1.2　電容類元件

電容是工控電路板中使用量僅次于電阻的元件，各種電容外形見圖1.15。根據常見工控電路板的特點，下面將電容分為鋁電解電容、鉭電解電容、瓷片電容、薄膜電容、固態電容、法拉電容（超級電容）加以介紹。

1.2.1　鋁電解電容

鋁電解電容是將鋁質圓筒狀外殼作為負極，內部裝有液體電解質，正極由鋁帶連電極引出。經過直流電壓處理后，在正極鋁帶上形成氧化膜介質。鋁電解電容容量可以做得很大，而且相對廉價，在低頻濾波場合應用較多。

鋁電解電容的容量從零點幾微法到幾萬微法，耐壓從5V到630V都算常見。如圖1.16所示。電解電容的容量誤差一般都是20%。

因為鋁電解電容的制造工藝特點，實際應用中，我們不能將電容看成理想電容器，要考慮的不僅僅是電容的電容特性，還要考慮電容的ESR（串聯等效電阻）和ESL（串聯等效電感）以及漏電等參數和特性。所謂ESR，就是實際的電容器相當于理想電容器和一個電阻的串聯，那么在通過電容的交流電流比較大的場合，因交流電流也同時要通過串聯等效電阻，所以電源紋波會受到阻礙，濾波效果會大打折扣，同時，ESR會發熱影響電容使用壽命。實際的電容器還有一定的電感特性，對交流電壓電流具有阻礙作用，頻率越高，作用越明顯，因此對高頻雜波的濾波效果不理想。另外，鋁電解電容還存在一定的漏電流，電壓越高，溫度越高，漏電越明顯。

基于以上因素，電路設計者會通過并聯多個鋁電解電容的方式來降低ESR的影響，同時會在鋁電解電容上并聯濾除高頻成分的瓷片電容、獨石電容等之類的小電容。

鋁電解電容電解液的揮發不可避免，所以，鋁電解電容幾乎都會損壞，只是時間問題。

正常工作情況下，影響鋁電解電容壽命的最大因素是溫度。每增加10℃，電容的壽命減半。從筆者實際維修情況統計來看，品牌好的電容如NICHICON RUBYCON等牌子電解電容一般要10年以上才出問題，而質量不好的電容三五年就出問題。鋁電解電容在代換時，須注意耐壓的降比使用，應至少留足15%的耐壓裕量。如24V電源使用25V耐壓的電容，短時間應該不會出現問題，時間一長，問題就會顯現，電容壽命會大打折扣。鋁電解電容是有極性電容，要注意電容極性千萬不可接反，否則會有爆炸危險，特別是高電壓電解電容，接反后通電的爆炸威力會讓人心有余悸。鋁電解電容會在外殼上將負極特別標注，代換時須對照電路板上的正負極性，有些工控電路板不會在板上標注極性，拆卸更換之前須做好標記，以免更換再焊接時弄錯。

1.2.2　鉭電解電容

如圖1.17所示鉭電解電容使用稀土元素金屬鉭形成的五氧化二鉭氧化膜作為介質，在工作過程中，具有自我修補的電化學特性，因為沒有液態電解液，較之鋁電解電容具有非常優異的性能，接近理想電容的特性。鉭電解電容具有非常小的ESR和ESL，壽命長，耐高溫，精度高，濾除高頻諧波特性好，可以做到小型化。但其固有的工藝特點也決定了它的一些缺點。鉭電解電容的電容量和耐壓不可以做到很高，一般常見的容量在零點幾微法到數百微法之間，耐壓在5V到63V之間。因為較小的ESR和ESL，鉭電容在電壓加載瞬間，電流沖擊比較大，這會造成鉭電容擊穿短路，我們在維修過程偶有碰到擊穿短路的鉭電解電容。另外，由于使用了稀土元素金屬鉭，鉭電容的成本要比鋁電解電容貴很多。鉭電解電容也是有極性電容，廠家會在電容表面正極一端特別標注，這一點和鋁電解電容在負極特別標注不同，初學者容易混淆，要特別注意。

1.2.3　瓷片電容

瓷片電容使用陶瓷做介質，其上凃覆一層金屬薄膜，經高溫燒結引出電極而成。瓷片電容容量穩定，絕緣性能好，耐高壓，但容量小。如圖1.18所示。

1.2.4　獨石電容

獨石電容，也稱MLCC（Multi-layer ceramic capacitors），是片式多層陶瓷電容器英文縮寫，有著不少優良的性能，近年來隨著元件小型化及手機等消費類電子產品的快速發展而產量劇增。如圖1.19所示。

1.2.5　薄膜電容

薄膜電容是以金屬箔當電極，將其和聚乙酯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜，從兩端重疊后，卷繞成圓筒狀的構造。而依塑料薄膜的種類又被分別稱為聚乙酯電容（又稱Mylar電容）、聚丙烯電容（又稱PP電容）、聚苯乙烯電容（又稱PS電容）和聚碳酸電容。隨著工藝改進，在塑料薄膜上真空蒸鍍一層很薄的金屬作為電極，可以省去金屬箔的厚度，便于電容的小型化。圖1.20是各種薄膜電容器。

薄膜電容器具有不少優良特性：無極性，絕緣阻抗很高，頻率特性優異（頻率響應寬廣），而且介質損失很小。因此在模擬電路中得以大量應用，高檔音響更是以使用高品質薄膜電容器作為賣點和噱頭。工業電路板中常見作為安規電容、電機啟動電容以及儀器儀表電路中的振蕩、信號耦合電容。

1.2.6　固態電容

固態電容全稱固態鋁質電解電容，如圖1.21所示，它使用了與普通鋁電解電容不同的介電材料。普通電容使用電解液，而固態電容使用導電性高分子作為介電材料，因而較之普通鋁電解電容具有很多優良特性，如環保，溫度特性優良，頻率特性好，壽命長，低ESR，不會爆漿、爆炸等。所以固態電容在儀器儀表、電腦主板及數碼產品中已經得到大量應用。但固態電容的耐壓不可以做到很高，這限制了它的應用范圍。

1.2.7　法拉電容

法拉電容亦稱超級電容，通常電容量在0.1F以上。法拉電容可以大電流充電，可以很快就充滿，因為容量很大，小電流放電時間很長，表現就跟電池一樣，所以在電路中常用來代替電池給斷電后的RAM供電，以保存用戶參數及程序。常見的法拉電容如圖1.22所示。

如果超級電容失效，可能會引發電路板容易丟失參數或參數讀寫失敗等故障。法拉電容是否損壞可以視其電壓保持時間來判斷，如果在電路板斷電后電壓跌落很快，則排除其他原因后，可能就是電容本身的問題，如果長時間電壓跌落不明顯，則此電容正常。

1.2.8　電容的參數識別

電容的基本參數有容量、耐壓、溫度及精度。鋁電解電容的電容量相對比較大，表面有足夠的空間便于印刷字符，所以一般直接用數值標識，如0.1μF、220μF、1000μF等，耐壓和溫度范圍也會印在電容外殼表面。大多數薄膜電容、瓷片電容、鉭電解電容因標注空間有限，會使用類似貼片電阻上的標識方法，即第一、第二位表示數字，第三位表示倍率，單位是pF，如103表示10000pF，224表示220000pF，有些會直接用nF單位表示，如10nF、33nF。小于100pF的插件瓷片電容會在上面直接標注數值，如33、22等。片式瓷片電容及獨石電容一般不會在上面標注容量，我們想要知道其容量只能拆下使用電容表測量。薄膜電容通常會在容量標注后帶一個字母，對應不同精度等級，其表示意義是：

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

鋁電解電容的溫度范圍很重要，常見有標識-25～85℃及-55～125℃范圍，表示電容在這個溫度范圍內可以正常工作。

1.2.9　電容的測量及好壞判斷

經統計，電容，特別是鋁電解電容是工控電路板中最多可能引發故障的元件。隨著電路板工作時間的增加，電解電容的電解液會出現干涸，漏液情況，電容的容量會下降，ESR增加，這會造成各種各樣的電路故障。在后面章節的典型電路介紹中會特別提到。

指針式萬用表可粗略測量電解電容的充放電特性及漏電情況，許多家電維修人員會使用此法來判斷電容是否失效，但這只能測量那些容量下降明顯的電容以及漏電比較明顯的電容，至于電容的ESR、ESL等其他參數就無能為力了，這會漏掉對損壞電容的判斷。有些數字萬用表帶有電容容量測量功能，但范圍有限，通常只能測量1000pF至100μF的電容，可以測試電容容量是否下降，同樣的也不能測試ESR、ESL等其他參數。能大范圍測量電容量的是電容表，通常從1pF至10mF都可以測量。

有些電解電容損壞單從外觀并不能分辨出來，拆下后測量其容量也正常，此時就需要使用專業的電容測試儀器，最直觀的就是使用在線維修測試儀測試其VI曲線，具體測試和判別方法在工具使用一章會特別介紹。

1.2.10　電容的代換

電容代換時除了要電容量一致以外，還須注意原電容上標注的耐壓和溫度，一定要使用同級或更高級別的耐壓和溫度等級的電容來代換原電容，同時注意電容的安裝尺寸。