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、應用於電源電路，實現旁路、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，它能使穩壓器的輸出均勻化，降低負載需求。 就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，並向器件進行放
電。 為儘量減少阻抗，旁路電容要儘量靠近負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致的地電位抬高和雜訊。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， 總是可以區分為驅動的源和被驅動的負載。如果負載電容比較大， 驅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， 這樣驅動的電流就會吸收很大的電源電流，由於電路中的電感，電阻（特別是晶片管腳上的電感，會產生反彈），這
種電流相對于正常情況來說實際上就是一種雜訊，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合起來將更容易理解。旁路電容實際也是去藕合

的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關雜訊提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小，根據諧振頻率一般取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，依據電路中分佈參數、以及驅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物件，防止干擾信號返回電源。這應該是他們的本質區別。

3）濾波

從理論上（即假設電容為純電容）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
後反而阻抗會增大。有時會看到有一個電容量較大電解電容並聯了一個小電容，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。

曾有網友形象地將濾波電容比作“水塘”。由於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
入或蒸發而引起水量的變化。它把電壓的變動轉化為電流的變化，頻率越高，峰值電流就越大，從而緩衝了電壓。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，並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。根據不同的電源要求，器件有時會採用串聯、並聯
或其組合的形式， 對於功率級超過10KW 的電源，通常採用體積較大的罐形螺旋端子電容器。

2、應用於信號電路，主要完成耦合、振盪/同步及時間常數的作用：

1）耦合

舉個例子來講，電晶體放大器發射極有一個自給偏壓電阻，它同時又使信號產生壓降回饋到輸入端形成了輸入輸出信號耦合， 這個電阻就是產生了耦合的元件，
如果在這個電阻兩端並聯一個電容， 由於適當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生的耦合效應，故稱此電容為去耦電容。

2）振盪/同步

包括RC、LC 振盪器及晶體的負載電容都屬於這一範疇。

3）時間常數

這就是常見的 R、C 串聯構成的積分電路。當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，應該如何為我們的電路選擇一顆合適的電容呢？筆者認為，應基於以下幾點考慮：



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、雜訊等級；

6、電容的類型；

7、電容的規格。



那麼，是否有捷徑可尋呢？其實，電容作為器件的週邊元件，幾乎每個器件的 Datasheet 或者 Solutions，都比較明確地指明了週邊元件
的選擇參數，也就是說，據此可以獲得基本的器件選擇要求，然後再進一步完善細化之。

其實選用電容時不僅僅是只看容量和封裝，具體要看產品所使用環境，特殊的電路必須用特殊的電容。

下面是 chip capacitor 根據電介質的介電常數分類， 介電常數直接影響電

路的穩定性。

NP0 or CH （K < 150）： 電氣性能最穩定，基本上不隨溫度﹑電壓與時

間的改變而改變，適用於對穩定性要求高的高頻電路。鑒於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）： 電氣性能較穩定,在溫度﹑電壓與時

間改變時性能的變化並不顯著（ΔC < ±10%）。適用於隔直、偶合、旁路與對容量穩定性要求不太高的全頻鑒電路。



Y5V or YF（K > 15000）： 容量穩定性較 X7R 差（ΔC < +20% ～ -8

0%），容量﹑損耗對溫度、電壓等測試條件較敏感，但由於其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，基於電容的材料特性，其可分為以下幾大類：

1、鋁電解電容

電容容量範圍為0.1μF ～ 22000μF，高脈動電流、長壽命、大容量的不二

之選，廣泛應用於電源濾波、解藕等場合。

2、薄膜電容

電容容量範圍為0.1pF ～ 10μF，具有較小公差、較高容量穩定性及極低的

壓電效應，因此是X、Y 安全電容、EMI/EMC 的首選。

3、鉭電容

電容容量範圍為2.2μF ～ 560μF，低等效串聯電阻（ESR）、低等效串聯

電感（ESL）。脈動吸收、瞬態響應及雜訊抑制都優於鋁電解電容，是高穩定電源的理想選擇。

4、陶瓷電容

電容容量範圍為0.5pF ～ 100μF，獨特的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

電容容量範圍為0.022F ～ 70F，極高的容值，因此又稱做“金電容”或者

“法拉電容”。主要特點是：超高容值、良好的充/放電特性，適合於電能存儲和電源備份。缺點是耐壓較低，工作溫度範圍較窄。



話說電容之四：多層陶瓷電容（MLCC）



對於電容而言，小型化和高容量是永恆不變的發展趨勢。其中，要數多層陶瓷電容（MLCC）的發展最快。

多層陶瓷電容在便攜產品中廣泛應用極為廣泛，但近年來數位產品的技術進步對其提出了新要求。例如，手機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 模組要求低厚度（0.5mm）、大容量電容。 而汽車環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，放置於其中的
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設計。

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， 因此需要從材料方面，降低介電常數對電壓的依賴，優化直流偏置電壓特性。

應用中較為常見的是 X7R（X5R）類多層陶瓷電容， 它的容量主要集中在1000pF 以上，該類電容器主要性能指標是等效串聯電阻（ESR），在
高波紋電流的電源去耦、濾波及低頻信號耦合電路的低功耗表現比較突出。

另一類多層陶瓷電容是 C 0G 類，它的容量多在 1000pF 以下， 該類電容

器主要性能指標是損耗角正切值 tgδ(DF)。傳統的貴金屬電極（NME）的 C 0G產品 DF 值範圍是 (2.0 ～ 8.0) ×
10-4，而技術創新型賤金屬電極(BME)的

C 0G 產品 DF 值範圍為 (1.0 ～ 2.5) × 10-4， 約是前者的 31 ～ 50%。 該類產品在載有 T/R 模組電路的
GSM、CDMA、無繩電話、藍牙、GPS 系統中低功耗特性較為顯著。較多用於各種高頻電路，如振盪/同步器、計時器電路等。



話說電容之五：鉭電容替代電解電容的誤區



通常的看法是鉭電容性能比鋁電容好，因為鉭電容的介質為陽極氧化後生成的五氧化二鉭，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於介質的介電能力和體積，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）再加上鉭的性質比較穩定，所以通常認為鉭電容性能比鋁電容好。

但這種憑陽極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並不在於陽極，而在於電解質，也就是陰極。因為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，其性能也大不相同。採用同一種陽極的電容由於電解質的不同，性能可以差距很大，總之陽極對於電容性能的影響遠遠小於陰極。

還有一種看法是認為鉭電容比鋁電容性能好，主要是由於鉭加上二氧化錳陰極助威後才有明顯好於鋁電解液電容的表現。如果把鋁電解液電容的陰極更換為二氧化
錳， 那麼它的性能其實也能提升不少。

可以肯定，ESR 是衡量一個電容特性的主要參數之一。 但是，選擇電容，應避免 ESR 越低越好，品質越高越好等誤區。衡量一個產品，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意的誇大。

---以上引用了部分網友的經驗總結。

普通電解電容的結構是陽極和陰極和電解質，陽極是鈍化鋁，陰極是純鋁，所以關鍵是在陽極和電解質。陽極的好壞關係著耐壓電介係數等問題。

一般來說，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，要注意容量變化後對濾波器性能（通帶...）的影響。



話說電容之六：旁路電容的應用問題



嵌入式設計中，要求 MCU 從耗電量很大的處理密集型工作模式進入耗電量很少的空閒/休眠模式。這些轉換很容易引起線路損耗的急劇增加，增加的速率很
高，達到 20A/ms 甚至更快。

通常採用旁路電容來解決穩壓器無法適應系統中高速器件引起的負載變化，以確保電源輸出的穩定性及良好的瞬態回應。旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器
件，它能使穩壓器的輸出均勻化，降低負載需求。就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，並向器件進行放電。為儘量減少阻抗，旁路電容要盡量靠近負
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致的地電位抬高和雜訊。地彈是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。

應該明白，大容量和小容量的旁路電容都可能是必需的，有的甚至是多個陶瓷電容和鉭電容。這樣的組合能夠解決上述負載電流或許為階梯變化所帶來的問題，而
且還能提供足夠的去耦以抑制電壓和電流毛刺。在負載變化非常劇烈的情況下，則需要三個或更多不同容量的電容，以保證在穩壓器穩壓前提供足夠的電流。快速
的瞬態過程由高頻小容量電容來抑制，中速的瞬態過程由低頻大容量來抑制，剩下則交給穩壓器完成了。

還應記住一點，穩壓器也要求電容儘量靠近電壓輸出端。