1.2　电容类元件

电容是工控电路板中使用量仅次于电阻的元件，各种电容外形见图1.15。根据常见工控电路板的特点，下面将电容分为铝电解电容、钽电解电容、瓷片电容、薄膜电容、固态电容、法拉电容（超级电容）加以介绍。

1.2.1　铝电解电容

铝电解电容是将铝质圆筒状外壳作为负极，内部装有液体电解质，正极由铝带连电极引出。经过直流电压处理后，在正极铝带上形成氧化膜介质。铝电解电容容量可以做得很大，而且相对廉价，在低频滤波场合应用较多。

铝电解电容的容量从零点几微法到几万微法，耐压从5V到630V都算常见。如图1.16所示。电解电容的容量误差一般都是20%。

因为铝电解电容的制造工艺特点，实际应用中，我们不能将电容看成理想电容器，要考虑的不仅仅是电容的电容特性，还要考虑电容的ESR（串联等效电阻）和ESL（串联等效电感）以及漏电等参数和特性。所谓ESR，就是实际的电容器相当于理想电容器和一个电阻的串联，那么在通过电容的交流电流比较大的场合，因交流电流也同时要通过串联等效电阻，所以电源纹波会受到阻碍，滤波效果会大打折扣，同时，ESR会发热影响电容使用寿命。实际的电容器还有一定的电感特性，对交流电压电流具有阻碍作用，频率越高，作用越明显，因此对高频杂波的滤波效果不理想。另外，铝电解电容还存在一定的漏电流，电压越高，温度越高，漏电越明显。

基于以上因素，电路设计者会通过并联多个铝电解电容的方式来降低ESR的影响，同时会在铝电解电容上并联滤除高频成分的瓷片电容、独石电容等之类的小电容。

铝电解电容电解液的挥发不可避免，所以，铝电解电容几乎都会损坏，只是时间问题。

正常工作情况下，影响铝电解电容寿命的最大因素是温度。每增加10℃，电容的寿命减半。从笔者实际维修情况统计来看，品牌好的电容如NICHICON RUBYCON等牌子电解电容一般要10年以上才出问题，而质量不好的电容三五年就出问题。铝电解电容在代换时，须注意耐压的降比使用，应至少留足15%的耐压裕量。如24V电源使用25V耐压的电容，短时间应该不会出现问题，时间一长，问题就会显现，电容寿命会大打折扣。铝电解电容是有极性电容，要注意电容极性千万不可接反，否则会有爆炸危险，特别是高电压电解电容，接反后通电的爆炸威力会让人心有余悸。铝电解电容会在外壳上将负极特别标注，代换时须对照电路板上的正负极性，有些工控电路板不会在板上标注极性，拆卸更换之前须做好标记，以免更换再焊接时弄错。

1.2.2　钽电解电容

如图1.17所示钽电解电容使用稀土元素金属钽形成的五氧化二钽氧化膜作为介质，在工作过程中，具有自我修补的电化学特性，因为没有液态电解液，较之铝电解电容具有非常优异的性能，接近理想电容的特性。钽电解电容具有非常小的ESR和ESL，寿命长，耐高温，精度高，滤除高频谐波特性好，可以做到小型化。但其固有的工艺特点也决定了它的一些缺点。钽电解电容的电容量和耐压不可以做到很高，一般常见的容量在零点几微法到数百微法之间，耐压在5V到63V之间。因为较小的ESR和ESL，钽电容在电压加载瞬间，电流冲击比较大，这会造成钽电容击穿短路，我们在维修过程偶有碰到击穿短路的钽电解电容。另外，由于使用了稀土元素金属钽，钽电容的成本要比铝电解电容贵很多。钽电解电容也是有极性电容，厂家会在电容表面正极一端特别标注，这一点和铝电解电容在负极特别标注不同，初学者容易混淆，要特别注意。

1.2.3　瓷片电容

瓷片电容使用陶瓷做介质，其上凃覆一层金属薄膜，经高温烧结引出电极而成。瓷片电容容量稳定，绝缘性能好，耐高压，但容量小。如图1.18所示。

1.2.4　独石电容

独石电容，也称MLCC（Multi-layer ceramic capacitors），是片式多层陶瓷电容器英文缩写，有着不少优良的性能，近年来随着元件小型化及手机等消费类电子产品的快速发展而产量剧增。如图1.19所示。

1.2.5　薄膜电容

薄膜电容是以金属箔当电极，将其和聚乙酯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜，从两端重叠后，卷绕成圆筒状的构造。而依塑料薄膜的种类又被分别称为聚乙酯电容（又称Mylar电容）、聚丙烯电容（又称PP电容）、聚苯乙烯电容（又称PS电容）和聚碳酸电容。随着工艺改进，在塑料薄膜上真空蒸镀一层很薄的金属作为电极，可以省去金属箔的厚度，便于电容的小型化。图1.20是各种薄膜电容器。

薄膜电容器具有不少优良特性：无极性，绝缘阻抗很高，频率特性优异（频率响应宽广），而且介质损失很小。因此在模拟电路中得以大量应用，高档音响更是以使用高品质薄膜电容器作为卖点和噱头。工业电路板中常见作为安规电容、电机启动电容以及仪器仪表电路中的振荡、信号耦合电容。

1.2.6　固态电容

固态电容全称固态铝质电解电容，如图1.21所示，它使用了与普通铝电解电容不同的介电材料。普通电容使用电解液，而固态电容使用导电性高分子作为介电材料，因而较之普通铝电解电容具有很多优良特性，如环保，温度特性优良，频率特性好，寿命长，低ESR，不会爆浆、爆炸等。所以固态电容在仪器仪表、电脑主板及数码产品中已经得到大量应用。但固态电容的耐压不可以做到很高，这限制了它的应用范围。

1.2.7　法拉电容

法拉电容亦称超级电容，通常电容量在0.1F以上。法拉电容可以大电流充电，可以很快就充满，因为容量很大，小电流放电时间很长，表现就跟电池一样，所以在电路中常用来代替电池给断电后的RAM供电，以保存用户参数及程序。常见的法拉电容如图1.22所示。

如果超级电容失效，可能会引发电路板容易丢失参数或参数读写失败等故障。法拉电容是否损坏可以视其电压保持时间来判断，如果在电路板断电后电压跌落很快，则排除其他原因后，可能就是电容本身的问题，如果长时间电压跌落不明显，则此电容正常。

1.2.8　电容的参数识别

电容的基本参数有容量、耐压、温度及精度。铝电解电容的电容量相对比较大，表面有足够的空间便于印刷字符，所以一般直接用数值标识，如0.1μF、220μF、1000μF等，耐压和温度范围也会印在电容外壳表面。大多数薄膜电容、瓷片电容、钽电解电容因标注空间有限，会使用类似贴片电阻上的标识方法，即第一、第二位表示数字，第三位表示倍率，单位是pF，如103表示10000pF，224表示220000pF，有些会直接用nF单位表示，如10nF、33nF。小于100pF的插件瓷片电容会在上面直接标注数值，如33、22等。片式瓷片电容及独石电容一般不会在上面标注容量，我们想要知道其容量只能拆下使用电容表测量。薄膜电容通常会在容量标注后带一个字母，对应不同精度等级，其表示意义是：

D：±0.5%；F：±1%；G：±2%；J：±5%；K：±10%；M：±20%。

铝电解电容的温度范围很重要，常见有标识-25～85℃及-55～125℃范围，表示电容在这个温度范围内可以正常工作。

1.2.9　电容的测量及好坏判断

经统计，电容，特别是铝电解电容是工控电路板中最多可能引发故障的元件。随着电路板工作时间的增加，电解电容的电解液会出现干涸，漏液情况，电容的容量会下降，ESR增加，这会造成各种各样的电路故障。在后面章节的典型电路介绍中会特别提到。

指针式万用表可粗略测量电解电容的充放电特性及漏电情况，许多家电维修人员会使用此法来判断电容是否失效，但这只能测量那些容量下降明显的电容以及漏电比较明显的电容，至于电容的ESR、ESL等其他参数就无能为力了，这会漏掉对损坏电容的判断。有些数字万用表带有电容容量测量功能，但范围有限，通常只能测量1000pF至100μF的电容，可以测试电容容量是否下降，同样的也不能测试ESR、ESL等其他参数。能大范围测量电容量的是电容表，通常从1pF至10mF都可以测量。

有些电解电容损坏单从外观并不能分辨出来，拆下后测量其容量也正常，此时就需要使用专业的电容测试仪器，最直观的就是使用在线维修测试仪测试其VI曲线，具体测试和判别方法在工具使用一章会特别介绍。

1.2.10　电容的代换

电容代换时除了要电容量一致以外，还须注意原电容上标注的耐压和温度，一定要使用同级或更高级别的耐压和温度等级的电容来代换原电容，同时注意电容的安装尺寸。