电子元器件采购网

广告

您的位置 首页 编程

深入探讨电容的品种和效果

本站为您提供的深入探讨电容的种类和作用,深入探讨电容的种类和作用

    你知道显卡为什么会花屏吗?

深化探讨电容的品种和效果





    你知道显卡为什么会花屏吗?


没错,你必定传闻过“主板爆浆”,或许你还在对商家唾沫横飞的“专业剖析”毫不置疑?但您知道“爆浆”为什么会发作,而爆浆发作的环境、条件、原理又是怎么?


你或许也被主板或显卡花屏所困惑,你知道元凶巨恶很或许是那个最不起眼的电容吗?


当睡在你上铺的兄弟告知你“铝电容便是比电解电容好,OSCON电容比铝电容好”,而你为此对他丰厚的硬件常识敬服不已的时分,你是否会置疑,这句话其实适当于:“摩托罗拉手机便是比GSM的手机好”——由于OSCON电容其实是铝电容的一种,而铝电容又是电解电容的一种。尽管这很可笑,可是你听不出来,由于你不像了解手机那样了解电容。


当你告知他铝电容其实便是电解电容的一种,乃至他推重有加的钽电容其实也是他最看不上的“电解电容”的一种的时分,您必定能让你上铺那位兄弟感到为难。但真理是越辨越明,你有丰厚的常识,那他只能挑选缄默沉静。而现实并不仅仅如此,当你看完本文后,能被你搞缄默沉静的人肯定不止上铺那位兄弟,或许还包含那些企图玩点猫腻的市侩——在我国能做到这点就很NB了。


由于咱们信任你并不是那种仅仅满足于用半瓶子醋的DIY常识骗几个MM和菜鸟的“DIY玩家”,所以咱们很真诚地邀请您阅览这篇有史以来IT媒体中最专业的关于电容的文章。


请信任,咱们不是在忽悠。

在开端之前咱们仍是先向咱们介绍一下本文的行文格局。为了便利咱们阅览,本文由PCPOP修改——小地,和业界资深的硬件专业人士——华巨先生以对话的办法进行。本文的主体内容均由华巨先生供给。


    小地:OK,华巨先生,先向咱们介绍一下,什么是电容?


  


 电容是最底子的电子元器材


    华巨:电容便是两块导体中心夹着一块绝缘体构成的电子元件,就像三明治相同。电容是电子设备中最根底也是最重要的元件之一。电容的产值占全球电子元器材产品(其它的还有电阻、电感等)中的40%以上。底子上全部的电子设备,小到闪盘、数码相机,大到航天飞机、火箭中都能够见到它的身影。作为一种最底子的电子元器材,电容关于电子设备来说就象食物关于人相同不行短少。


    小小一颗电容却是一个国家工业技能才干的彻底体现,尤其是高级电容所代表的是本国精细加工、化工、、资料、根底研讨的水平(美国、日本是国际上电容规划研讨才干最高的两个国家)咱们千万别小看它,其高级产品的规划制作要求乃至不亚于CPU。相同是这棵不起眼的电容,上到神五,下到U盘,能够说有 电源的当地就有它。


>


 电容是无处不在的


    电容的用处十分多,首要有如下几种:


    1.隔直流:效果是阻挠直流通过而让沟通通过。


    2.旁路(去耦):为沟通电路中某些并联的元件供给低阻抗通路。


    3.耦合:作为两个电路之间的衔接,答应沟通信号通过并传输到下一级电路


    4.滤波:这个对DIY而言很重要显卡上的电容底子都是这个效果。


    5.温度补偿:针对其它元件对温度的适应性不行带来的影响,而进行补偿,改进电路的安稳性。


    6.计时:电容器与电阻器合作运用,确认电路的时刻常数。


    7.调谐:对与频率相关的电路进行体系调谐,比方手机、收音机、电视机。


    8.整流:在预订的时刻开或许关半闭导体开关元件。


    9.储能:贮存电能,用于必需求的时分开释。例如相机闪光灯,加热设备等等。(现在某些电容的储能水平现已挨近锂电池的水准,一个电容贮存的电能能够供一个手机运用一天。


    小地总结:看完这章,咱们或许开端对电容感兴趣了。


小地:看完上一章之后咱们对电容已有了底子的了解,那现在咱们再深化一点,请介绍一下现在电容的品种好吗?咱们常传闻什么铝电容,钽电容……,能不能为咱们体系地介绍一下电容的分类呢?


    华巨:方才咱们说过,电容便是两块导体(阴极和阳极)中心夹着一块绝缘体(介质)构成的电子元件。电容的品种首要要依照介质品种来分。这傍边可分为无机介质电容器、有机介质电容器和电解电容器三大类。不同介质的电容,在结构、本钱、特性、用处方面都大不相同。



 陶瓷电容常用在超高频器材例如GPU上


    无机介质电容器:包含咱们了解的陶瓷电容以及云母电容,在CPU上咱们会常常看到陶瓷电容。陶瓷电容的归纳功能很好,能够运用GHz等级的超高频器材上,比方CPU/GPU。当然,它的价格也很贵。


    有机介质电容器:例如薄膜电容器,这类电容常常用在音箱上,其特性是比较精细、耐高温高压。


    双电层电容器:这种电容的电容量特别大,能够到达几百f(f=法,电容量单位,1f=1000000μf)。因而这种电容能够做UPS的电池用,效果是贮存电能。说句题外话,假如把地球当作一个孤立导体的话,那么它的容量只需700μf,还不如主板上用的一个铝电容。


    电解电容器:由于主板、显卡等产品运用的底子都是电解电容,因而这是咱们要讲的要点。咱们了解的铝电容,钽电容其实都是电解电容。假如说电容是电子元器材中最重要和不行替代的元件的话,那么电解电容器又在整个电容工业中占有了半壁河山。我国电解电容年产值300亿只,且年平均增长率高达30%,占全球电解电容产值的1/3以上。


    咱们别小看电解电容,它其实是一个国家的工业才干和技能水平的反映。国际上最先进的电解电容的规划和出产国是美国和日本,尖端的电解电容器的出产工艺要求十分高,别看我国电解电容产值这么高,可是各项核心技能都把握在其它国家手里,我国也就能算来料加工的“国际工厂”罢了,自主力气还很单薄,而且出产的产品也都以等级低的为主。


    小地总结:知道电容的分类后,至少你不会再说什么“铝电容比电解电容好”一类的鬼话了。


小地:我以为电解电容和DIY玩家的联络最亲近,那么,请继续为咱们介绍它吧。


    华巨:在了解电容的分类后,我想咱们现已知道,和DIY玩家最实在相关的还属电解电容,所以咱们接下来首要讲的也是它。首要让咱们了解一下电解电容的功能特色,这样咱们才干清楚为什么主板、显卡以及简直全部的计算机设备里边都运用到了电解电容:


    电解电容器特色一:单位体积的电容量十分大,比其它品种的电容大几十到数百倍。


    电解电容器特色二:额外的容量能够做到十分大,能够简单做到几万μf乃至几f(但不能和双电层电容比较)。


    电解电容器特色三:价格比其它品种具有压倒性优势,由于电解电容的组成资料都是一般的工业资料,比方铝等等。制作电解电容的设备也都是一般的工业设备,能够大规模出产,本钱相比照较低。


    现在,新式的电解电容开展的十分快,某些产品的功能已到达无机电容器的水准,电解电容正在替换某些无机和有机介质电容器。电解电容的运用范围适当广泛,底子上,有电源的设备都会运用到电解电容。例如通讯产品,数码产品,汽车上音响、发动机、ABS、GPS、电子喷油体系以及简直全部的家用电器。由于技能的前进,现在在小型化要求较高的军用电子对抗设备中也开端广泛运用电解电容。


    小地总结:有电源的当地就有电解电容,它价格廉价,运用在几百上千元的主板、显卡上是再适宜不过了。



     
小地:电解电容怎么分类?咱们常听一些“高手”说“贴片电容比电解电容好”,“钽电容比贴片电容好”之类的话。能否为咱们体系地介绍一下电解电容的分类,以及好坏联络呢?



 

      华巨:电解电容的分类,传统的办法都是按阳极原料,比方说铝或许钽。所以,电解电容按阳极分,为以下几种:


 


  


   


    1.铝电解电容。不管是SMT贴片工艺的(上图左,便是咱们说的“贴片电容”,辨认办法是底坐有黑色橡胶),仍是直插式的,或许有塑料表皮的(上图右便是直插式有塑料表皮的,这个被许多人以为是“电解电容”),只需它们的阳极原料是铝,那么他们就都叫做铝电解电容。电容的封装办法和电容的质量自身并无直接联络,电容的功能只取决于具体型号,这个咱们后面会具体阐明。


 



 


 紫色的是SANYO OSCON TCNQ系列高级电容,选用直插封装



 

2.钽电解电容。阳极由钽构成,便是那种咱们在显卡上一见到就会惊呼“这个显卡做工真不错!”的那种黄色或黑色小颗粒。现在许多钽电解电容都用贴片式装置,其外壳一般由树脂封装(选用相同封装的也或许是铝电解电容)。可是,钽电容的阴极也是电解质,所以很不幸的,它也是咱们十分看不起的“电解电容”的一种。(有种平地风波的感觉吧?)。


 


  


 


需求提及的是,铝电解电容和钽电解电容不是由封装办法决议的。像上图的黄色与黑色小方块,一般咱们以为其是钽电解电容,但实践其阳极也有或许是铝,也便是说它们也有或许是铝电容而不是钽电容。(第二个平地风波!?)


 



 


 是否有橡胶底坐,是判别SMT贴片与直插封装的首要依据



 

3。铌电解电容。这种电容现在现已用的比少,所以就不多介绍了。



 

以往传统的观点是钽电容功能比铝电容好,由于钽电容的介质为阳极氧化后生成的五氧化二钽,它的介电才干(一般用ε表明)比铝电容的三氧化二铝介质要高。因而在相同容量的情况下,钽电容的体积能比铝电容做得更小。(电解电容的电容量取决于介质的介电才干和体积,在容量必定的情况下,介电才干越高,体积就能够做得越小,反之,体积就需求做得越大)再加上钽的性质比较安稳,所以一般以为钽电容功能比铝电容好。



 

但这种凭阳极判别电容功能的办法现已过期了,现在决议电解电容功能的要害并不在于阳极,而在于电解质,也便是阴极。由于不同的阴极和不同的阳极能够组合成不同品种的电解电容,其功能也大不相同。选用同一种阳极的电容由于电解质的不同,功能能够距离很大,总归阳极关于电容功能的影响远远小于阴极。



 

小地总结:咱们现在再去看看显卡,眼光或许会有些不同了。


 


小地:现在咱们来了解一下电容的阴极。


华巨:阴极资料是电容的另一个极板,阴极也便是电容的电解质。电容的阴极现在底子有如下几种:


1.电解液。电解液是最传统的电解质,电解液是由GAMMA丁内酯有机溶剂加弱酸盐电容质通过加热得到的。咱们所见到的一般意义上的铝电解电容的阴极,都是这种电解液。运用电解液做阴极有不少长处。首要在于液体与介质的触摸面积较大,这样对提高电容量有协助。其次是运用电解液制作的电解电容,最高本领260度的高温,这样就能够通过波峰焊(波峰焊是SMT贴片装置的一道重要工序),一起耐压性也比较强。此外,运用电解液做阴极的电解电容,当介质被击穿的后,只需击穿电流不继续,那么电容能够自愈。但电解液也有其不足之处。首要是在高温环境下简单蒸发、渗漏,对寿数和安稳性影响很大,在高温高压下电解液还有或许瞬间汽化,体积增大引起爆破(便是咱们常说的爆浆);其次是电解液所选用的离子导电法其导电率很低,只需0.01S(电导率,欧姆的倒数)/CM,这形成电容的ESR值(等效串联电阻)特别高。


 



 


 铝电解液电容爆浆


 


传统铝电解液电容都有防爆槽,这是为了让压力简单被开释,不会发作更大的爆破。但某些产品为了节省本钱省去了防爆槽的工序。



2. 二氧化锰。二氧化锰是钽电容所运用的阴极资料。二氧化锰是固体,传导办法为电子导电,导电率是电解液离子导电的十倍(0.1S/CM),所以ESR比电解液低。所以,传统上咱们觉得钽电容比铝电容好得多,一起固体电解质也没有走漏的风险。此外二氧化锰的耐高温特性也比较好,本领的瞬间温度在500度左右。二氧化锰的缺陷在于在极性接反的情况下简单发作高温,在高温环境下开释出氧气,一起五氧化二钽介质层发作晶质改变,变脆发作裂缝,氧气沿着裂缝和钽粉混合发作爆破。别的这种阴极资料的价格也比较贵。(和铝电解液电容比较,尽管都是爆破,可原理却不相同,有多少人能留意到这点呢?)


 


传统上以为钽电容比铝电容功能好 首要是由于钽加上二氧化锰阴极助威后才有显着好于铝电解液电容的体现。假如把铝电解液电容的阴极更换为二氧化锰, 那么它的功能其实也能提高不少。


3.接下来咱们就要引出一种革新性的阴极——TCNQ。TCNQ是一种有机半导体,是一种络合盐。TCNQ在电容方面的运用,是在90年代中后期才呈现的,它的呈现代表着电解电容技能革新的开端。TCNQ是一种有机半导体,因而运用TCNQ的电容也叫做有机半导体电容,例如前期的三洋OSCON产品。TCNQ的呈现,使电解电容的功能能够直接应战传统陶瓷电容强占的许多范畴,使电解电容的作业频率由曾经的20KHZ直接上升到了1MHZ。TCNQ的呈现,使曩昔依照阳极区分电解电容功能的办法也过期了。由于即使是阳极为铝的铝电解电容,假如运用了TCNQ作为阴极原料的话,其功能照样比传统钽电容(钽+二氧化锰)好得多。TCNQ的导电办法也是电子导电,其导电率为1S/CM,是电解液的100倍,二氧化锰的10倍。


 



 


 紫色为TCNQ电容(SANYO)


运用TCNQ作为阴极的有机半导体电容,其功能十分安稳,也比较廉价。不过它的热阻功能欠好,其熔解温度只需230 -240摄氏度 ,所以有机半导体电容一般很少用SMT贴片工艺制作,由于无法通过波峰焊工艺,所以咱们看到的有机半导体电容底子都是插件式装置的。TCNQ还有一个不足之处便是对环境的污染。由于TCNQ是一种氰化物,在高温时简单蒸宣布剧毒的氰气,因而在出产和运用中会有约束。 


 


4.假如说TCNQ是电解电容革新的开端的话,那么真实的革新的主角当属PPY(聚吡咯)以及PEDT这类固体聚合物导体。


 



 


 闻名的SANYO OSCON SVP系列铝固体聚合物导体电容


70年代末人们发现,运用搀和法能够获得优秀的导电聚合物资料,然后引发了一场聚合物导体的技能革新。1985年,小日本初次开发了聚吡咯膜,假如运用复合法的话,能够使其导电率到达铜和银的水平,但它又不是金属而适当于工程塑料,附着性比金属好,一起价格也比铜和银低许多,此外,在受力情况下,其导电率还会发作改变(其特性很像人的神经体系)。这无疑是电容研制者朝思暮想的阴极原料。2000年,美国人由于发明晰大规模制作PPY聚吡咯膜的办法,而获得了当年的诺贝尔化学奖,其重要性可见一斑。聚吡咯的用处十分广泛,从隐形战斗机到人工手,以及显示器和电池、电容等等。聚吡咯的研制实力,能够反映出一个国家的化学水平,而我国的西安交通大学和成都电子科技大学在这方面比较突出。


 



 


 三洋CVEX 固体聚合物导体+电解液混合电容 留意防爆槽


运用PPY聚吡咯和PEDT做为阴极资料的电容,叫做固体聚合物导体电容。其电导率能够到达100S/CM,这是TCNQ盐的100倍,是电解液的10000倍,一起也没有污染。固体聚合物导体电容的温度特性也比较好,能够忍受300度以上的高温,因而能够运用SMT贴片工艺装置,也合适大规模出产。固体聚合物导体电容的安全性较好,当遇到高温的时分,电解质仅仅熔化而不会发作爆破,因而它不像一般铝电解液电容那样开有防爆槽(三洋有一种CVEX电容,阴极为固体聚合物导体加电解液的混合型,因而也有防爆槽)。固体聚合物导体电容的缺陷在于其价格相对偏高,一起耐电压功能不强。


 


  


 GF 6800U运用的CHEMICON PS/16V电容 无防爆槽


    最新锐的GF 6800 Ultra显卡,在NVIDIA公版上就运用了CHEMICON PS/16V固体聚合物导体电容。我看到有些“高手”对此嗤之以鼻,说16V算什么?的确,和运用电解液为阴极的电容比较,16V的确不算什么。可是在16伏特电压下,它的ESR功能不是一般的电解液电容所能到达的,因而才被运用到GF 6800 Ultra这样的尖端显卡上。


    小地:运用不同的阳极和阴极资料能够组合成多种标准的电解电容,是吗?



华巨:是这样的。底子上全部组合都能够。例如钽电解电容也能够运用固体聚合物导体做为阴极,而铝电解电容既能够运用电解液,也能够运用TCNQ、PPY和PEDT等等。现在新式的钽电容也选用了PPY和PEDT这类固体聚合物导体做阴极,因而功能前进许多,也没有以往二氧化锰阴极易爆破的风险。现在最好的钽聚合物电容的ESR能够到达5毫欧姆。这类功能高、体积小的钽聚合物电容一般运用手机、数码相机等一些对体积要求较高的设备上。

小地:你方才提到了有些电容不合适SMT贴片工艺,请问是否运用SMT,对功能会带来什么影响?


华巨:无论是插件仍是贴片式的装置工艺,电容自身都是直立于PCB的,底子的差异办法是SMT贴片工艺装置的电容,有黑色的橡胶底座。SMT的长处首要在于出产方面,其自动化程度高,精度也高,在运送途中不像插件式那样简单受损。可是SMT贴片工艺装置,需求波峰焊工艺处理,电容通过高温之后或许会影响功能,尤其是阴极选用电解液的电容,通过高温后电解液或许会干燥。插件工艺的装置本钱低,因而在相同本钱下,电容自身的功能能够更好一些。由于欧美工厂的机械本钱低而人工比较贵,所以大部分倾向于SMT贴片制作。而国内工厂的人工较廉价,所以厂商更乐意运用插件式装置。


在功能方面,插件式电容对频率的适应性差一些,不过不到500MHz以上的频率是很难体现出差异的。运用插件式装置的电容中也有很好的产品,例如CHEMICON的PS系列有一部分便是运用插件式的。


 



 


 主板上的电容大多有“皮”


小地:有塑料外皮的电容和没有外皮的铝壳电容,性质上有什么差异吗?为什么主板上大都运用前者?


 



 


 新款主板开端运用铝聚合物高级电容


华巨:全部的直立式电容都是铝壳电容。只不过有一部分电容外面包了PVC薄膜,这样对温度的适应性会好一点,可是这样做会污染环境,所以现在的电容都很少运用了。从本钱大将,有塑料外皮的电容对铝壳要求低,本钱会低一些。主板产品由于面积大,能够用稳压电源,这样开关频率相对较低,所以没必要太好的电容,而显卡由于面积小,对电容要求就高。不过现在许多新款主板也开端用比较高级的电容了。


 

电解电容阴极原料功能特性比照

阴极原料

电解液

二氧化锰

TCNQ

固体聚合物导体(PPY/PEDT)

固体聚合物导体+电解液(CVEX混合型)

导电率

0.01S/CM

0.1S/CM

1S/CM

100S/CM

100S+0.01S/CM

导电办法

离子导电

电子导电

电子导电

电子导电

电子+离子导电

热阻功能

260度

500度

230度(不合适SMT贴片)

300度

260度

长处

价格最廉价,耐压性优秀,有自愈特性

功能安稳

价格相对廉价,导电率高,归纳功能较好

无污染,不会爆破,杰出的温度特性,LOW ESR值

具有固体聚合物导体电容和电解液电容的全部长处与缺陷

缺陷

受温度影响巨大,ESR高,安全性不高

简单污染,安全性不高,价格也比较贵

不耐高温,有污染,耐电压值低

价格昂贵 没有自愈特性,耐电压值低

声明:本文内容来自网络转载或用户投稿,文章版权归原作者和原出处所有。文中观点,不代表本站立场。若有侵权请联系本站删除(kf@86ic.com)https://www.86ic.net/fangan/biancheng/51941.html
电子元器件采购网

广告

为您推荐

联系我们

联系我们

在线咨询: QQ交谈

邮箱: kf@86ic.com

关注微信
微信扫一扫关注我们

微信扫一扫关注我们

返回顶部