般。

　　显卡、主板上已经开始使用钽电容这种高端货了，这种电容多用在频率几百KHz到几MHz，电压在30V以内的电路中，尤其是对寿命要求较高的地方。从容量上看，1000uF对钽电容已经是边缘上限值了，它并不能像铝电解电容那样做得很高（几百万uF）。钽电容的ESR也从十几毫欧到几欧之间分布，相对铝电解电容没有巨大优势；钽电容的ESL一般只有2nL，这和最好的贴片类的铝电解电容差不多，远低于插件式的电解电容。

　　从性能角度看选用最好的铝电解电容，和选用钽电容的效果差不多。钽电容的优势在于温度稳定性好，即便在零下200摄氏度时容量损失也不会超过10%，此外的优势就是寿命长，因为铝电解电容只要电解液干涸了电容就会失效。 但钽电容也有它的劣势，如果温度是铝电解电容的杀手，那电压就是钽电容的夺命刀。高压会击穿钽电容的氧化膜，你甚至不容易买到15V耐压以上的钽电容。 这页摆出了上下两幅图，上侧的显卡实实在在的全部采用钽电容，下侧显卡还用了一些更便宜的电容，给人感觉不太诚恳，如果仔细看还会发现靠近6PIN显卡供电接头旁边有两枚本该采用钽电容的位置被四枚陶瓷电容替代了，在这篇文章第一页也是这张显卡，从诸多细节看它更像一张样品卡，现实中估计也难买到。更戏剧性的是上面那个看上去实实在在的显卡品牌从前就是下面那个品牌更名换标而来。

　　我其实是想说，如果在本该使用耐压高的部位硬采用钽电容，让板卡看上去更"高端"，实际上却降低了整张卡的可靠性，且增加了相当多的成本，这种赚卖相的做法是不可取的。

为了让玩家感性的了解电容，我在Digikey上找了价格，这里仅仅是参考。玩家中有很多是电子行业的，甚至就是有多年采购经验的专家，你们也知道同样的元件，同一个代理商，不同数量的单价相差70%是很正常的；同一个元件，同数量采购，不同供应商的价格差50%以上也