原创 电容的作用

1.滤波：多用于直流电路中，引入滤波电容的原因是要获得平滑稳定的电压，因为电容两端的电压不能突变，所以它能抑制电压的波动，使电压变得平稳光滑。

2.去耦：也叫退耦，主要作用有两个：1、去除器件之间的交流射频耦合。它能将器件的电源端上瞬间的尖峰、毛刺对地短路掉。理论上，频率越高，需要的去耦电容越小。

3.旁路：旁路电容的作用是将回路中不需要的交流信号对地短路掉。\

滤波、旁路和去耦是指电容并联在电路中吗？耦合是指电容串联在电路中吗？
说法理论上没有错，但是几乎没有人去这么说。
电容在耦合的时候当然是串联在电路中的，如果它并联在器件之间，那到底是谁和谁耦合？去耦当然是并联在器件的两端，注明：电源端和地线，在具体运用的时候记得电容要尽量靠近电源端，去耦效果好，这是经验。旁路一般是把电阻和电容并联在一起，然后串联在某个回路中，通常这么用。

1、应用于电源电路,实现旁路、去藕、滤波和储能的作用,下面分类详述之: 


1)旁路 

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,旁路电容能够被充电,并向器件进行放电.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的地电位抬高和噪声.地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降. 


2)去藕 

去藕,又称解藕.从电路来说,总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载.如果负载电容比较大,驱动电路要把电容充电、放电,才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候,电流比较大,这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感,电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声,会影响前级的正常工作.这就是耦合. 


去藕电容就是起到一个电池的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰. 

将旁路电容和去藕电容结合起来将更容易理解.旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径.高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般是0.1u,0.01u等,而去耦合电容一般比较大,是10uF或者更大,依据电路中分布参数,以及驱动电流的变化大小来确定. 


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.这应该是他们的本质区别. 


3)滤波 

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.电容的作用就是通高阻低,通高频阻低频.电容越大低频越容易通过,电容越大高频越容易通过.具体用在滤波中,大电容(1000uF)滤低频,小电容(20pF)滤高频. 
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.它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.滤波就是充电,放电的过程. 
从电路来说，总是存在驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作。这就是耦合。

                    
            去藕电容就是起到一个电池的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。旁路电容实际也是去藕合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合电容一般比较大，是10u或者更大，依据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。

                    
            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。这应该是他们的本质区别。 
                    
            去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容值是0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是5μH。0.1μF的去耦电容有5μH的分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz左右，也就是说，对于10MHz以下的噪声有较好的去耦效果，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1μF、10μF的电容，并行共振频率在20MHz以上，去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片充放电电容，或1个蓄能电容，可选10μF左右。最好不用电解电容，电解电容是两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格，可按C=1/F，即10MHz取0.1μF，100MHz取0.01μF。 
            分布电容是指由非形态电容形成的一种分布参数。一般是指在印制板或其他形态的电路形式，在线与线之间、印制板的上下层之间形成的电容。这种电容的容量很小，但可能对电路形成一定的影响。在对印制板进行设计时一定要充分考虑这种影响，尤其是在工作频率很高的时候。也成为寄生电容，制造时一定会产生，只是大小的问题。布高速PCB时，过孔可以减少板层电容，但会增加电感。 
            分布电感是指在频率提高时，因导体自感而造成的阻抗增加. 

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、应用于信号电路,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 串联构成的积分电路.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)