一、電容的不同種類(lèi)

電容的種類(lèi)有很多，常見(jiàn)的有鋁電解電容、鉭電容、陶瓷電容、薄膜電容……。以下我整理了一份不同種類(lèi)電容的主要特征，供參考：

圖1-不同種類(lèi)電容的特征（鋁電解電容、鉭電容、陶瓷電容、薄膜電容）二、電容的ESR（等效串聯(lián)電阻）和ESL（等效串聯(lián)電感）

在電路仿真軟件中，一個(gè)電容就是一個(gè)電容，你不用特別告訴軟件這是一個(gè)鋁電解電容還是一個(gè)陶瓷電容。而在真實(shí)電路下，電容的表現(xiàn)并不純粹，電容往往還伴隨著電阻和電感的特性。不同種類(lèi)的電容在這方面的表現(xiàn)并不一致，所以需要擇優(yōu)選取。

為了易于分析電容在真實(shí)情況下的表現(xiàn)，一個(gè)電容會(huì)被表示成由“一個(gè)電容+一個(gè)電阻+一個(gè)電感”組合而成的形式：

圖2-真實(shí)情況下的電容等效電路（ESR+ESL）

其中，電阻稱(chēng)為ESR（Equivalent Series Resistance，等效串聯(lián)電阻），電感稱(chēng)為ESL（Equivalent Series Inductance，等效串聯(lián)電感）。

先說(shuō)一下ESR，純粹的容性負(fù)載是不消耗功率的，而由于ESR的存在，電容會(huì)做功，從而導(dǎo)致溫度上升。我們用仿真軟件來(lái)看一下ESR帶來(lái)的影響：

圖3-電容ESR（等效串聯(lián)電阻）的影響

圖中，10uF的電容被表示成10uF+10Ω（ESR）esr電容，沒(méi)考慮ESL。為了說(shuō)明ESR的影響，我特意擴(kuò)大了ESR阻值到10Ω?？梢钥吹紼SR上是有電壓，這就會(huì)做功和發(fā)熱。

有些電容的規(guī)格書(shū)上會(huì)描述其ESR的阻值，還有些會(huì)描述一個(gè)“Dissipation factor”的指標(biāo)，用于表明ESR的影響：

圖4-電容Dissipation factor（DF）指標(biāo)

DF可以理解為ESR與容抗的比值，即：DF=ESR/Xc。圖中之所以注明120Hz的條件，是因?yàn)閄c容抗的計(jì)算與頻率有關(guān)，具體可以參見(jiàn)前一篇文章。

如果沒(méi)有電容元器件的規(guī)格書(shū)，也可以用LCR等儀表來(lái)測(cè)量電容的ESR，不過(guò)好的儀表通常比較貴，網(wǎng)上也有一些簡(jiǎn)易方案，你可以搜一下：

圖5-電容ESR測(cè)量?jī)x表

再提一下ESL，電容的阻抗和頻率息息相關(guān)，在輸入信號(hào)頻率較低的時(shí)候，電容Xc容抗的表現(xiàn)更明顯；隨著頻率升高，ESR的表現(xiàn)更明顯，因?yàn)閄c降低；而隨著頻率再升高，ESL的表現(xiàn)更明顯：

圖6-電容阻抗隨頻率變化（ESR、ESL）

不同種類(lèi)的電容在不同輸入信號(hào)頻率情況下，阻抗表現(xiàn)很大差異：

圖7-典型電容阻抗變化三、為什么大電容上還并聯(lián)小電容？

經(jīng)常看到大電容上還并聯(lián)小電容，比如，一個(gè)大的鋁電解電容上再并聯(lián)加上一個(gè)小的陶瓷電容，這是為什么？難道一個(gè)大電容的容量還不夠嗎？

圖8-大電容并聯(lián)小電容（100nF/0.1uF）

從圖7中，可以看到鋁電解電容在高頻情況下，表現(xiàn)非常糟糕，ESR很大，幾乎無(wú)法濾波，所以需要小電容來(lái)針對(duì)高頻進(jìn)行輔助濾波。

事實(shí)上，100nF/0.1uF電容在單片機(jī)類(lèi)電路中隨處可見(jiàn)，也是習(xí)慣性設(shè)計(jì)行為，只要想對(duì)這些IC做一些高頻濾波（KHz～MHz），就放一顆100nF/0.1uF上去。

四、超級(jí)電容能否代替電池？

在前幾篇的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)中，我們使用到了1F的超級(jí)電容，對(duì)于低功耗電路，由于超級(jí)電容容量大，所以可以持續(xù)為電路供電很長(zhǎng)時(shí)間。那么不禁想到，是否能用超級(jí)電容來(lái)代替電池呢？

我理解有幾個(gè)方面的考量：

1. 能量

從儲(chǔ)存能量的角度，超級(jí)電容不見(jiàn)得能比得過(guò)電池。譬如一個(gè)常見(jiàn)的AA 5號(hào)電池（1500mAh），對(duì)比500F的超級(jí)電容（體積更大）esr電容，其儲(chǔ)存的能量計(jì)算如下：

圖9-電池vs超級(jí)電容的儲(chǔ)存能量

所以能量方面，超級(jí)電容并不占優(yōu)勢(shì)。

2. 電壓

電池在整個(gè)使用過(guò)程中，電壓都能保持相對(duì)恒定，一顆5號(hào)電池，就算電量快要用完，還能保持1V以上電壓。而超級(jí)電容就無(wú)法做到電壓在整個(gè)放電過(guò)程中的相對(duì)恒定，所以這方面也不占優(yōu)勢(shì)。

3. 電流

超級(jí)電容能占優(yōu)勢(shì)的是輸出電流，這也和我們今天所講的ESR有關(guān)。

下圖是一個(gè)AA 5號(hào)電池的內(nèi)阻，一般都在100mΩ以上：

圖10-AA 5號(hào)電池的內(nèi)阻

下圖是一個(gè)超級(jí)電容的內(nèi)阻，一般只有1mΩ不到：

圖11-超級(jí)電容內(nèi)阻ESR

由于內(nèi)阻/ESR的原因，超級(jí)電容可以輕松輸出數(shù)十A的大電流，而普通電池只能輸出數(shù)A的電流，這就是超級(jí)電容最大的優(yōu)勢(shì)。

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文章由啟和科技編輯