電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)關(guān)鍵元器件篇（一）：電容
電子工程師在平時(shí)進(jìn)行電子設(shè)計(jì)中接觸得最多的莫過(guò)于電子元器件了，而如何用好電子元器件，使電子元器件在電路中發(fā)揮其最大的功能作用，則成為評(píng)判你是否是合格電子工程師的基本標(biāo)準(zhǔn)。為給工程師朋友提供較為全面的元器件知識(shí)，或?qū)W習(xí)，或參考，或溫故而知新，電子發(fā)燒友會(huì)陸續(xù)整合推出《電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)關(guān)鍵元器件篇》系列章節(jié)，敬請(qǐng)留意。本章節(jié)將談及電容相關(guān)知識(shí)，電容在電子線路中也是廣泛應(yīng)用的器件之一。我們多采用它來(lái)濾波、隔直、交流耦合、交流旁路等，也用它和電感元件一起組成振蕩電路。
電容（或稱電容量）是表征電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量。我們把電容器的兩極板間的電勢(shì)差增加1伏所需的電量，叫做電容器的電容。電容器從物理學(xué)上講，它是一種靜態(tài)電荷存儲(chǔ)介質(zhì)（就像一只水桶一樣，你可以把電荷充存進(jìn)去，在沒(méi)有放電回路的情況下，刨除介質(zhì)漏電自放電效應(yīng)/電解電容比較明顯，可能電荷會(huì)永久存在，這是它的特征），它的用途較廣，它是電子、電力領(lǐng)域中不可缺少的電子元件。主要用于電源濾波、信號(hào)濾波、信號(hào)耦合、諧振、隔直流、能量轉(zhuǎn)換、控制電路等電路中。
電容的符號(hào)是C。
C=εS/d=εS/4πkd（真空）=Q/U
在國(guó)際單位制里，電容的單位是法拉，簡(jiǎn)稱法，符號(hào)是F，常用的電容單位有毫法（mF）、微法（μF）、納法（nF）和皮法（pF）（皮法又稱微微法）等，換算關(guān)系是：
1法拉（F）= 1000毫法（mF）=1000000微法（μF）
1微法（μF）= 1000納法（nF）= 1000000皮法（pF）。
電容與電池容量的關(guān)系：
1伏安時(shí)=25法拉=3600焦耳
1法拉=144焦耳
電容符號(hào)
一、 電容器的型號(hào)命名方法
國(guó)產(chǎn)電容器的型號(hào)一般由四部分組成（不適用于壓敏、可變、真空電容器）。依次分別
代表名稱、材料、分類和序號(hào)。
第一部分：名稱，用字母表示，電容器用C。
第二部分：材料，用字母表示。
第三部分：分類，一般用數(shù)字表示，個(gè)別用字母表示。
第四部分：序號(hào)，用數(shù)字表示。
用字母表示產(chǎn)品的材料：A-鉭電解、B-聚苯乙烯等非極性薄膜、C-高頻陶瓷、D-鋁電解、E- 其它材料電解、G-合金電解、H-復(fù)合介質(zhì)、I-玻璃釉、J-金屬化紙、L-滌綸等極性有機(jī)薄膜、N-鈮電解、O-玻璃膜、Q-漆膜、T-低頻陶瓷、V-云母紙、Y-云母、Z-紙介
二、電容器的分類
電容的分類方式及種類很多，
1、按照結(jié)構(gòu)分三大類：固定電容器、可變電容器和微調(diào)電容器。
2、按電解質(zhì) 分類有：有機(jī)介質(zhì)電容器、無(wú)機(jī)介質(zhì)電容器、電解電容器和空氣介質(zhì)電容器等。
3、按用途分有：高頻旁路、低頻旁路、濾波、調(diào)諧、高頻耦合、低頻耦合、小型電容器。
4、頻旁路：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、滌綸電容器、玻璃釉電容器。
5、低頻旁路：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器。
6、濾波：鋁電解電容器、紙介電容器、復(fù)合紙介電容器、液體鉭電容器。
7、調(diào)諧：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、聚苯乙烯電容器。
8、高頻耦合：陶瓷電容器、云母電容器、聚苯乙烯電容器。
9、低耦合：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器、固體鉭電容器。
10、小型電容：金屬化紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、聚苯乙烯電 容器、固體鉭電容器、玻璃釉電容器、金屬化滌綸電容器、聚丙烯電容器、云母電容器。
11、基于電容的材料特性，其可分為以下幾大類：
1）、鋁電解電容
電容容量范圍為0.1μF ～ 22000μF，高脈動(dòng)電流、長(zhǎng)壽命、大容量的不二之選，廣泛應(yīng)用于電源濾波、解藕等場(chǎng)合。
2）、薄膜電容
電容容量范圍為0.1pF ～ 10μF，具有較小公差、較高容量穩(wěn)定性及極低的壓電效應(yīng)，因此是X、Y 安全電容、EMI/EMC 的首選。
3）、鉭電容
電容容量范圍為2.2μF ～ 560μF，低等效串聯(lián)電阻（ESR）、低等效串聯(lián)電感（ESL）。脈動(dòng)吸收、瞬態(tài)響應(yīng)及噪聲抑制都優(yōu)于鋁電解電容，是高穩(wěn)定電源的理想選擇。
4）、陶瓷電容
電容容量范圍為0.5pF ～ 100μF，獨(dú)特的材料和薄膜技術(shù)的結(jié)晶，迎合了當(dāng)今“更輕、更薄、更節(jié)能“的設(shè)計(jì)理念。
5）、超級(jí)電容
電容容量范圍為0.022F ～ 70F，極高的容值，因此又稱做“金電容”或者“法拉電容”。主要特點(diǎn)是：超高容值、良好的充/放電特性，適合于電能存儲(chǔ)和電源備份。缺點(diǎn)是耐壓較低，工作溫度范圍較窄。
三、常用電容器
1、 鋁電解電容器
用浸有糊狀電解質(zhì)的吸水紙夾在兩條鋁箔中間卷繞而成，薄的化氧化膜作介質(zhì)的電容器。因?yàn)檠趸び袉蜗驅(qū)щ娦再|(zhì)，所以電解電容器具有極性。容量大，能耐受大的脈動(dòng)電流，容量誤差大，泄漏電流大；普通的不適于在高頻和低溫下應(yīng)用，不宜使用在25kHz 以上頻率低頻旁路、信號(hào)耦合、電源濾波。
電容量：0.47--10000u
額定電壓：6.3--450V
主要特點(diǎn)：體積小，容量大，損耗大，漏電大
應(yīng)用：電源濾波，低頻耦合，去耦，旁路等
2、 鉭電解電容器（CA）鈮電解電容（CN）
用燒結(jié)的鉭塊作正極，電解質(zhì)使用固體二氧化錳溫度特性、頻率特性和可靠性均優(yōu)于普
通電解電容器，特別是漏電流極小，貯存性良好，壽命長(zhǎng)，容量誤差小，而且體積小，單位體積下能得到最大的電容電壓乘積對(duì)脈動(dòng)電流的耐受能力差，若損壞易呈短路狀態(tài)超小型高可靠機(jī)件中。
電容量：0.1--1000u
額定電壓：6.3--125V
主要特點(diǎn)：損耗、漏電小于鋁電解電容
應(yīng)用：在要求高的電路中代替鋁電解電容
3、 薄膜電容器
結(jié)構(gòu)與紙質(zhì)電容器相似，但用聚脂、聚苯乙烯等低損耗塑材作介質(zhì)頻率特性好，介電損
耗小不能做成大的容量，耐熱能力差濾波器、積分、振蕩、定時(shí)電路。
a 聚酯（滌綸）電容（CL）
電容量：40p--4u
額定電壓：63--630V
主要特點(diǎn)：小體積，大容量，耐熱耐濕，穩(wěn)定性差
應(yīng)用：對(duì)穩(wěn)定性和損耗要求不高的低頻電路
b 聚苯乙烯電容（CB）
電容量：10p--1u
額定電壓：100V--30KV
主要特點(diǎn)：穩(wěn)定，低損耗，體積較大
應(yīng)用：對(duì)穩(wěn)定性和損耗要求較高的電路
c 聚丙烯電容（CBB）
電容量：1000p--10u
額定電壓：63--2000V
主要特點(diǎn)：性能與聚苯相似但體積小，穩(wěn)定性略差
應(yīng)用：代替大部分聚苯或云母電容，用于要求較高的電路
4、 瓷介電容器
穿心式或支柱式結(jié)構(gòu)瓷介電容器，它的一個(gè)電極就是安裝螺絲。引線電感極小，頻率特
性好，介電損耗小，有溫度補(bǔ)償作用不能做成大的容量，受振動(dòng)會(huì)引起容量變化特別適于高頻旁路。
a 高頻瓷介電容（CC）
電容量：1--6800p
額定電壓：63--500V
主要特點(diǎn)：高頻損耗小，穩(wěn)定性好
應(yīng)用：高頻電路
b 低頻瓷介電容（CT）
電容量：10p--4.7u
額定電壓：50V--100V
主要特點(diǎn)：體積小，價(jià)廉，損耗大，穩(wěn)定性差
應(yīng)用：要求不高的低頻電路
5、 獨(dú)石電容器
（多層陶瓷電容器）在若干片陶瓷薄膜坯上被覆以電極槳材料，疊合后一次繞結(jié)成一塊不可分割的整體，外面再用樹(shù)脂包封而成小體積、大容量、高可靠和耐高溫的新型電容器，高介電常數(shù)的低頻獨(dú)石電容器也具有穩(wěn)定的性能，體積極小，Q 值高容量誤差較大噪聲旁路、濾波器、積分、振蕩電路。
容量范圍：0.5PF--1UF
耐壓：二倍額定電壓。
電容量大、體積小、可靠性高、電容量穩(wěn)定，耐高溫耐濕性好等。
應(yīng)用范圍：廣泛應(yīng)用于電子精密儀器。各種小型電子設(shè)備作諧振、耦合、濾波、旁路。
6、 紙質(zhì)電容器
一般是用兩條鋁箔作為電極，中間以厚度為0.008～0.012mm 的電容器紙隔開(kāi)重疊卷繞而成。制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，能得到較大的電容量。
一般在低頻電路內(nèi)，通常不能在高于3～4MHz 的頻率上運(yùn)用。油浸電容器的耐壓比普通紙質(zhì)。電容器高，穩(wěn)定性也好，適用于高壓電路。
7、 微調(diào)電容器
電容量可在某一小范圍內(nèi)調(diào)整，并可在調(diào)整后固定于某個(gè)電容值。 瓷介微調(diào)電容器的Q 值高，體積也小，通？煞譃閳A管式及圓片式兩種。 云母和聚苯乙烯介質(zhì)的通常都采用彈簧式東，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但穩(wěn)定性較差。 線繞瓷介微調(diào)電容器是拆銅絲〈外電極〉來(lái)變動(dòng)電容量的，故容量只能變小，不適合在需反復(fù)調(diào)試的場(chǎng)合使用。
a 空氣介質(zhì)可變電容器
可變電容量：100--1500p
主要特點(diǎn)：損耗小，效率高；可根據(jù)要求制成直線式、直線波長(zhǎng)式、直線頻率式及對(duì)數(shù)式等
應(yīng)用：電子儀器，廣播電視設(shè)備等
b 薄膜介質(zhì)可變電容器
可變電容量：15--550p
主要特點(diǎn)：體積小，重量輕；損耗比空氣介質(zhì)的大
應(yīng)用：通訊，廣播接收機(jī)等
c 薄膜介質(zhì)微調(diào)電容器
可變電容量：1--29p
主要特點(diǎn)：損耗較大，體積小
應(yīng)用：收錄機(jī)，電子儀器等電路作電路補(bǔ)償
d 陶瓷介質(zhì)微調(diào)電容器
可變電容量：0.3--22p
主要特點(diǎn)：損耗較小，體積較小
應(yīng)用：精密調(diào)諧的高頻振蕩回路
8、 陶瓷電容器
用高介電常數(shù)的電容器陶瓷〈鈦酸鋇一氧化鈦〉擠壓成圓管、圓片或圓盤(pán)作為介質(zhì)，并用燒滲法將銀鍍?cè)谔沾缮献鳛殡姌O制成。它又分高頻瓷介和低頻瓷介兩種。 具有小的正電容溫度系數(shù)的電容器，用于高穩(wěn)定振蕩回路中，作為回路電容器及墊整電容器。低頻瓷介電容器限于在工作頻率較低的回路中作旁路或隔直流用，或?qū)Ψ(wěn)定性和損耗要求不高的場(chǎng)合〈包括高頻在內(nèi)〉。這種電容器不宜使用在脈沖電路中，因?yàn)樗鼈円子诒幻}沖電壓擊穿。高頻瓷介電容器適用于高頻電路。
9、 玻璃釉電容器（CI）
由一種濃度適于噴涂的特殊混合物噴涂成薄膜而成，介質(zhì)再以銀層電極經(jīng)燒結(jié)而成“獨(dú)石”結(jié)構(gòu)性能可與云母電容器媲美，能耐受各種氣候環(huán)境，一般可在200℃或更高溫度下工作，額定工作電壓可達(dá)500V，損耗tgδ0.0005～0.008
電容量：10p--0.1u
額定電壓：63--400V
主要特點(diǎn)：穩(wěn)定性較好，損耗小，耐高溫（200 度）
應(yīng)用：脈沖、耦合、旁路等電路
四、電容器主要特性參數(shù)
1、 標(biāo)稱電容量和允許偏差
標(biāo)稱電容量是標(biāo)志在電容器上的電容量。
電容器實(shí)際電容量與標(biāo)稱電容量的偏差稱誤差，在允許的偏差范圍稱精度。
精度等級(jí)與允許誤差對(duì)應(yīng)關(guān)系：00（01）-±1%、0（02）-±2%、Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、 Ⅳ-（+20%-10%）、Ⅴ-（+50%-20%）、Ⅵ-（+50%-30%）
一般電容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)，電解電容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí)，根據(jù)用途選取。
2、額定電壓
在最低環(huán)境溫度和額定環(huán)境溫度下可連續(xù)加在電容器的最高直流電壓有效值，一般直接標(biāo)注在電容器外殼上，如果工作電壓超過(guò)電容器的耐壓，電容器擊穿，造成不可修復(fù)的永久損壞。
3、絕緣電阻
直流電壓加在電容上，并產(chǎn)生漏電電流，兩者之比稱為絕緣電阻。
當(dāng)電容較小時(shí)，主要取決于電容的表面狀態(tài)，容量〉0.1uf 時(shí)，主要取決于介質(zhì)的性能，絕緣電阻越大越好。
電容的時(shí)間常數(shù)：為恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)大容量電容的絕緣情況而引入了時(shí)間常數(shù)，他等于電容的絕緣電阻與容量的乘積。
4、損耗
電容在電場(chǎng)作用下，在單位時(shí)間內(nèi)因發(fā)熱所消耗的能量叫做損耗。各類電容都規(guī)定了其在某頻率范圍內(nèi)的損耗允許值，電容的損耗主要由介質(zhì)損耗，電導(dǎo)損耗和電容所有金屬部分的電阻所引起的。
在直流電場(chǎng)的作用下，電容器的損耗以漏導(dǎo)損耗的形式存在，一般較小，在交變電場(chǎng)的作用下，電容的損耗不僅與漏導(dǎo)有關(guān)，而且與周期性的極化建立過(guò)程有關(guān)。
5、頻率特性
隨著頻率的上升，一般電容器的電容量呈現(xiàn)下降的規(guī)律。
五、電容器參數(shù)的基本公式
1、容量（法拉）
英制： C = （ 0.224 × K · A） / TD
公制： C = （ 0.0884 × K · A） / TD
2、電容器中存儲(chǔ)的能量
E = CV^2/2
3、電容器的線性充電量
I = C （dV/dt）
4、電容的總阻抗（歐姆）
Z = √ ［ RS^2 + （XC – XL）^2 ］
5、容性電抗（歐姆）
XC = 1/（2πfC）
6、相位角 Ф
理想電容器：超前當(dāng)前電壓 90度
理想電感器：滯后當(dāng)前電壓 90度
理想電阻器：與當(dāng)前電壓的相位相同
7、耗散系數(shù) （%）
D.F. = tan δ （損耗角）
= ESR / Xc
= （2πfC）（ESR）
8、品質(zhì)因素
Q = cotan δ = 1/ DF
9、等效串聯(lián)電阻ESR（歐姆）
ESR = （DF） Xc = DF/ 2πfC
10、功率消耗
Power Loss = （2πfCV2） （DF）
11、功率因數(shù)
PF = sin δ （loss angle） – cos Ф （相位角）
12、均方根
rms = 0.707 × Vp
13、千伏安KVA （千瓦）
KVA = 2πfCV^2 × 10^（-3）
14、電容器的溫度系數(shù)
T.C. = ［ （Ct – C25） / C25 （Tt – 25） ］ × 10^6
15、容量損耗（%）
CD = ［ （C1 – C2） / C1 ］ × 100
16、陶瓷電容的可靠性
L0 / Lt = （Vt / V0） X （Tt / T0）Y
17、串聯(lián)時(shí)的容值
n 個(gè)電容串聯(lián)：1/CT = 1/C1 + 1/C2 + … + 1/Cn
兩個(gè)電容串聯(lián)：CT = C1 · C2 / （C1 + C2）
18、并聯(lián)時(shí)的容值
CT = C1 + C2 + … + Cn
19、重復(fù)次數(shù)（Againg Rate）
A.R. = % ΔC / decade of time
上述公式中的符號(hào)說(shuō)明如下：
K = 介電常數(shù)
A = 面積
TD = 絕緣層厚度
V = 電壓
t = 時(shí)間
RS = 串聯(lián)電阻
f = 頻率
L = 電感感性系數(shù)
δ = 損耗角
Ф = 相位角
L0 = 使用壽命
Lt = 試驗(yàn)壽命
Vt = 測(cè)試電壓
V0 = 工作電壓
Tt = 測(cè)試溫度
T0 = 工作溫度
X ， Y = 電壓與溫度的效應(yīng)指數(shù)。
六、 電解電容的電參數(shù)
這里的電解電容器主要指鋁電解電容器，其基本的電參數(shù)包括下列五點(diǎn)：
1、電容值
電解電容器的容值，取決于在交流電壓下工作時(shí)所呈現(xiàn)的阻抗。因此容值，也就是交流電容值，隨著工作頻率、電壓以及測(cè)量方法的變化而變化。在標(biāo)準(zhǔn)JISC 5102 規(guī)定：鋁電解電容的電容量的測(cè)量條件是在頻率為 120Hz，最大交
流電壓為 0.5Vrms，DC bias 電壓為1.5 ～ 2.0V 的條件下進(jìn)行？梢詳嘌裕X電解電容器的容量隨頻率的增加而減小。
2、損耗角正切值 Tan δ
在電容器的等效電路中，串聯(lián)等效電阻 ESR 同容抗 1/ωC 之比稱之為 Tan δ， 這里的 ESR 是在 120Hz 下計(jì)算獲得的值。顯然，Tan δ 隨著測(cè)量頻率的增加而變大，隨測(cè)量溫度的下降而增大。
3、阻抗 Z
在特定的頻率下，阻礙交流電流通過(guò)的電阻即為所謂的阻抗（Z）。它與電容等效電路中的電容值、電感值密切相關(guān)，且與 ESR 也有關(guān)系。
Z = √ ［ESR^2 + （XL - XC）^2 ］
式中，XC = 1 / ωC = 1 / 2πfC
XL = ωL = 2πfL
電容的容抗（XC）在低頻率范圍內(nèi)隨著頻率的增加逐步減小，頻率繼續(xù)增加達(dá)到中頻范圍時(shí)電抗（XL）降至 ESR 的值。當(dāng)頻率達(dá)到高頻范圍時(shí)感抗（XL）變?yōu)橹鲗?dǎo)，所以阻抗是隨著頻率的增加而增加。
4、漏電流
電容器的介質(zhì)對(duì)直流電流具有很大的阻礙作用。然而，由于鋁氧化膜介質(zhì)上浸有電解液，在施加電壓時(shí)，重新形成的以及修復(fù)氧化膜的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一種很小的稱之為漏電流的電流。通常，漏電流會(huì)隨著溫度和電壓的升高而增大。
5、紋波電流和紋波電壓
在一些資料中將此二者稱做“漣波電流”和“漣波電壓”，其實(shí)就是 ripple current，ripple voltage。 含義即為電容器所能耐受紋波電流/電壓值。 它們和ESR 之間的關(guān)系密切，可以用下面的式子表示：
Urms = Irms × R
式中，Vrms 表示紋波電壓，Irms 表示紋波電流，R 表示電容的ESR
由上可見(jiàn)，當(dāng)紋波電流增大的時(shí)候，即使在 ESR 保持不變的情況下，漣波電壓也會(huì)成倍提高。換言之，當(dāng)紋波電壓增大時(shí)，紋波電流也隨之增大，這也是要求電容具備更低 ESR 值的原因。疊加入紋波電流后，由于電容內(nèi)部的等效串連電阻（ESR）引起發(fā)熱，從而影響到電容器的使用壽命。一般的，紋波電流與頻率成正比，因此低頻時(shí)紋波電流也比較低。
七、電容器容量標(biāo)示
1、 直標(biāo)法
用數(shù)字和單位符號(hào)直接標(biāo)出。如01uF 表示0.01 微法，有些電容用“R”表
示小數(shù)點(diǎn)，如R56 表示0.56 微法。
2、 文字符號(hào)法
用數(shù)字和文字符號(hào)有規(guī)律的組合來(lái)表示容量。如p10 表示0.1pF，1p0 表示
1pF，6P8 表示6.8pF， 2u2 表示2.2uF
3、 色標(biāo)法
用色環(huán)或色點(diǎn)表示電容器的主要參數(shù)。電容器的色標(biāo)法與電阻相同。
電容器偏差標(biāo)志符號(hào)：+100%-0--H、+100%-10%--R、+50%-10%--T、+30%-10%--Q、+50%-20%--S、+80%-20%--Z。
八、電容的作用
作為無(wú)源元件之一的電容，其作用不外乎以下幾種：
1、應(yīng)用于電源電路，實(shí)現(xiàn)旁路、去藕、濾波和儲(chǔ)能的作用。下面分類詳述之：
1）旁路
旁路電容是為本地器件提供能量的儲(chǔ)能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負(fù)載需求。 就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，并向器件進(jìn)行放電。為盡量減少阻抗，旁路電容要盡量靠近負(fù)載器件的供電電源管腳和地管腳。 這能夠很好地防止輸入值過(guò)大而導(dǎo)致的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過(guò)大電流毛刺時(shí)的電壓降。
2）去藕
去藕，又稱解藕。 從電路來(lái)說(shuō)， 總是可以區(qū)分為驅(qū)動(dòng)的源和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。
如果負(fù)載電容比較大， 驅(qū)動(dòng)電路要把電容充電、放電， 才能完成信號(hào)的跳變，在上升沿比較陡峭的時(shí)候， 電流比較大， 這樣驅(qū)動(dòng)的電流就會(huì)吸收很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻（特別是芯片管腳上的電感，會(huì)產(chǎn)生反彈），這種電流相對(duì)于正常情況來(lái)說(shuō)實(shí)際上就是一種噪聲，會(huì)影響前級(jí)的正常工作，這就是所謂的“耦合”。
去藕電容就是起到一個(gè)“電池”的作用，滿足驅(qū)動(dòng)電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾。
將旁路電容和去藕電容結(jié)合起來(lái)將更容易理解。旁路電容實(shí)際也是去藕合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開(kāi)關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般取0.1μF、0.01μF 等；
而去耦合電容的容量一般較大，可能是10μF 或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)、以及驅(qū)動(dòng)電流的變化大小來(lái)確定。
旁路是把輸入信號(hào)中的干擾作為濾除對(duì)象，而去耦是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象，防止干擾信號(hào)返回電源。這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別。
3）濾波
從理論上（即假設(shè)電容為純電容）說(shuō)，電容越大，阻抗越小，通過(guò)的頻率也越高。但實(shí)際上超過(guò)1μF 的電容大多為電解電容，有很大的電感成份，所以頻率高后反而阻抗會(huì)增大。有時(shí)會(huì)看到有一個(gè)電容量較大電解電容并聯(lián)了一個(gè)小電容，這時(shí)大電容通低頻，小電容通高頻。電容的作用就是通高阻低，通高頻阻低頻。電容越大低頻越容易通過(guò)，電容越大高頻越容易通過(guò)。具體用在濾波中，大電容（1000μF）濾低頻，小電容（20pF）濾高頻。
曾有網(wǎng)友形象地將濾波電容比作“水塘”。由于電容的兩端電壓不會(huì)突變，由此可知，信號(hào)頻率越高則衰減越大，可很形象的說(shuō)電容像個(gè)水塘，不會(huì)因幾滴水的加入或蒸發(fā)而引起水量的變化。它把電壓的變動(dòng)轉(zhuǎn)化為電流的變化，頻率越高，峰值電流就越大，從而緩沖了電壓。濾波就是充電，放電的過(guò)程。
4）儲(chǔ)能
儲(chǔ)能型電容器通過(guò)整流器收集電荷，并將存儲(chǔ)的能量通過(guò)變換器引線傳送至電源的輸出端。 電壓額定值為40～450VDC、電容值在220～150 000μF 之間的鋁電解電容器（如EPCOS 公司的 B43504 或B43505）是較為常用的。根據(jù)不同的電源要求，器件有時(shí)會(huì)采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式， 對(duì)于功率級(jí)超過(guò)10KW 的電源，通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。
2、應(yīng)用于信號(hào)電路，主要完成耦合、振蕩/同步及時(shí)間常數(shù)的作用：
1）耦合
舉個(gè)例子來(lái)講，晶體管放大器發(fā)射極有一個(gè)自給偏壓電阻，它同時(shí)又使信號(hào)產(chǎn)生壓降反饋到輸入端形成了輸入輸出信號(hào)耦合， 這個(gè)電阻就是產(chǎn)生了耦合的元件，如果在這個(gè)電阻兩端并聯(lián)一個(gè)電容， 由于適當(dāng)容量的電容器對(duì)交流信號(hào)較小的阻抗，這樣就減小了電阻產(chǎn)生的耦合效應(yīng)，故稱此電容為去耦電容。
2）振蕩/同步
包括RC、LC 振蕩器及晶體的負(fù)載電容都屬于這一范疇。
3）時(shí)間常數(shù)
這就是常見(jiàn)的 R、C 串聯(lián)構(gòu)成的積分電路。當(dāng)輸入信號(hào)電壓加在輸入端時(shí)，電容（C）上的電壓逐漸上升。而其充電電流則隨著電壓的上升而減小。電流通過(guò)電阻（R）、電容（C）的特性通過(guò)下面的公式描述：
i = （V / R）e - （t / CR）
九、電容的選擇
通常，應(yīng)該如何為我們的電路選擇一顆合適的電容呢？筆者認(rèn)為，應(yīng)基于以下幾點(diǎn)考慮：
1、靜電容量；
2、額定耐壓；
3、容值誤差；
4、直流偏壓下的電容變化量；
5、噪聲等級(jí)；
6、電容的類型；
7、電容的規(guī)格。
那么，是否有捷徑可尋呢？其實(shí)，電容作為器件的外圍元件，幾乎每個(gè)器件的 Datasheet 或者 Solutions，都比較明確地指明了外圍元件的選擇參數(shù)，也就是說(shuō)，據(jù)此可以獲得基本的器件選擇要求，然后再進(jìn)一步完善細(xì)化之。
其實(shí)選用電容時(shí)不僅僅是只看容量和封裝，具體要看產(chǎn)品所使用環(huán)境，特殊的電路必須用特殊的電容。
下面是 chip capacitor 根據(jù)電介質(zhì)的介電常數(shù)分類， 介電常數(shù)直接影響電路的穩(wěn)定性。
NP0 or CH （K 《 150）： 電氣性能最穩(wěn)定，基本上不隨溫度﹑電壓與時(shí)間的改變而改變，適用于對(duì)穩(wěn)定性要求高的高頻電路。鑒于K 值較小，所以在0402、0603、0805 封裝下很難有大容量的電容。如 0603 一般最大的 10nF以下。
X7R or YB （2000 《 K 《 4000）： 電氣性能較穩(wěn)定，在溫度﹑電壓與時(shí)間改變時(shí)性能的變化并不顯著（ΔC 《 ±10%）。適用于隔直、偶合、旁路與對(duì)容量穩(wěn)定性要求不太高的全頻鑒電路。
Y5V or YF（K 》 15000）： 容量穩(wěn)定性較 X7R 差（ΔC 《 +20% ～ -80%），容量﹑損耗對(duì)溫度、電壓等測(cè)試條件較敏感，但由于其K 值較大，所以適用于一些容值要求較高的場(chǎng)合。
十、多層陶瓷電容（MLCC）
對(duì)于電容而言，小型化和高容量是永恒不變的發(fā)展趨勢(shì)。其中，要數(shù)多層陶瓷電容（MLCC）的發(fā)展最快。
多層陶瓷電容在便攜產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用極為廣泛，但近年來(lái)數(shù)字產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步對(duì)其提出了新要求。例如，手機(jī)要求更高的傳輸速率和更高的性能；基帶處理器要求高速度、低電壓；LCD 模塊要求低厚度（0.5mm）、大容量電容。 而汽車環(huán)境的苛刻性對(duì)多層陶瓷電容更有特殊的要求：首先是耐高溫，放置于其中的多層陶瓷電容必須能滿足150℃ 的工作溫度；其次是在電池電路上需要短路失效保護(hù)設(shè)計(jì)。
也就是說(shuō)，小型化、高速度和高性能、耐高溫條件、高可靠性已成為陶瓷電容的關(guān)鍵特性。
陶瓷電容的容量隨直流偏置電壓的變化而變化。直流偏置電壓降低了介電常數(shù)， 因此需要從材料方面，降低介電常數(shù)對(duì)電壓的依賴，優(yōu)化直流偏置電壓特性。
應(yīng)用中較為常見(jiàn)的是 X7R（X5R）類多層陶瓷電容， 它的容量主要集中在1000pF 以上，該類電容器主要性能指標(biāo)是等效串聯(lián)電阻（ESR），在高波紋電流的電源去耦、濾波及低頻信號(hào)耦合電路的低功耗表現(xiàn)比較突出。
另一類多層陶瓷電容是 C0G 類，它的容量多在 1000pF 以下， 該類電容器主要性能指標(biāo)是損耗角正切值 tgδ（DF）。傳統(tǒng)的貴金屬電極（NME）的 C0G產(chǎn)品 DF 值范圍是 （2.0 ～ 8.0） × 10-4，而技術(shù)創(chuàng)新型賤金屬電極（BME）的C0G 產(chǎn)品 DF 值范圍為 （1.0 ～ 2.5） × 10-4， 約是前者的 31 ～ 50%。 該類產(chǎn)品在載有 T/R 模塊電路的 GSM、CDMA、無(wú)繩電話、藍(lán)牙、GPS 系統(tǒng)中低功耗特性較為顯著。較多用于各種高頻電路，如振蕩/同步器、定時(shí)器電路等。
十一、鉭電容替代電解電容的誤區(qū)
通常的看法是鉭電容性能比鋁電容好，因?yàn)殂g電容的介質(zhì)為陽(yáng)極氧化后生成的五氧化二鉭，它的介電能力（通常用ε 表示）比鋁電容的三氧化二鋁介質(zhì)要高。因此在同樣容量的情況下，鉭電容的體積能比鋁電容做得更小。（電解電容的電容量取決于介質(zhì)的介電能力和體積，在容量一定的情況下，介電能力越高，體積就可以做得越小，反之，體積就需要做得越大）再加上鉭的性質(zhì)比較穩(wěn)定，所以通常認(rèn)為鉭電容性能比鋁電容好。
但這種憑陽(yáng)極判斷電容性能的方法已經(jīng)過(guò)時(shí)了，目前決定電解電容性能的關(guān)鍵并不在于陽(yáng)極，而在于電解質(zhì)，也就是陰極。因?yàn)椴煌年帢O和不同的陽(yáng)極可以組合成不同種類的電解電容，其性能也大不相同。采用同一種陽(yáng)極的電容由于電解質(zhì)的不同，性能可以差距很大，總之陽(yáng)極對(duì)于電容性能的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于陰極。
還有一種看法是認(rèn)為鉭電容比鋁電容性能好，主要是由于鉭加上二氧化錳陰極助威后才有明顯好于鋁電解液電容的表現(xiàn)。如果把鋁電解液電容的陰極更換為二氧化錳， 那么它的性能其實(shí)也能提升不少。
可以肯定，ESR 是衡量一個(gè)電容特性的主要參數(shù)之一。 但是，選擇電容，應(yīng)避免 ESR 越低越好，品質(zhì)越高越好等誤區(qū)。衡量一個(gè)產(chǎn)品，一定要全方位、多角度的去考慮，切不可把電容的作用有意無(wú)意的夸大。
---以上引用了部分網(wǎng)友的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。
普通電解電容的結(jié)構(gòu)是陽(yáng)極和陰極和電解質(zhì)，陽(yáng)極是鈍化鋁，陰極是純鋁，所以關(guān)鍵是在陽(yáng)極和電解質(zhì)。陽(yáng)極的好壞關(guān)系著耐壓電介系數(shù)等問(wèn)題。
一般來(lái)說(shuō)，鉭電解電容的ESR 要比同等容量同等耐壓的鋁電解電容小很多，高頻性能更好。如果那個(gè)電容是用在濾波器電路（比如中心為50Hz 的帶通濾波器）的話，要注意容量變化后對(duì)濾波器性能（通帶。。。）的影響。
十二、旁路電容的應(yīng)用問(wèn)題
嵌入式設(shè)計(jì)中，要求 MCU 從耗電量很大的處理密集型工作模式進(jìn)入耗電量很少的空閑/休眠模式。這些轉(zhuǎn)換很容易引起線路損耗的急劇增加，增加的速率很高，達(dá)到20A/ms 甚至更快。
通常采用旁路電容來(lái)解決穩(wěn)壓器無(wú)法適應(yīng)系統(tǒng)中高速器件引起的負(fù)載變化，以確保電源輸出的穩(wěn)定性及良好的瞬態(tài)響應(yīng)。旁路電容是為本地器件提供能量的儲(chǔ)能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負(fù)載需求。就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，并向器件進(jìn)行放電。為盡量減少阻抗，旁路電容要盡量靠近負(fù)載器件的供電電源管腳和地管腳。這能夠很好地防止輸入值過(guò)大而導(dǎo)致的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過(guò)大電流毛刺時(shí)的電壓降。
應(yīng)該明白，大容量和小容量的旁路電容都可能是必需的，有的甚至是多個(gè)陶瓷電容和鉭電容。這樣的組合能夠解決上述負(fù)載電流或許為階梯變化所帶來(lái)的問(wèn)題，而且還能提供足夠的去耦以抑制電壓和電流毛刺。在負(fù)載變化非常劇烈的情況下，則需要三個(gè)或更多不同容量的電容，以保證在穩(wěn)壓器穩(wěn)壓前提供足夠的電流。快速的瞬態(tài)過(guò)程由高頻小容量電容來(lái)抑制，中速的瞬態(tài)過(guò)程由低頻大容量來(lái)抑制，剩下則交給穩(wěn)壓器完成了。
還應(yīng)記住一點(diǎn)，穩(wěn)壓器也要求電容盡量靠近電壓輸出端。
十三、電容的等效串聯(lián)電阻ESR
普遍的觀點(diǎn)是：一個(gè)等效串聯(lián)電阻（ESR）很小的相對(duì)較大容量的外部電容能很好地吸收快速轉(zhuǎn)換時(shí)的峰值（紋波）電流。但是，有時(shí)這樣的選擇容易引起穩(wěn)壓器（特別是線性穩(wěn)壓器 LDO）的不穩(wěn)定，所以必須合理選擇小容量和大容量電容的容值。永遠(yuǎn)記住，穩(wěn)壓器就是一個(gè)放大器，放大器可能出現(xiàn)的各種情況它都會(huì)出現(xiàn)。
由于 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)速度相對(duì)較慢，輸出去耦電容在負(fù)載階躍的初始階段起主導(dǎo)的作用，因此需要額外大容量的電容來(lái)減緩相對(duì)于 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的快速轉(zhuǎn)換，同時(shí)用高頻電容減緩相對(duì)于大電容的快速變換。通常，大容量電容的等效串聯(lián)電阻應(yīng)該選擇為合適的值，以便使輸出電壓的峰值和毛刺在器件的Dasheet 規(guī)定之內(nèi)。
高頻轉(zhuǎn)換中，小容量電容在 0.01μF 到0.1μF 量級(jí)就能很好滿足要求。表貼陶瓷電容或者多層陶瓷電容（MLCC）具有更小的 ESR。另外，在這些容值下，它們的體積和 BOM 成本都比較合理。如果局部低頻去耦不充分，則從低頻向高頻轉(zhuǎn)換時(shí)將引起輸入電壓降低。電壓下降過(guò)程可能持續(xù)數(shù)毫秒，時(shí)間長(zhǎng)短主要取決于穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)增益和提供較大負(fù)載電流的時(shí)間。
用 ESR 大的電容并聯(lián)比用 ESR 恰好那么低的單個(gè)電容當(dāng)然更具成本效益。然而，這需要你在 PCB 面積、器件數(shù)目與成本之間尋求折衷。
十四、電源輸入端的X，Y 安全電容
在交流電源輸入端，一般需要增加三個(gè)電容來(lái)抑制EMI 傳導(dǎo)干擾。
交流電源的輸入一般可分為三根線：火線（L）/零線（N）/地線（G）。在火線和地線之間及在零線和地線之間并接的電容，一般稱之為Y 電容。這兩個(gè)Y電容連接的位置比較關(guān)鍵，必須需要符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，以防引起電子設(shè)備漏電或機(jī)殼帶電，容易危及人身安全及生命，所以它們都屬于安全電容，要求電容值不能偏大，而耐壓必須較高。一般地，工作在亞熱帶的機(jī)器，要求對(duì)地漏電電流不能超過(guò)0.7mA；工作在溫帶機(jī)器，要求對(duì)地漏電電流不能超過(guò)0.35mA。因此，Y 電容的總?cè)萘恳话愣疾荒艹^(guò)4700pF。
特別提示：Y 電容為安全電容，必須取得安全檢測(cè)機(jī)構(gòu)的認(rèn)證。Y 電容的耐壓一般都標(biāo)有安全認(rèn)證標(biāo)志和AC250V 或AC275V 字樣，但其真正的直流耐壓高達(dá)5000V 以上。因此，Y 電容不能隨意使用標(biāo)稱耐壓AC250V，或DC400V之類的普通電容來(lái)代用。
在火線和零線抑制之間并聯(lián)的電容，一般稱之為X 電容。由于這個(gè)電容連接的位置也比較關(guān)鍵，同樣需要符合安全標(biāo)準(zhǔn)。因此，X 電容同樣也屬于安全電容之一。X 電容的容值允許比Y 電容大，但必須在X 電容的兩端并聯(lián)一個(gè)安全電阻，用于防止電源線拔插時(shí)，由于該電容的充放電過(guò)程而致電源線插頭長(zhǎng)時(shí)間帶電。安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)正在工作之中的機(jī)器電源線被拔掉時(shí)，在兩秒鐘內(nèi)，電源線插頭兩端帶電的電壓（或?qū)Φ仉娢唬┍仨毿∮谠瓉?lái)額定工作電壓的30%。
同理，X 電容也是安全電容，必須取得安全檢測(cè)機(jī)構(gòu)的認(rèn)證。X 電容的耐壓一般都標(biāo)有安全認(rèn)證標(biāo)志和AC250V 或AC275V 字樣，但其真正的直流耐壓高達(dá)2000V 以上，使用的時(shí)候不要隨意使用標(biāo)稱耐壓AC250V，或DC400V 之類的普通電容來(lái)代用。
X 電容一般都選用紋波電流比較大的聚脂薄膜類電容，這種電容體積一般都很大，但其允許瞬間充放電的電流也很大，而其內(nèi)阻相應(yīng)較小。普通電容紋波電流的指標(biāo)都很低，動(dòng)態(tài)內(nèi)阻較高。用普通電容代替X 電容，除了耐壓條件不能滿足以外，一般紋波電流指標(biāo)也是難以滿足要求的。
實(shí)際上，僅僅依賴于Y 電容和X 電容來(lái)完全濾除掉傳導(dǎo)干擾信號(hào)是不太可能的。因?yàn)楦蓴_信號(hào)的頻譜非常寬，基本覆蓋了幾十KHz 到幾百M(fèi)Hz，甚至上千MHz 的頻率范圍。通常，對(duì)低端干擾信號(hào)的濾除需要很大容量的濾波電容，但受到安全條件的限制，Y 電容和X 電容的容量都不能用大；對(duì)高端干擾信號(hào)的濾除，大容量電容的濾波性能又極差，特別是聚脂薄膜電容的高頻性能一般都比較差，因?yàn)樗怯镁砝@工藝生產(chǎn)的，并且聚脂薄膜介質(zhì)高頻響應(yīng)特性與陶瓷或云母相比相差很遠(yuǎn)，一般聚脂薄膜介質(zhì)都具有吸附效應(yīng)，它會(huì)降低電容器的工作頻率，聚脂薄膜電容工作頻率范圍大約都在1MHz 左右，超過(guò)1MHz 其阻抗將顯著增加。
因此，為抑制電子設(shè)備產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾，除了選用Y 電容和X 電容之外，還要同時(shí)選用多個(gè)類型的電感濾波器，組合起來(lái)一起濾除干擾。電感濾波器多屬于低通濾波器，但電感濾波器也有很多規(guī)格類型，例如有：差模、共模，以及高頻、低頻等。每種電感主要都是針對(duì)某一小段頻率的干擾信號(hào)濾除而起作用，對(duì)其它率的干擾信號(hào)的濾除效果不大。通常，電感量很大的電感，其線圈匝數(shù)較多，那么電感的分布電容也很大。高頻干擾信號(hào)將通過(guò)分布電容旁路掉。而且，導(dǎo)磁率很高的磁芯，其工作頻率則較低。目前，大量使用的電感濾波器磁芯的工作頻率大多數(shù)都在75MHz 以下。對(duì)于工作頻率要求比較高的場(chǎng)合，必須選用高頻環(huán)形磁芯，高頻環(huán)形磁芯導(dǎo)磁率一般都不高，但漏感特別小，比如，非晶合金磁芯，坡莫合金等。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2017-12-13
