陶瓷電容和電解電容的工作原理

　　在電路設(shè)計(jì)過程中，要用電容來進(jìn)行濾波。有時(shí)要用電解電容，有時(shí)要陶瓷電容。有時(shí)兩種均要用到。我想問一下：用電解電容的作用是什么？用普通陶瓷電容的作用是什么？如何計(jì)算其容量的大小？對(duì)于電解電容的耐壓又該如何選擇確定？ 哪些情況用電解電容，哪些情況下用陶瓷電容，哪些情況下兩種均要用？ 在老版的模擬電子書上有提到，有個(gè)專門的公式去計(jì)算電容值的大小，不過有些IC之類的如何匹配電容在它的Datasheet里有規(guī)定，希望能幫上你。

　　電解電容與陶瓷電容一般用在IC的電源與地之間，起濾波作用，陶瓷電容單獨(dú)使用去耦作用，它的使用一般在IC中會(huì)有說明，其電解值的大小與IC所需電流大小有關(guān)，陶瓷取0.01uf。

　　如果我要用別的電容替代某個(gè)電容的時(shí)候，是必須容量和耐壓值都要滿足嗎？有的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)很難兩全其美。這時(shí)候能不能舍棄其中之一呢？

　　濾波電容范圍太廣了，這里簡(jiǎn)單說說電源旁路（去藕）電容。

　　濾波電容的選擇要看你是用在局部電源還是全局電源。對(duì)局部電源來說就是要起到瞬態(tài)供電的作用。為什么要加電容來供電呢？是因?yàn)槠骷?duì)電流的需求隨著驅(qū)動(dòng)的需求快速變化（比如DDR controller），而在高頻的范圍內(nèi)討論，電路的分布參數(shù)都要進(jìn)行考慮。由于分布電感的存在，阻礙了電流的劇烈變化，使得在芯片電源腳上電壓降低－－也就是形成了噪聲。而且，現(xiàn)在的反饋式電源都有一個(gè)反應(yīng)時(shí)間－－也就是要等到電壓波動(dòng)發(fā)生了一段時(shí)間（通常是ms或者us級(jí)）才會(huì)做出調(diào)整，對(duì)于ns級(jí)的電流需求變化來說，這種延遲，也形成了實(shí)際的噪聲。所以，電容的作用就是要提供一個(gè)低感抗（阻抗）的路線，滿足電流需求的快速變化。

　　基于以上的理論，計(jì)算電容量就要按照電容能提供電流變化的能量去計(jì)算。選擇電容的種類，就需要按照它的寄生電感去考慮－－也就是寄生電感要小于電源路徑的分布電感。

　　具體的說明在很多書上都有。提供一個(gè)參考書：high speed digital design ch8.2.

　　討論問題必須從本質(zhì)上出發(fā)。首先，可能都知道電容對(duì)直流是起隔離作用的，而電感器的作用則相反。所有的都是基于基本原理的。那這時(shí)，電容就有了最常見的兩個(gè)作用。一是用于極間隔離直流，有人也叫作耦合電容，因?yàn)樗綦x了直流，但要通過交流信號(hào)。直流的通路局限在幾級(jí)間，這樣可以簡(jiǎn)化工作點(diǎn)很復(fù)雜的計(jì)算，二是濾波。基本上就是這兩種。作為耦合，對(duì)電容的數(shù)值要求不嚴(yán)，只要其阻抗不要太大，從而對(duì)信號(hào)衰減過大即可。

　　但對(duì)于后者，就要求從濾波器的角度出發(fā)來考慮，比如輸入端的電源濾波，既要求濾除低頻（如有工頻引起的）噪聲，又要濾除高頻噪聲，故就需要同時(shí)使用大電容和小電容。有人會(huì)說，有了大電容，還要小的干什么？這是因?yàn)榇蟮碾娙荩捎跇O板和引腳端大，導(dǎo)致電感也大，故對(duì)高頻不起作用。而小電容則剛好相反。巨細(xì)據(jù)此可以確定電容量。而對(duì)于耐壓，任何時(shí)候都必須滿足，否則，就會(huì)爆炸，即使對(duì)于非電解電容，有時(shí)不爆炸，其性能也有所下降。講起來，太多了，先談這么多。都是濾波的作用，鋁電解電容容量比較大，主要用于慮除低頻干擾。容量大約為1mA電流對(duì)應(yīng)2～3μf，如過要求高的時(shí)候可以1mA對(duì)應(yīng)5～6μf。無極性電容用于慮除高頻信號(hào)。單獨(dú)使用的時(shí)候大部分是去藕用的。有時(shí)可以與電解電容并聯(lián)使用。陶瓷電容的高頻特性比較好，但是在某個(gè)頻率（大約是6MHz記不太清了）是容量下降的很快。

　　電解電容的作用和使用注意事項(xiàng)

　　一、 電解電容在電路中的作用

　　1，濾波作用，在電源電路中，整流電路將交流變成脈動(dòng)的直流，而在整流電路之后接入一個(gè)較大容量的電解電容，利用其充放電特性，使整流后的脈動(dòng)直流電壓變成相對(duì)比較穩(wěn)定的直流電壓。在實(shí)際中，為了防止電路各部分供電電壓因負(fù)載變化而產(chǎn)生變化，所以在電源的輸出端及負(fù)載的電源輸入端一般接有數(shù)十至數(shù)百微法的電解電容．由于大容量的電解電容一般具有一定的電感，對(duì)高頻及脈沖干擾信號(hào)不能有效地濾除，故在其兩端并聯(lián)了一只容量為0.001--0.lpF的電容，以濾除高頻及脈沖干擾．

　　2，耦合作用：在低頻信號(hào)的傳遞與放大過程中，為防止前后兩級(jí)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，常采用電容藕合．為了防止信號(hào)中韻低頻分量損失過大，一般總采用容量較大的電解電容。

　　二、電解電容的判斷方法

　　電解電容常見的故障有，容量減少，容量消失、擊穿短路及漏電，其中容量變化是因電解電容在使用或放置過程中其內(nèi)部的電解液逐漸干涸引起，而擊穿與漏電一般為所加的電壓過高或本身質(zhì)量不佳引起。判斷電源電容的好壞一般采用萬(wàn)用表的電阻檔進(jìn)行測(cè)量．具體方法為：將電容兩管腳短路進(jìn)行放電，用萬(wàn)用表的黑表筆接電解電容的正極。紅表筆接負(fù)極（對(duì)指針式萬(wàn)用表，用數(shù)字式萬(wàn)用表測(cè)量時(shí)表筆互調(diào)），正常時(shí)表針應(yīng)先向電阻小的方向擺動(dòng)，然后逐漸返回直至無窮大處。表針的擺動(dòng)幅度越大或返回的速度越慢，說明電容的容量越大，反之則說明電容的容量越小．如表針指在中間某處不再變化，說明此電容漏電，如電阻指示值很小或?yàn)榱悖瑒t表明此電容已擊穿短路．因萬(wàn)用表使用的電池電壓一般很低，所以在測(cè)量低耐壓的電容時(shí)比較準(zhǔn)確，而當(dāng)電容的耐壓較高時(shí)，打時(shí)盡管測(cè)量正常，但加上高壓時(shí)則有可能發(fā)生漏電或擊穿現(xiàn)象．

　　三、電解電容的使用注意事項(xiàng)

　　1、電解電容由于有正負(fù)極性，因此在電路中使用時(shí)不能顛倒聯(lián)接。在電源電路中，輸出正電壓時(shí)電解電容的正極接電源輸出端，負(fù)極接地，輸出負(fù)電壓時(shí)則負(fù)極接輸出端，正極接地．當(dāng)電源電路中的濾波電容極性接反時(shí)，因電容的濾波作用大大降低，一方面引起電源輸出電壓波動(dòng)，另一方面又因反向通電使此時(shí)相當(dāng)于一個(gè)電阻的電解電容發(fā)熱．當(dāng)反向電壓超過某值時(shí)，電容的反向漏電電阻將變得很小，這樣通電工作不久，即可使電容因過熱而炸裂損壞．

　　2、加在電解電容兩端的電壓不能超過其允許工作電壓，在設(shè)計(jì)實(shí)際電路時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況留有一定的余量，在設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源的濾波電容時(shí)，如果交流電源電壓為220~時(shí)變壓器次級(jí)的整流電壓可達(dá)22V，此時(shí)選擇耐壓為25V的電解電容一般可以滿足要求．但是，假如交流電源電壓波動(dòng)很大且有可能上升到250V以上時(shí)，最好選擇耐壓30V以上的電解電容。

　　3、電解電容在電路中不應(yīng)靠近大功率發(fā)熱元件，以防因受熱而使電解液加速干涸．

　　4、對(duì)于有正負(fù)極性的信號(hào)的濾波，可采取兩個(gè)電解電容同極性串聯(lián)的方法，當(dāng)作一個(gè)無極性的電容。

　　怎樣使用萬(wàn)用表測(cè)量電容？

　　用指針萬(wàn)用表測(cè)量電容 參見附圖：利用指針型萬(wàn)用表可以檢測(cè)電容，依據(jù)是萬(wàn)用表的電阻擋相當(dāng)于有內(nèi)阻的直流電源，可以對(duì)電容進(jìn)行充電，隨時(shí)間推移，電容兩端電壓逐漸升高，充電電流逐漸下降，直到零。 操作步驟

　　1．對(duì)電阻擋選擇合適的擋位，一般容量為0．01uF以下的，選x10k擋；1—10uF左右，選X1k擋；47uF以上，選x100擋或x10擋。

　　2．每測(cè)一次，用導(dǎo)線對(duì)電容短路一下，放電后再進(jìn)行下次測(cè)試。

　　3。電解電容器有極性，使用時(shí)正極要比負(fù)極電位高。由于黑表筆接表內(nèi)電池正極，故黑表筆接電解電容正極，紅表筆接電容負(fù)極，此時(shí)電解的漏電小，反接則漏電大。 好電容表現(xiàn)是，檢測(cè)時(shí)指針偏轉(zhuǎn)—下，然后逐漸返回到機(jī)械零（就是電阻無窮大）位置。

　　指針偏轉(zhuǎn)量與電容量和電阻擋位有關(guān)，容量大偏轉(zhuǎn)量大。實(shí)踐中要注意規(guī)律并積累數(shù)據(jù)。表頭機(jī)械零的調(diào)整方法是，表筆既不短接、也不測(cè)量任何器件時(shí)，用一字改錐對(duì)準(zhǔn)表頭上的機(jī)械調(diào)零缺口，左右旋轉(zhuǎn)使表針指零。 失去容量的電容器表現(xiàn)是，檢測(cè)指針不偏轉(zhuǎn)，不需放電，迅速交換一下表筆，指針也不偏轉(zhuǎn)。失去部分容量的電容表現(xiàn)是，與標(biāo)準(zhǔn)電容比較，指針偏轉(zhuǎn)不到位，可憑經(jīng)驗(yàn)或參考相同容量的標(biāo)準(zhǔn)電容，根據(jù)指針擺動(dòng)的最大幅度來判定。

　　參考的電容不必耐壓值也一樣，只要容量相同即可，例如估測(cè)一個(gè)100uF／250V的電容， 可用一個(gè)100uF／25V的電容先作參考，只要它們指針擺動(dòng)最大幅度一樣，即可斷定容量一樣。 漏電電容的表現(xiàn)是，指針回不到機(jī)械零（就是電阻無窮大）位置。需要注意的是，電解電容或大或小存在漏電，耐壓低的漏電大，耐壓高的漏電小；用x10k測(cè)漏電大，用xlk以下?lián)鯗y(cè)漏電小，以確定電容是否漏電。

　　對(duì)1000uF以上的電容，可先用Rxl0擋將其快速充電，并初步估測(cè)電容容量，然后改到Rxlk擋繼續(xù)測(cè)一會(huì)兒，這時(shí)指針不應(yīng)回返，而應(yīng)停在或十分接近無窮大處，否則就可能有漏電現(xiàn)象。對(duì)一些幾十微法以下的電容，在Rxlk擋充完電后，再改用Rx10k擋繼續(xù)測(cè)量，同樣表針應(yīng)停在無窮大處而不回返。 除電解電容外，瓷片、滌綸、金屬化紙介、獨(dú)石電容耐壓都大于40V。用萬(wàn)用表測(cè)試，無論那個(gè)擋，好電容都不應(yīng)該漏電。 用萬(wàn)用表測(cè)量小容量電容，可利用小功率硅NPN三極管的放大作用，方法見附圖1（f）。用電阻Rxlk擋，黑表筆接集電極，紅表筆接發(fā)射極，將小電容接觸一下集電極，指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)一下。原理是，電容充電時(shí)，充電電流給基極注入了基極電流，這個(gè)電流經(jīng)三極管放大，指針偏轉(zhuǎn)就比較明顯。

　　附圖中（c）是鋁電解電容結(jié)構(gòu)，對(duì)使用極性有嚴(yán)格要求。由圖中的公式可知，平板電容器的容量與介質(zhì)的介電常數(shù)成正比．與極板相對(duì)面積成正比，與極板距離成反比。正極是鋁箔，為擴(kuò)大面積，鋁箔內(nèi)面腐蝕成高低不平，介質(zhì)是絕緣物氧化鋁，很薄，負(fù)極是電解質(zhì)，右面的鋁箔充當(dāng)了負(fù)極引線。正確使用時(shí)，正極接高電位，負(fù)極接低電位，電解質(zhì)在直流電的作用下，可以分解出氧原子，與正極鋁箔生成氧化鋁，維持絕緣。不正確使用時(shí)，正極接低電位，負(fù)極接高電位，電解質(zhì)在直流電的作用下，會(huì)腐蝕氧化鋁，破壞絕緣，輕者漏電，嚴(yán)重的發(fā)熱，甚至爆裂。因此，使用一定要注意極性，長(zhǎng)期不用要經(jīng)常通電老化。