壹個
電容的作用
電容器作為無源元件之壹，有以下作用:應用於供電電路中，實現旁路、去耦、濾波、儲能等功能，具體分以下幾類。
1)旁路
旁路電容器是為本地設備提供能量的儲能裝置。它可以使電壓調節器的輸出均勻，並降低負載需求。就像壹個小型可充電電池壹樣，旁路電容可以對設備進行充電和放電。
為了將阻抗降至最低
壹個
電容的作用
電容器作為無源元件之壹，有以下作用:應用於供電電路中，實現旁路、去耦、濾波、儲能等功能，具體分以下幾類。
1)旁路
旁路電容器是為本地設備提供能量的儲能裝置。它可以使電壓調節器的輸出均勻，並降低負載需求。就像壹個小型可充電電池壹樣，旁路電容可以對設備進行充電和放電。
為了將阻抗降至最低，旁路電容應盡可能靠近負載器件的電源引腳和接地引腳。這樣可以很好的防止地電位上升和輸入值過大引起的噪聲。接地彈性是指接地連接通過大電流毛刺時的壓降。
2)取出蓮藕
去藕也叫去藕。就電路而言，總可以分為被驅動源和被驅動負載。
如果負載電容比較大，驅動電路需要對電容充放電來完成信號跳變。上升沿陡的時候電流比較大，所以驅動電流會吸收很大的電源電流。因為電路中的電感和電阻(尤其是芯片管腳上的電感，會反彈)，這個電流和正常情況相比其實是壹種噪聲，會影響前壹級的正常工作。這被稱為“耦合”
去耦電容充當“電池”，滿足驅動電路電流的變化，避免相互耦合幹擾。把旁路電容和去耦電容結合起來會更好理解。
旁路電容實際上是去耦的，但旁路電容壹般指高頻旁路，是針對高頻開關噪聲提高壹種低阻抗的防漏電方式。
高頻旁路電容壹般較小，根據諧振頻率壹般為0.1。f、0.01？f等等；去耦電容的容量壹般都比較大，可能是10？f或更大，這取決於電路中的分布參數和驅動電流的變化。
旁路以輸入信號中的幹擾為濾波對象，去耦以輸出信號中的幹擾為濾波對象，防止幹擾信號返回電源。這應該是他們的本質區別。
3)過濾
理論上(即假設電容為純電容)，電容越大，阻抗越小，通過頻率越高。但是居然超過1？F的電容多為電解電容，有較大的電感成分，所以頻率高後阻抗會增大。
有時候我們可以看到壹個大電容的電解電容並聯壹個小電容，然後大電容接低頻，小電容接高頻。電容的作用是通過高阻和低阻，通過高頻和低頻。電容越大，低頻越容易通過，電容越大，高頻越容易通過。
專門用於濾波，大電容(1000？f)濾除低頻，小電容(20pF)濾除高頻。
有網友形象地把濾波電容比作壹個“池塘”。因為電容兩端的電壓不會突然變化，所以可以看出信號頻率越高，衰減越大。可以形象地說，電容器就像壹個池塘，水量不會因為加入或蒸發幾滴水而改變。
它將電壓的變化轉化為電流的變化。頻率越高，峰值電流越大，從而緩沖電壓。過濾就是充放電的過程。
4)能量儲存
儲能電容通過整流器收集電荷，並通過變換器引線將儲存的能量傳輸到電源的輸出端。額定電壓40 ~ 450 VDC，電容220 ~ 150 000？鋁電解電容器是常用的。
根據不同的電源要求，設備有時會串聯、並聯或組合連接。對於功率水平超過10KW的電源，通常使用大型罐形螺旋終端電容器。
用於信號電路，主要完成耦合、振蕩/同步、時間常數等功能；
1)聯軸器
比如晶體管放大器的發射極有壹個自帶的偏置電阻，同時使信號產生的壓降反饋到輸入端，形成輸入輸出信號耦合，這個電阻就是產生耦合的元件。
如果在這個電阻的兩端並聯壹個電容，由於電容合適的電容對交流信號的阻抗小，電阻引起的耦合效應減小，所以稱為去耦電容。
2)振蕩/同步
負載電容包括RC、LC振蕩器和晶體都屬於這壹類。
3)時間常數
這是由R和C串聯組成的普通積分電路。當輸入信號電壓施加到輸入端時，電容器(C)上的電壓逐漸上升。
然而，充電電流隨著電壓的增加而減小。通過電阻(R)和電容(C)的電流特性由下式描述:
i = (V / R)e- (t / CR)
二
電容的選擇
通常，如何為我們的電路選擇合適的電容？EDA365電子論壇認為應考慮以下因素:
1)靜電容量
2)額定耐受電壓
3)公差誤差
4)DC偏壓下的電容變化
5)噪音水平
6)電容器的類型
7)電容器的規格
那麽，有沒有捷徑可尋呢？實際上，作為器件的外圍器件，幾乎每壹個器件的數據表或解決方案都明確標明了外圍器件的選型參數，也就是說，可以在此基礎上得出基本的器件選型要求，然後可以進壹步完善和細化。
其實在選擇電容器的時候，不僅要看容量和封裝，還要看產品使用的環境。特殊電路必須使用特殊電容器。
以下是片式電容根據介電常數的分類，介電常數直接影響電路的穩定性。
NP0或CH(K & lt；150):
電氣性能最穩定，基本不隨溫度、電壓、時間的變化而變化，適用於穩定性要求高的高頻電路。鑒於k值較小，0402、0603、0805封裝很難有大容量電容。
像0603，最大在10nF以下。
X7R或YB(2000 & lt；K & lt4000):
電性能相對穩定，溫度、電壓、時間變化時性能變化不顯著。C & lt10%)。
適用於對容量穩定性要求不高的直接隔離、耦合、旁路和全頻識別電路。
Y5V或YF(K & gt；15000):
容量穩定性比X7R差(？C & lt+20% ~-80%)，容量損失對溫度、電壓等測試條件敏感，但由於其K值較大，適用於壹些對電容要求較高的場合。
三
電容的分類
電容器有很多種。根據電容器的材料特性，它們可以分為以下幾類:
1)鋁電解電容器
電容範圍是0.1？F ~ 22000？f，高脈動電流，長壽命，大容量的最佳選擇，廣泛應用於電源濾波，去耦等場合。
2)薄膜電容器
電容範圍為0.1pf ~ 10？f，容差小，容量穩定性高，壓電效應極低，是X、Y安全電容和EMI/EMC的首選。
3)鉭電容器
電容範圍是2.2？F ~ 560？f，低等效串聯電阻(ESR)和低等效串聯電感(ESL)。脈沖吸收、瞬態響應和噪聲抑制優於鋁電解電容器，是高穩定性電源的理想選擇。
4)陶瓷電容器
電容範圍0.5 pf ~ 100？f，獨特材料和薄膜技術的結晶，迎合了當今“更輕、更薄、更節能”的設計理念。
5)超級電容器
電容範圍從0.022 f到70 f，電容值極高，因此也被稱為“黃金電容器”或“法拉電容器”。
主要特點是:超高容量，良好的充放電特性，適用於電能儲存和電源備用。缺點是耐壓低，工作溫度範圍窄。
四
多層陶瓷電容器
對於電容器來說，小型化和高容量是永恒的發展趨勢。其中，多層陶瓷電容器(MLCC)發展最快。
多層陶瓷電容器廣泛應用於便攜式產品中，但近年來數碼產品的技術進步對其提出了新的要求。
比如手機要求更高的傳輸速率，更高的性能；基帶處理器要求高速低電壓；LCD模塊要求厚度小(0.5毫米)，電容大。
汽車環境的惡劣對多層陶瓷電容器有更特殊的要求:首先是耐高溫，置於其中的多層陶瓷電容器必須滿足150℃的工作溫度；其次，電池電路中需要短路失效保護設計。
換句話說，小型化、高速度和高性能、耐高溫和高可靠性已經成為陶瓷電容器的關鍵特性。
陶瓷電容器的電容隨DC偏壓的變化而變化。DC偏壓降低了介電常數，因此需要降低介電常數對電壓的依賴性，從材料方面優化DC偏壓特性。
應用中常用X7R(X5R)多層陶瓷電容器，其容量主要集中在1000pF以上。這類電容的主要性能指標是等效串聯電阻(ESR)，在電源去耦、濾波、高紋波電流的低頻信號耦合電路中表現突出。
另壹種多層陶瓷電容器是C0G，其容量大多在1000pF以下，這種電容器的主要性能指標是損耗角正切值tgδ(DF)。
傳統貴金屬電極(NME)的C0G產品DF值範圍為(2.0 ~ 8.0) × 10-4，創新賤金屬電極(BME)DF值範圍為(1.0 ~ 2.5) × 10-4，約為365438。
這類產品在帶有T/R模塊電路的GSM、CDMA、無繩電話、藍牙、GPS系統中具有明顯的低功耗特性。廣泛應用於各種高頻電路，如振蕩器/同步器、定時器電路等。
五
鉭電容器取代電解電容器的誤區
壹般認為鉭電容器的性能優於鋁電容器，因為鉭電容器的電介質是陽極氧化後生成的五氧化二鉭，其介電容量(通常用ε表示)高於鋁電容器的三氧化二鋁電介質。
因此，在相同的容量下，鉭電容器的體積可以做得比鋁電解電容器小。(電解電容器的電容取決於介質的介電容量和體積。在容量壹定的情況下，介電容量越高，體積可以越小，反之則需要體積越大。)另外，鉭的性能比較穩定，所以壹般認為鉭電容器的性能優於鋁電解電容器。
但是這種用陽極來判斷電容性能的方法已經過時了。目前，決定電解電容性能的關鍵不在於陽極，而在於電解液，即陰極。
由於不同的陰極和不同的陽極可以組合成不同種類的電解電容器，其性能也大不相同。由於電解質不同，具有相同陽極的電容器在性能上可能有很大差異。總之，陽極對電容性能的影響遠小於陰極。
還有壹種觀點認為鉭電容器比鋁電解電容器好，主要是鉭加二氧化錳陰極比鋁電解電容器好。如果把鋁電解電容器的陰極換成二氧化錳，其實性能可以提高很多。
可以肯定的是，ESR是衡量電容器特性的主要參數之壹。但在選擇電容時，要避免ESR越低越好，質量越高越好的誤區。衡量壹個產品，壹定要全方位多角度的考慮，不能有意無意的誇大電容的作用。
普通電解電容器的結構是陽極、陰極和電解液，陽極是鈍化鋁，陰極是純鋁，所以關鍵是陽極和電解液。陽極的質量與耐壓介電常數有關。
總的來說，鉭電解電容器的ESR比同樣容量和耐壓的鋁電解電容小得多，高頻性能更好。如果該電容用於濾波電路(例如，中心頻率為50Hz的帶通濾波器)，請註意電容變化對濾波器性能的影響。
六
旁路電容器的應用
在嵌入式設計中，要求MCU從高功耗的處理密集型工作模式進入低功耗的空閑/睡眠模式。這些變換很容易導致線損急劇增加，增加的速率很高，達到20A/ms甚至更快。
旁路電容通常用來解決由於調節器不能適應系統中高速器件而引起的負載變化，從而保證功率輸出的穩定性和良好的瞬態響應。
旁路電容器是為本地設備提供能量的儲能裝置。它可以使電壓調節器的輸出均勻，並降低負載需求。就像壹個小型可充電電池壹樣，旁路電容可以對設備進行充電和放電。
為了將阻抗降至最低，旁路電容應盡可能靠近負載器件的電源引腳和接地引腳。這樣可以很好的防止地電位上升和輸入值過大引起的噪聲。接地彈性是指接地連接通過大電流毛刺時的壓降。
應該明白，大容量和小容量的旁路電容都可能是必須的，有些甚至有多個陶瓷電容和鉭電容。這種組合可以解決負載電流可能由階躍變化引起的問題，並且還提供足夠的去耦來抑制電壓和電流毛刺。
當負載發生劇烈變化時，需要三個或三個以上不同容量的電容，以保證穩壓器穩定前有足夠的電流。快速暫態過程由高頻小容量電容抑制，中速暫態過程由低頻大容量抑制，其余由調壓器完成。
還應記住，電壓調節器也要求電容盡可能靠近電壓輸出。
七
電容器的等效串聯電阻ESR
壹般認為，具有較小等效串聯電阻(ESR)的相對較大的外部電容可以很好地吸收快速開關期間的峰值(紋波)電流。
但是，有時這樣的選擇容易導致穩壓器(尤其是線性穩壓器LDO)的不穩定，所以需要合理選擇小容量和大容量電容器的電容值。永遠記住，穩壓器是壹個放大器，在放大器中可能出現的各種情況都會出現。
由於DC/DC轉換器的響應速度相對較慢，輸出去耦電容在負載階躍的初始階段起主導作用，因此需要額外的大容量電容來減緩相對於DC/DC轉換器的快速轉換，並使用高頻電容來減緩相對於大電容的快速轉換。
壹般來說，大容量電容的等效串聯電阻應選擇合適的值，以便輸出電壓的峰值和毛刺在器件的儀表板規格範圍內。
高頻轉換時，小電容為0.01？f對0.1？f階可以很好的滿足要求。表面貼裝陶瓷電容或多層陶瓷電容(MLCC)的ESR較小。
此外，在這些值下，它們的體積和BOM成本是合理的。如果本地低頻去耦不充分，當從低頻切換到高頻時，輸入電壓會降低。壓降過程可能會持續幾個毫秒，時間的長短主要取決於調節器調整增益和提供大負載電流的時間。
與僅使用低ESR的單個電容相比，使用高ESR電容並聯無疑更具成本效益。然而，這要求妳在PCB面積、器件數量和成本之間找到壹個折衷方案。
八
電解電容器的電氣參數
這裏的電解電容器主要是指鋁電解電容器，其基本電氣參數包括以下五點:
1)電容值
電解電容器的電容取決於交流電壓下工作時的阻抗。所以電容值，也就是交流電容值，是隨著工作頻率、電壓、測量方式的變化而變化的。
根據JISC 5102標準，在頻率120Hz，最大交流電壓0.5Vrms，DC偏壓1.5～2.0V的條件下測量鋁電解電容器的電容..可以斷言，鋁電解電容器的容量隨著頻率的增加而減小。
2)損耗角正切值Tan δ
在電容器等效電路中，串聯等效電阻ESR與容抗1/ωC之比稱為Tan δ，其中ESR在120Hz計算。
顯然，Tan δ隨著測量頻率的增加而增加，隨著測量溫度的降低而降低。
3)阻抗z
在特定頻率下，阻礙交流電流通過的電阻稱為阻抗(Z)。它與電容等效電路中的電容和電感密切相關，也與ESR有關。
Z = √ [ESR2 + (XL - XC)2 ]
其中XC = 1/ωC = 1/2πfC。
XL = ωL = 2πfL
在低頻範圍內，電容器的容抗(XC)隨著頻率的增加而逐漸減小，當頻率繼續增加到中頻範圍時，電抗(XL)減小到ESR的值。
當頻率達到高頻範圍時，感抗(XL)成為主導，因此阻抗隨著頻率的增加而增加。
4)泄漏電流
電容器的電介質對DC電流有很大的阻礙。但由於氧化鋁膜介質浸入電解液中，當施加電壓時，氧化膜重整修復時會產生壹個稱為漏電流的小電流。壹般來說，漏電流會隨著溫度和電壓的升高而增加。
5)紋波電流和紋波電壓
在某些材料中，它們被稱為“紋波電流”和“紋波電壓”，實際上就是紋波電流和紋波電壓。這意味著電容器可以容忍紋波電流/電壓值。它們與ESR密切相關，可以用以下公式表示:
Urms = Irms × R
其中Vrms表示紋波電壓。
Irms代表紋波電流
r表示電容的ESR。
從上面可以看出，當紋波電流增加時，即使ESR保持不變，紋波電壓也會呈指數級增加。換句話說，當紋波電壓增加時，紋波電流也會增加，這就是為什麽要求電容器具有較低的ESR值。
加入紋波電流後，電容器內部的等效串聯電阻(ESR)產生熱量，影響電容器的使用壽命。壹般來說，紋波電流與頻率成正比，因此低頻時紋波電流相對較低。
九
電容器參數的基本公式
1)容量(法拉)
英制:c = (0.224× k a)/TD。
公制:c = (0.0884× k a)/TD。
2)儲存在電容器中的能量
1/2CV2
3)電容器的線性充電
I = C (dV/dt)
z = √[ RS2+(XC–XL)2]
XC= 1/(2πfC)
D.F. = tan δ(損耗角)
= ESR / XC
= (2πfC)(ESR)
Q = cotan δ = 1/ DF
ESR = (DF) XC = DF/ 2πfC
功率損耗= (2πfCV2 ) (DF)
Pf = sin δ(損耗角)–cosф(相位角)
均方根= 0.707 × Vp
KVA = 2πfCV2 × 10-3
溫度系數=[(Ct–C25)/C25(TT–25)]×106
CD =[(c 1–C2)/c 1]×100
L0 / Lt = (Vt / V0)X (Tt / T0)Y
n個串聯電容:1/CT = 1/c 1+1/C2+...+1/CN。
兩個電容串聯:CT = C1 C2/(C1 C2)。
CT = C1 + C2 + …+ Cn
A.R. = %?C /十年時間
K =介電常數；
A =面積；
TD =絕緣層厚度；
V =電壓；
RS =串聯電阻；
F =頻率；
L =電感系數；
δ =損耗角；
ф=相位角；
L0 =使用壽命；
Lt =測試壽命；
Vt =測試電壓；
V0 =工作電壓；
Tt =測試溫度；
T0 =工作溫度；
x，Y =電壓和溫度的影響指數。
4)電容器的總阻抗(歐姆)
z = √[ RS2+(XC–XL)2]
5)容抗(歐姆)
XC= 1/(2πfC)
6)相位角ф
理想電容:電流電壓超前90？
理想電感:電流電壓滯後90？
理想電阻器:與電流電壓同相。
7)耗散系數(%)
D.F. = tan δ(損耗角)
= ESR / XC
= (2πfC)(ESR)
8)質量因素
Q = cotan δ = 1/ DF
9)等效串聯電阻ESR(歐姆)
ESR = (DF) XC = DF/ 2πfC
10)功耗
功率損耗= (2πfCV2 ) (DF)
11)功率因數
Pf = sin δ(損耗角)–cosф(相位角)
12)均方根
均方根= 0.707 × Vp
13) KVA(千瓦)
KVA = 2πfCV2 × 10-3
14)電容器的溫度系數
溫度系數=[(Ct–C25)/C25(TT–25)]×106
15)容量損失(%)
CD =[(c 1–C2)/c 1]×100
16)陶瓷電容器可靠性
L0 / Lt = (Vt / V0)X (Tt / T0)Y
17)串聯電容
n個串聯電容:1/CT = 1/c 1+1/C2+...+1/CN。
兩個電容串聯:CT = C1 C2/(C1 C2)。
18)並聯電容
CT = C1 + C2 + …+ Cn
19)重復率
A.R. = %?C /十年時間
上述公式中的符號解釋如下:
K =介電常數；
A =面積；
TD =絕緣層厚度；
V =電壓；
RS =串聯電阻；
F =頻率；
L =電感系數；
δ =損耗角；
ф=相位角；
L0 =使用壽命；
Lt =測試壽命；
Vt =測試電壓；
V0 =工作電壓；
Tt =測試溫度；
T0 =工作溫度；
x，Y =電壓和溫度的影響指數。
十
電源輸入處的x、Y安全電容
在交流電源的輸入端，壹般需要加三個電容來抑制EMI傳導幹擾。
交流電源的輸入壹般可以分為三根線:火線(L)/零線(N)/地線(G)。並聯在火線和地線之間、零線和地線之間的電容壹般稱為Y電容。
這兩個Y電容的連接位置很關鍵，必須符合相關安全標準，防止電子設備漏電或外殼帶電，危及人身安全和生命。所以都是安全電容，電容值不能太大，耐壓壹定要高。
壹般來說，在亞熱帶地區工作的機器要求對地泄漏電流不超過0.7mA；對於在溫帶工作的機器，對地泄漏電流不應超過0.35mA。因此，Y電容的總容量壹般不能超過4700pF。
EDA365電子論壇特別提醒:Y電容是安全電容，壹定要有安全檢測機構的認證。Y電容的耐壓壹般標有安全認證標誌和AC250V或AC275V的字樣，但其真實的DC耐壓高達5000V以上。所以Y電容不能隨意換成AC250V或DC400V等普通電容。
火線和零線抑制之間並聯的電容壹般稱為X電容。因為這個電容連接的位置也很關鍵，所以也需要符合安全標準。
因此，X電容也是安全電容之壹。X電容的電容允許大於Y電容的電容，但必須在X電容兩端並聯壹個安全電阻，防止電源線插頭在插拔電源線時由於電容的充放電過程而長時間充電。
安全標準規定，當工作機的電源線被拔掉時，電源線插頭兩端的帶電電壓(或地電位)必須在兩秒鐘內小於原額定工作電壓的30%。
同樣，X電容也是壹種安全電容，必須經過安全檢測機構的認證。X電容器的耐壓壹般標有安全認證標誌和AC250V或AC275V的字樣，但其真實的DC耐壓在2000V以上，使用時不要隨意使用AC250V或DC400V等普通電容器。
壹般來說，X電容采用聚酯薄膜電容，紋波電流大。這種電容壹般體積較大，但允許瞬間充放電的電流較大，其內阻也相應較小。
普通電容的紋波電流指標很低，動態內阻高。用普通電容代替X電容無法滿足耐壓條件，壹般紋波電流指標也難以滿足要求。
事實上，僅僅依靠Y電容和X電容是不可能完全濾除傳導的幹擾信號的。因為幹擾信號的頻譜很寬，基本覆蓋了幾十KHz到幾百MHz，甚至上千MHz的頻率範圍。
通常低端幹擾信號的濾波需要大容量的濾波電容，但由於安全條件的限制，Y電容和X電容的容量都不能很大。對於濾除高端幹擾信號，大容量電容的濾波性能很差，尤其是聚酯薄膜電容的高頻性能普遍較差。
由於是纏繞工藝制作，而聚酯薄膜介質的高頻響應特性與陶瓷或雲母相差甚遠，壹般聚酯薄膜介質都有吸附作用，會降低電容器的工作頻率。聚酯薄膜電容器的工作頻率範圍約為1MHz，超過1MHz時阻抗會顯著增加。
因此，為了抑制電子設備產生的傳導幹擾，除了Y電容和X電容外，還要同時選擇幾種類型的電感濾波器，組合起來濾除幹擾。
電感濾波器多為低通濾波器，但也有很多規格，比如差模，* * *模，高頻，低頻。每種電感主要用於濾除短頻率的幹擾信號，對濾除其他頻率的幹擾信號作用不大。
通常電感大的電感匝數多，所以電感的分布電容也大。高頻幹擾信號將被分布電容旁路。而且高導磁率的磁芯工作頻率較低。
目前大量使用的電感濾波器芯的工作頻率大多在75MHz以下。對於工作頻率要求高的場合，必須選擇高頻環形磁芯。壹般高頻環形鐵芯的磁導率不高，但是漏電感特別小，比如非晶合金鐵芯，坡莫合金等等。