從電容十說中了解電容

話說電容之一：電容的作用

作為無源元件之一的電容，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大而導(dǎo)致的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。
2）去藕
去藕，又稱解藕。 從電路來說， 總是可以區(qū)分為驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大， 驅(qū)動電路要把電容充電、放電， 才能完成信號的跳變，在上升沿比較陡峭的時候， 電流比較大， 這樣驅(qū)動的電流就會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，會產(chǎn)生反彈），這種電流相對于正常情況來說實(shí)際上就是一種噪聲，會影響前級的正常工作，這就是所謂的“耦合”。
去藕電容就是起到一個“電池”的作用，滿足驅(qū)動電路電流的變化，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，也就是給高頻的開關(guān)噪聲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)動電流的變化大小來確定。
旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象，而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象，防止干擾信號返回電源。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，電容越大，阻抗越小，通過的頻率也越高。但實(shí)際上超過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增大。有時會看到有一個電容量較大電解電容并聯(lián)了一個小電
容，這時大電容通低頻，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，電容越大高頻越容易通過。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突變，由此可知，信號頻率越高則衰減越大，可很形象的說電容像個水塘，不會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，放電的過程。
4）儲能
儲能型電容器通過整流器收集電荷，并將存儲的能量通過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，器件有時會采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式， 對于功率級超過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)用于信號電路，主要完成耦合、振蕩/同步及時間常數(shù)的作用：
1）耦合
舉個例子來講，晶體管放大器發(fā)射極有一個自給偏壓電阻，它同時又使信號產(chǎn)生壓降反饋到輸入端形成了輸入輸出信號耦合， 這個電阻就是產(chǎn)生了耦合的元件，如果在這個電阻兩端并聯(lián)一個電容， 由于適當(dāng)容量的電容器對交流信號
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）時間常數(shù)
這就是常見的 R、C 串聯(lián)構(gòu)成的積分電路。當(dāng)輸入信號電壓加在輸入端時，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。電流通過電阻（R）、電容（C）的特性通過下面的公式描述：
i = (V / R)e - (t / CR)

話說電容之二：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；
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，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﹑電壓與時間的改變而改變，適用于對穩(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﹑電壓與時間改變時性能的變化并不顯著（?C ±10%）。適用于隔直、偶合、旁路與對容量穩(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（?C +20% ～ -80%），容量﹑損耗對溫度、電壓等測試條件較敏感，但由于其K 值較大，所以
適用于一些容值要求較高的場合。

話說電容之三：電容的分類

電容的分類方式及種類很多，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，高脈動電流、長壽命、大容量的不二
之選，廣泛應(yīng)用于電源濾波、解藕等場合。
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
和電源備份。缺點(diǎn)是耐壓較低，工作溫度范圍較窄。

話說電容之四：多層陶瓷電容（MLCC）

對于電容而言，小型化和高容量是永恒不變的發(fā)展趨勢。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，但近年來數(shù)字產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步對其提出了新要求。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，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)對電壓的依賴，優(yōu)化直流偏置電壓特
性。
應(yīng)用中較為常見的是 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