本期PCBA大讲堂电子零件篇为大家介绍电容器，电容器的主要功能是在电场中储存少量的电能，许多不同家族的电子零件都有囊型的外壳。

 

功能

电容器在连接直流电源后，会累积电量，在电源切断之后还能持续供应电量一段时间。也就是说，电容器就像一颗充电电池，可以储存（并释放）电能。这个充电／放电的过程非常快速，但是可以用几个电阻来限制它的放电速度，因此，在许多电子线路中电容器被用作时间控制的原件。

 

此外，电容器也可以传递脉冲或电杂讯、交流电、音频讯号或其他形式的波来阻挡直流电源。这项功能使得电阻器可以用来将电源供应器输出的电位变得更加平滑、将讯号中的极端值移除以防止数位线路中不当的激发状态、调整音频线路的频率回应或者连结线路中需要防止受直流电直接传输的原件。

 

电路图上电容器的符号如右图所示，左上角的是无极性电容器，而其他两个符号则代表需要使用极性电容器，方向则如图所示。下面的那个图示在欧洲较为盛行，但令人困惑的是，无极性电容器的符号也可以用来标示极性电容器，只要加上+符号就行了；而极性电容器的符号上面有时候没有+符号，但仍旧表示需要使用极性电容器。

 

运作原理

在最简单的形式当中，电容器就是两片极板，每一片都有导线连上直流电源。这两片极板中间会有一个细细的隔绝层，称为电介质，通常是固体或糊状的，但有时候也会出现液体、胶状、气体或真空的状态。

 

大多数的电容器极板都是有一层薄薄的金属皮膜或镀金属的塑胶皮膜构成，为了让电容器体积尽量缩小，这层皮膜可能会卷成小巧的圆柱形，或者以几层平面的皮膜交迭。

 

由电源供应器传来的电子倾向往负极的皮膜移动，而且会倾向排斥来自另一侧皮膜传来的电子，这个过程也可以理解为在另一电板上做出电洞或者吸引正电荷。当电容器拔掉电源时，因为它们会互相吸引，电板上相反的电荷会以平衡的方式存在，但是时间久了以后，电压为慢慢消失，透过电介质或其他管道漏掉。

 

 

许多电容器是无极性的，这表示它们对极性并不敏感，但是，电解质或坦电容连接直流电源的时候方向要对，如果有一导线比另一导线长，那么它一定是「较为正极」的导线，如果导线上有标示或折弯，则代表是「较为负极」的导线。而坦电阻在习惯上会有＋符号来表示正极。

 

此外，通常在电容器侧面的箭头通常指的是「较为负极」的那一端，如果电容器本体是铝制圆柱体与双极导线，其中一端导线会有一个绝缘材质的圆盘，另一端导线则会接上电容器本体的圆形那一侧，在这样的情况下，有绝缘圆盘的那一段一定比另一端「更加正极」。

 

而电容器阵列表示有一个以上的电容器彼此内部分离、透过外部材料连接，有时候以表面黏着的形式焊接，有时则使用双列式封装（Dual-inline package，简称DIP）、或单列式封装（single-inline package 、简称SIP）的直插式晶片形式连接。至于内部零件连接形式可以分为独立、公用汇流排系统、双边公用汇流排系统三种。理论上，独立的连接形式应该被称作电容器阵列，但是实务上，这三种组装形式被称为电容器网路。

 

 

主要类型

电解质电容器相对来说价格低廉、外型小巧，而且可以找到容量很大的规格，这些特点使得这种电容器在消费型电子材料中非常普遍，尤其用在电源供应上。而且，如果长期使用电解电容，它蓄积电量的能力会提升，这种电容器裡的稠状物在通上电流之后电介质效能会增加，但是如果几年没有使用的话就会干掉，如果有一颗电解电容放了十年，再接上电路后或许还是可以在两个导线之间通电。

 

 

双极电解电容单一包装中含有两个并列的电解电容，头接尾，极性相反，因此，这种组合可以应用于电压波动介于0伏特上下的直流电装置上，它有并列的两个电解电容，极性相反，这一型的电容器外壳可能会标上BP（bipolar、双极）或NP（nonpolarized、无极性）等字样，它也可以应用在音讯线路上，在这个情况中极性电容器通常不适用，而无极性的电解电容也比其他无极性电容便宜。但是，它无法避免电解电容共有的缺点。

 

坦电容非常小巧，但是价格相对较贵，而且对于电压波动非常敏感，如果极性错误或者波动过大，可能会造成损坏。通常，坦电容外有一层环氧树脂包覆，而不向电解电容装在铝壳中，因此之故，电介质并不会那么容易蒸发或干掉。另外，表面黏着型坦电容数量正在减少，这是因为容量较大的陶瓷电容越来越容易取得，不但体积较小，等效电阻也较小。

 

单层陶磁电容器时常用作旁路（bypass），也适合应用于高频率或音讯电路中，陶瓷电容在不同温度下有些不稳定，但是NPO型较为稳定，多层陶瓷电容器比单层体积更小，也因为这个原因，越来越多人开始使用。

 

法拉（Farad）

电容器的储存容量单位是法拉（farad），通用缩写为F。如果有个电容器在电位差为1伏特时被充满、在1秒钟可以聚集1安培的电流，则它就有1法拉的电容量

 

因为法拉是个很大的单位，电子材料中的电容器几乎都会使用微法拉（microfarad、简称μF）、奈法拉（nanofarad、简称nF）与微微法拉（picofarad、简称pF）这些较小的单位，通常希腊字母μ会用来代表微（千分之一），但时常会改用英文字母u来代替，举例来说，10uF和10μF是一样的意思。

pF	nF	μF	μF	F
1	0.001	0.000001	1	0.000001
10	0.01	0.00001	10	0.00001
100	0.1	0.0001	100	0.0001
1,000	1	0.001	1,000	0.001
10,000	10	0.01	10,000	0.01
100,000	100	0.1	100,000	0.1
1,000,000	1,000	1	1,000,000	1

 

1F等于1,000,000μF，而1μF则等于1,000,000pF。也就是说1法拉等于1兆微微法拉，这之间的范围非常的宽，单位之间的换算请见图16「微微法拉、奈法拉与微法拉之换算」，而nF 这个单位在欧洲比较常用，请见图17「微法拉与法拉之换算，正因为法拉这个单位非常大，在一般常见的电子线路中几乎用的都是较小的单位」，可以看到不同单位间的换算方式。

 

奈法拉（nF）这个单位在欧洲比美国常见， 1nF在美国可能会表示成0.001μF或者1,000pF，同理，10nF电容几乎都会表示成0.01μF，而0.1nF电容则可能会表示成100pF。

 

欧洲系统的电路图会使用数字符号来取代小数点，举例来说，4.7pF的电容可能会写成4p7，6.8nF的电容可能会表示成6n8，而3.3μF的电容会标示成3μ3等等。