1.电容器
关于电容器有很多误解，因此我想简要说明一下什么是电容以及什么是电容器。
电容测量对于给定的电势差，在两个不同点之间产生的电场中将存储多少能量。这就是为什么电容通常被称为电感的“双重”。电感是给定电流在磁场中将存储多少能量，而电容是相同的，但对于存储在电场中的能量（通过电势差而不是电流）。
电容器不存储电荷，这是第一个严重的误解。他们存储能量。对于您强加到一个板上的每个电荷载流子，相对板上的电荷载流子就会离开。净电荷保持不变（忽略了可能在不对称暴露的外板上积累的任何较小得多的不平衡“静态”电荷）。
电容器将能量存储在电介质中，而不是存储在导电板中。决定电容器有效性的只有两件事：电容器的物理尺寸（极板面积和分隔它们的距离）以及极板之间绝缘的介电常数。更大的面积意味着更大的电场，更近的板块意味着更强的电场（因为以伏特/米为单位来测量场强，所以在更短的距离上相同的电位差会产生更强的电场）。
介电常数是在特定介质中将产生多强的电场。“基准”介电常数为，归一化值为1。这是理想真空的介电常数，或者是时空本身发生的场强。物质对此具有很大的影响，可以支持更强大领域的产生。最好的材料是带有许多电偶极子的材料，这些材料将增强材料内部产生的电场的强度。 ε
极板面积，电介质和极板分离。电容器实际上就是所有这些。那么为什么它们如此复杂多样？
他们不是。除了那些电容超过数千pF的电容。 如果您想要今天我们通常认为理所当然的如此可笑的电容值，例如数百万皮法拉（微法拉）的值，甚至超出几个数量级，那么我们将受物理学的支配。
像任何优秀的工程师一样，面对自然法则所施加的限制，我们还是会欺骗并绕开这些限制。电解电容器和高电容（0.1µF至100µF +）陶瓷电容器是我们使用的肮脏技巧。
2.电解电容器
铝
第一个也是最重要的区别（以它们的名字命名）是电解电容器使用电解质。电解质用作第二板。作为液体，这意味着它可以直接抵靠电介质，即使是形状不均匀的电介质。在铝电解电容器中，这使我们能够利用铝的表面氧化（在阳极化的铝上形成的硬质材料，有时故意将多孔材料和染料浸渍成彩色，相当于绝缘的蓝宝石涂层）用作电介质。但是，如果没有电解“板”，则表面的不平整度将阻止刚硬的金属板足够靠近，从而从一开始就使用氧化铝获得任何好处。
更好的是，通过使用液体，可使铝箔的表面变粗糙，从而导致有效表面积的大幅增加。然后进行阳极氧化，直到在其表面上形成足够厚的氧化铝层。粗糙的表面将直接与另一个“板”（即我们的液体电解质）相邻。
但是有问题。最熟悉的是极性。如果您无法通过铝与阳极一词的相似性来辨别铝的阳极氧化，是一个与极性有关的过程。电容器必须始终以阳极氧化铝的极性使用。相反的极性将使电解质破坏表面氧化物，使您的电容器短路。无论如何，有些电解质会慢慢吞噬该层，因此许多铝电解电容器都具有保质期。它们被设计为可以使用，并且这种使用具有维持甚至恢复表面氧化物的有益副作用。但是，在足够长的时间不使用的情况下，氧化物可以被完全破坏。如果必须使用条件不确定的旧粉尘电容器，最好通过从恒流电源施加非常低的电流（数百μA到mA）来“改造”它们，并让电压缓慢上升直到达到额定电压。
另一个问题是，由于化学原因，电解质是某种离子溶解在溶剂中的物质。非聚合铝材料则用水（添加了其他“秘密调味料”成分）。当电流流过时，水会做什么？它电解！如果您想要氧气和氢气，那就太好了，如果没有，那就太糟糕了。在电池中，受控的充电可以重新吸收这种气体，但是电容器不会发生逆向的电化学反应。他们只是将电解质用作导电物质。因此，无论如何，它们会产生微量的氢气（氧气用于堆积氧化铝层），尽管很小，但它阻止了我们对这些电容器进行气密密封。所以他们干了。
最高温度下的标准使用寿命为2,000小时。那不是很长。大约83天。这仅仅是由于较高的温度导致水更快地蒸发。如果您希望某件产品具有长寿，那么让它们保持尽可能凉爽并获得最高的续航能力至关重要（我见过的续航时间长达15,000小时）。随着电解质的干燥，它的导电性降低，从而增加了ESR，进而增加了热量，这使问题更加复杂。
钽
钽电容器是电解电容器的另一种形式。这些使用二氧化锰作为电解质，其最终形式为固体。在生产过程中，将二氧化锰溶于酸中，然后以电化学方式沉积（类似于电镀）到钽粉的表面上，然后进行烧结。我不知道“魔术”部分的确切细节，它们在所有微小的钽粉片和电介质之间建立电连接（赞赏或评论！），但可以说钽电容器是由钽的化学成分使我们能够轻松地从粉末（高表面积）制造它们。
这使它们具有极高的体积效率，但要付出一定的代价：游离钽和二氧化锰的反应类似于铝盐和氧化铁的铝热剂。只是钽反应的活化温度低得多 -如果极性相反或发生过电压事件，会在电介质（五氧化钽，非常像氧化铝）上打一个洞并产生短路，则可以轻松快速地达到该温度。这就是为什么您会看到钽电容器的电压和电流降低50％或更多的原因。对于那些不知道铝热剂（温度更高，但仍与钽和MnO 2反应没什么不同）的人来说，有大量的火和热。它用于将钢轨相互焊接，并在几秒钟内完成此任务。
还有一些聚合物电解电容器，其使用的导电聚合物以其单体形式为液体，但是当暴露于合适的催化剂下时，会聚合成固体材料。就像超级胶一样，超级胶是一种液态单体，一旦暴露于湿气中（在其表面上/表面上，或从空气中本身），就会聚合固体。以此方式，聚合物电容器主要可以是固体电解质，这导致降低的ESR，更长的使用寿命以及通常更好的耐用性。但是，它们在聚合物基质中仍然有少量溶剂，并且需要导电。因此它们仍然变干。可惜没有免费的午餐。
现在，这些类型的电容器的实际电特性是什么？我们已经提到了极性，但另一个是它们的ESR和ESL。电解电容器由于被构造成卷绕成线圈的非常长的板，因此具有相对较高的ESL（等效串联电感）。实际上如此之高，以至于对于100kHz或150kHz以上的聚合物类型的电容器，它们完全无效。高于该频率，它们基本上只是阻隔直流的电阻。它们不会对您的电压纹波产生任何影响，而是使纹波等于纹波电流乘以电容器的ESR，这通常会使纹波更糟。当然，这意味着任何形式的高频噪声或尖峰都会直接穿过铝电解电容器，就像没有到那里一样。
钽的危害并不那么严重，但它们在中频时仍会失去效力（最好的和最小的几乎可以达到1MHz，大多数会在300–600kHz左右失去其电容特性）。
总而言之，电解电容器非常适合在狭小的空间内存储大量能量，但实际上仅对处理低于100kHz的噪声或纹波有用。如果不是因为这个严重的弱点，就没有理由使用其他任何东西。
3.陶瓷电容器
陶瓷电容器使用陶瓷作为其电介质，且两侧均镀有金属。我将不会进入1类（低电容）类型，而只会进入II类。
II类电容器利用铁电效应作弊。这与铁磁非常相似，只不过是电场。铁电材料具有大量的电偶极子，这些偶极子可以在某种程度上在外部电场的作用下被定向。因此，电场的施加将使偶极子对准，这需要能量，并导致大量能量最终存储在电场中。还记得基线1的真空度吗？现代MLCC中使用的铁电陶瓷的介电常数约为7,000。
不幸的是，就像铁磁材料一样，随着越来越强的磁场将一种材料磁化（在我们的案例中是极化），它开始耗尽更多的偶极子来极化。它饱和。最终，这转化为X5R / X7R / etc型陶瓷电容器的讨厌特性：其电容随偏置电压下降。它们的端子两端的电压越高，其有效电容越低。所存储的能量始终始终随电压而增加，但是它并没有达到您期望的（基于其无偏电容）。
陶瓷电容器的额定电压对此影响很小。实际上，大多数陶瓷的实际耐压要高得多，低压陶瓷的耐压要高75或100V。实际上，我怀疑许多陶瓷电容器是完全相同的零件，但零件编号却不同，相同的4.7µF电容器在不同的标签下作为35V和50V电容器出售。某些MLCC的电容与偏置电压的曲线图是相同的，除了较低的电压，其曲线图在其额定电压下被截断了。当然可疑，但我可能是错的。
无论如何，购买更高额定值的陶瓷都无法解决与电压相关的电容衰减问题，最终起作用的唯一因素是电介质的物理体积。材料越多，偶极子就越多。因此，物理上较大的电容器在电压下会保留更多的电容。
这也不是小事。一个1210 10µF 50V陶瓷电容器是一个名副其实的电容器，它将因50V损失80％的电容。有些好一些，有些差一些，但80％是一个合理的数字。我见过的最好的情况是，在1210封装中，当1210（英寸）达到60V时，其电容保持约3µF。一个10pF 1206（英寸）大小的50V陶瓷将很幸运，在50V时还剩下500nF。
II类陶瓷也是压电和热电陶瓷，尽管这并不会真正影响它们的电学性能。众所周知，它们会由于波纹而振动或唱歌，并且可以充当麦克风。最好避免将它们用作音频电路中的耦合电容器。
否则，陶瓷的ESL和ESR最低。它们是同类产品中最“类似于电容器”的。它们的ESL非常低，以至于主要的原因是封装本身的端接 高度。是的，0805陶瓷的高度是其3 nH ESL的主要来源。它们的表现仍然像电容器一样高至许多MHz，对于特殊的RF类型甚至更高。它们还可以消除很多噪声，并使诸如数字电路之类的非常快的事物去耦合，而电解则无用。
总之，电解是：
它们很慢，会磨损，着火，如果您将它们两极分化错误，它们会变成短路。根据每个标准，除了电容本身之外，电容器都是绝对可怕的。之所以使用它们，是因为您必须这样做，而不是因为您想要。
陶瓷是：
- 在电压偏置下不稳定并失去很多电容
- 可以振动或充当麦克风。或纳米致动器！
- 否则很棒。
陶瓷电容器是您想要使用的，但并不总是能够使用。它们实际上表现得像电容器，甚至在高频下也一样，但无法与电解的体积效率相提并论，只有1类（电容量很小）会具有稳定的电容。它们随温度和电压变化很大。哦，它们也会破裂并且机械强度不高。
哦，最后一点，您可以在AC /非极化应用中使用电解电容器，而所有其他问题仍然存在。只需将一对具有相同极性端子的常规极化电解电容器连接在一起，现在相反极性的末端就是全新的非极性电解电容器的端子。只要它们的电容值非常匹配，并且稳态直流偏置的数量有限，这些电容器似乎就无法使用。
