威廉希尔官方网站 设计之电容的应用分析

背景：为统筹威廉希尔官方网站 设计较全面的知识点，本人将在近期推出威廉希尔官方网站 设计中各种常用器件与设计理念，如基本元器件电阻、电容、电感、二极管保护，存储器件SDRAM、FLASH，PCB设计工艺DCDC电源、PCB板布线设计工艺等，希望能为大家提供些许参考。

注：主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、滤波、补偿、充放电、储能、隔直流等威廉希尔官方网站 中。以下介绍基于电容常用功能，详细介绍各功能应用。

电容特性：通交流阻直流，通高频阻低频！

电容在大家平时的威廉希尔官方网站 设计中是不可缺少的，但是很多的人都会进入一个电容使用的误区，就是电容的容值越大越好，滤波效果越好。其实并不是这样的，简单的说，就是大容值电容滤低频噪声，小容值电容滤高频噪声。

电容的工作的实质是充电和放电的过程。以电容不存储任何电量为初始状态，大容值的电容在威廉希尔官方网站 中达到与威廉希尔官方网站 中的电压平衡需要充入的电荷量就要多，就需要更长的时间，低频噪声能够满足其时间上的要求，但如果放在高频率噪声的威廉希尔官方网站 中，频率高，大容值电容的充放电反应不过来，达不到滤波的目的，这时候就要采用小容值的电容。小容值的电容，充放电时间短，能够满足滤波的目的。总之，滤波的频率随电容值的增大而减少。所以在使用时要根据自己的威廉希尔官方网站 的需要选取合适的容值，达到想要的滤波目的，又减少了成本。

在威廉希尔官方网站 中最常见到的电容使用方法是“去耦电容”和“旁路电容”。作为无源元件之一的电容，其作用不外乎以下几种： 

1、应用于电源威廉希尔官方网站 ，实现旁路、去藕、滤波和储能方面电容的作用，下面分类详述之： 

① 滤波 

滤波是电容的作用中很重要的一部分。几乎所有的电源威廉希尔官方网站 中都会用到。从理论上(即假设电容为纯电容)说，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。但实际上超过1uF 的电容大多为电解电容，有很大的电感成份，所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容，这时大电容通低频，小电容通高频。电容越大低频越容易通过，电容越小高频越容易通过。

以上图为例：C5将滤除前一级U2输出中的低频成分、C7滤除其高频成分，C3、C4类似。

曾有网友将滤波电容比作“水塘”。由于电容的两端电压不会突变，由此可知，信号频率越高则衰减越大，可很形象的说电容像个水塘，不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。 电容把电压的变动转化为电流的变化，频率越高，峰值电流就越大，从而缓冲了电压。注：滤波就是充电，放电的过程。 

② 旁路 

旁路电容一般接在信号端与地之间，主要功能是产生一个交流分路，从而消去进入易感区的那些不需要的能量。

旁路电容一般作为高频旁路器件来减小对电源模块的瞬态电流需求。通常铝电解电容和钽电容比较适合作旁路电容，其电容值取决于PCB 板上的瞬态电流需求，一般在10 至470μF 范围内。若PCB 板上有许多集成威廉希尔官方网站 、高速开关威廉希尔官方网站 和具有长引线的电源，则应选择大容量的电容。旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。就像小型可充电电池一样，旁路被充电，并向器件进行放电。

注：为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好地防止输入值过大而导致地电位抬高和噪声。 

③ 去藕 

去耦电容实际上是根据电容的使用的实际效果来命名的，一般接在电源线和地线之间，起作用主要有两方面：滤波作用和蓄能作用。

具体的作用结合以下几点来解释：

1、当电源引进威廉希尔官方网站 时，电源的电压不是恒定的，是处在一个相对稳定的状态，其中带有很多的噪声，如果让这些噪声进入到威廉希尔官方网站 中就会对威廉希尔官方网站 造成影响，特别是对电压敏感的器件对威廉希尔官方网站 电压的稳定性要求更高，以及有用到作为参考电压的一端，影响其精确性，所以加电容能能保证威廉希尔官方网站 的线性关系。（简单的理解就是电压多了我就吸收，少了我就补充，保持在一个平衡的状态）

2、有源器件在开关时产生高频的开关噪声，将会沿着电源线传播，这时电容提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在电源线的传播，并将噪声接引到地。

3、在空间中存在很多的电磁波，往往会干扰到芯片工作的稳定性，芯片周围的去耦电容能够很好的滤除这些干扰，从另一方面说，高频威廉希尔官方网站 中，导线产生的电感效应对电流的阻碍作用是很大的，会导致电流不足，如果器件在这时候刚好就需要足够的电流驱动，就不能及时供给，这时，去耦电容中储存的能量就能及时的补充这些不足，保证器件正常的工作。

注：在威廉希尔官方网站 威廉希尔官方网站 中，去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用，电容所处的位置不同，就是称呼的不一样，旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源，这是他们的本质区别。

④ 储能 

储能型电容器通过整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。电压额定值为40～450VDC、电容值在220～150 000uF之间的铝电解电容器(如EPCOS公司的 B43504或B43505)是较为常用的。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其组合的形式， 对于功率级超过10KW的电源，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。 

2、应用于信号威廉希尔官方网站 ，主要完成耦合、振荡/同步及时间常数的作用： 

① 耦合 

举个例子来讲，晶体管放大器发射极有一个自给偏压电阻，它同时又使信号产生压降反馈到输入端形成了输入输出信号耦合，这个电阻就是产生了耦合的元件，如果在这个电阻两端并联一个电容，由于适当容量的电容器对交流信号较小的阻抗,这样就减小了电阻产生的耦合效应，故称此电容为去耦电容。 

② 振荡/同步 

包括RC、LC振荡器及晶体的负载电容都属于这一范畴。 

③ 时间常数 

这就是常见的 R、C 串联构成的积分威廉希尔官方网站 。当输入信号电压加在输入端时，电容(C)上的电压逐渐上升。而其充电电流则随着电压的上升而减小。电流通过电阻(R)、电容(C)的特性通过下面的公式描述： 

i = (V/R)e-(t/CR)