全面分析电容知识-电容的作用-电容单位-电容公式及检测

电容的简介

电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)所带电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)量Q与电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)两(liang)极间的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压U的(de)(de)比值，叫(jiao)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)。在电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路学里，给定(ding)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)势差(cha)，电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)储存(cun)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷的(de)(de)能力，称为(wei)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)（capacitance），标(biao)记(ji)为(wei)C。采用国际单位制，电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)的(de)(de)单位是法拉(la)（farad），标(biao)记(ji)为(wei)F。

电容(rong)的符(fu)号是C。

C=εS/d=εS/4πkd（真空）=Q/U

电容单位及转换

在国(guo)际(ji)单(dan)位制(zhi)里(li)，电容的单(dan)位是(shi)法(fa)拉，简(jian)称法(fa)，符号是(shi)F，由于法(fa)拉这个单(dan)位太大，所(suo)以常(chang)用(yong)的电容单(dan)位有毫法(fa)（mF）、微法(fa)（μF）、纳法(fa)（nF）和皮法(fa)（pF）等，换算关系是(shi)：

1法拉（F）=1000毫法（mF）=1000000微(wei)法（μF）

1微法(fa)(fa)（μF）= 1000纳法(fa)(fa)（nF）= 1000000皮(pi)法(fa)(fa)（pF）。

电(dian)容与(yu)电(dian)池容量(liang)的关(guan)系：

1伏安(an)时=1瓦时=3600焦耳

W=0.5CUU

电容的作用

作为(wei)无源(yuan)元(yuan)件(jian)之(zhi)一(yi)的电容，其作用不外乎以(yi)下几种(zhong)：

（一(yi)）应(ying)用(yong)(yong)于电(dian)源电(dian)路(lu)，实现旁路(lu)、去藕、滤(lv)波和储能的作用(yong)(yong)。下面分类详述之(zhi)：

（1）旁(pang)路

旁(pang)路电容是(shi)(shi)为本地(di)器件(jian)(jian)提供能量(liang)的(de)储能器件(jian)(jian)，它能使(shi)稳压(ya)器的(de)输(shu)出均匀化，降低(di)负载(zai)需求(qiu)。就像小型可(ke)充电电池一样，旁(pang)路电容能够被充电，并(bing)向(xiang)器件(jian)(jian)进行放电。为尽量(liang)减少(shao)阻(zu)抗，旁(pang)路电容要尽量(liang)靠近负载(zai)器件(jian)(jian)的(de)供电电源管(guan)脚和地(di)管(guan)脚。这(zhei)能够很(hen)好地(di)防止(zhi)输(shu)入值过(guo)大而(er)导致的(de)地(di)电位抬高(gao)和噪(zao)声(sheng)。地(di)弹是(shi)(shi)地(di)连(lian)接处在通过(guo)大电流毛刺时的(de)电压(ya)降。

（2）去藕

去藕，又称解藕。从(cong)电(dian)(dian)路(lu)来说(shuo)，总(zong)是(shi)(shi)可以区分为驱(qu)动(dong)的(de)(de)(de)(de)源和被驱(qu)动(dong)的(de)(de)(de)(de)负(fu)(fu)载(zai)。如果负(fu)(fu)载(zai)电(dian)(dian)容比(bi)较(jiao)大，驱(qu)动(dong)电(dian)(dian)路(lu)要把电(dian)(dian)容充电(dian)(dian)、放电(dian)(dian)，才(cai)能完成信号的(de)(de)(de)(de)跳(tiao)变，在上(shang)升沿比(bi)较(jiao)陡峭的(de)(de)(de)(de)时候，电(dian)(dian)流(liu)(liu)比(bi)较(jiao)大，这(zhei)样驱(qu)动(dong)的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)流(liu)(liu)就(jiu)会(hui)吸收很大的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)源电(dian)(dian)流(liu)(liu)，由于电(dian)(dian)路(lu)中的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)感，电(dian)(dian)阻（特别是(shi)(shi)芯片管脚上(shang)的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)感，会(hui)产生反弹(dan)），这(zhei)种(zhong)电(dian)(dian)流(liu)(liu)相(xiang)对于正常情(qing)况来说(shuo)实际上(shang)就(jiu)是(shi)(shi)一种(zhong)噪(zao)声，会(hui)影响前(qian)级的(de)(de)(de)(de)正常工(gong)作，这(zhei)就(jiu)是(shi)(shi)所谓(wei)的(de)(de)(de)(de)“耦合(he)”。

去藕电(dian)(dian)(dian)容(rong)就(jiu)是起(qi)(qi)到一个“电(dian)(dian)(dian)池”的作用，满足(zu)驱动电(dian)(dian)(dian)路电(dian)(dian)(dian)流的变化，避免相互间(jian)的耦(ou)合干扰。将旁路电(dian)(dian)(dian)容(rong)和去藕电(dian)(dian)(dian)容(rong)结(jie)合起(qi)(qi)来将更容(rong)易理解。

旁(pang)路(lu)(lu)电(dian)(dian)(dian)容实(shi)际也(ye)是(shi)去藕(ou)合(he)的，只是(shi)旁(pang)路(lu)(lu)电(dian)(dian)(dian)容一(yi)般(ban)是(shi)指高频旁(pang)路(lu)(lu)，也(ye)就是(shi)给高频的开关噪声提高一(yi)条低阻抗(kang)泄(xie)防途径。高频旁(pang)路(lu)(lu)电(dian)(dian)(dian)容一(yi)般(ban)比较小，根据谐振频率一(yi)般(ban)取(qu) 0.1μF、0.01μF 等；而(er)去耦合(he)电(dian)(dian)(dian)容的容量一(yi)般(ban)较大，可能是(shi) 10μF 或者更大，依(yi)据电(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)中分布参(can)数、以(yi)及驱(qu)动电(dian)(dian)(dian)流的变化大小来确(que)定。旁(pang)路(lu)(lu)是(shi)把输入信号中的干(gan)扰作(zuo)为滤除(chu)对(dui)象(xiang)，而(er)去耦是(shi)把输出(chu)信号的干(gan)扰作(zuo)为滤除(chu)对(dui)象(xiang)，防止干(gan)扰信号返回(hui)电(dian)(dian)(dian)源。这应该是(shi)他们的本质区别。

（3）滤(lv)波(bo)

从理(li)论上（即(ji)假设电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)为纯电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)）说，电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)越(yue)(yue)(yue)(yue)大，阻(zu)抗(kang)越(yue)(yue)(yue)(yue)小，通(tong)(tong)过(guo)(guo)(guo)的频(pin)(pin)率也越(yue)(yue)(yue)(yue)高(gao)(gao)。但实(shi)际(ji)上超过(guo)(guo)(guo) 1μF 的电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)大多为电(dian)解(jie)电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)，有很大的电(dian)感成份，所(suo)以频(pin)(pin) 率高(gao)(gao)后反而(er)阻(zu)抗(kang)会(hui)增大。有时会(hui)看到有一个(ge)电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)量较大电(dian)解(jie)电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)并联了一个(ge)小电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)，这时大电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)通(tong)(tong)低(di)频(pin)(pin)，小电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)通(tong)(tong)高(gao)(gao)频(pin)(pin)。电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)的作用就(jiu)是(shi)通(tong)(tong)高(gao)(gao)阻(zu)低(di)，通(tong)(tong)高(gao)(gao)频(pin)(pin)阻(zu)低(di)频(pin)(pin)。电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)越(yue)(yue)(yue)(yue)大低(di)频(pin)(pin)越(yue)(yue)(yue)(yue)容(rong)(rong)(rong)(rong)易通(tong)(tong)过(guo)(guo)(guo)，电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)越(yue)(yue)(yue)(yue)大高(gao)(gao)频(pin)(pin)越(yue)(yue)(yue)(yue)容(rong)(rong)(rong)(rong)易通(tong)(tong)过(guo)(guo)(guo)。具体用在滤(lv)波中，大电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)（1000μF）滤(lv)低(di)频(pin)(pin)，小电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)（20pF）滤(lv)高(gao)(gao)频(pin)(pin)。

曾(ceng)有网(wang)友形象(xiang)地(di)将滤(lv)波电(dian)容比作(zuo)“水塘”。由于电(dian)容的(de)两端电(dian)压(ya)不会(hui)突(tu)变，由此(ci)可(ke)知(zhi)，信号频(pin)率越(yue)高则衰(shuai)减越(yue)大，可(ke)很形象(xiang)的(de)说电(dian)容像个水塘，不会(hui)因几滴水的(de)加入(ru)或蒸发(fa)而(er)引(yin)起水量的(de)变化(hua)。它把电(dian)压(ya)的(de)变动转化(hua)为电(dian)流的(de)变化(hua)，频(pin)率越(yue)高，峰(feng)值(zhi)电(dian)流就越(yue)大，从而(er)缓冲(chong)了电(dian)压(ya)。滤(lv)波就是充电(dian)，放电(dian)的(de)过程。

（4）储能

储(chu)(chu)能(neng)型电容(rong)(rong)器(qi)(qi)通(tong)过(guo)整(zheng)流器(qi)(qi)收集电荷，并将(jiang)存储(chu)(chu)的(de)(de)能(neng)量通(tong)过(guo)变(bian)换器(qi)(qi)引线传送至(zhi)电源的(de)(de)输(shu)出端。电压额定值(zhi)(zhi)为(wei) 40～450VDC、电容(rong)(rong)值(zhi)(zhi)在(zai) 220～150 000μF 之间(jian)的(de)(de)铝电解电容(rong)(rong)器(qi)(qi)是较(jiao)(jiao)为(wei)常(chang)用的(de)(de)。根不(bu)同的(de)(de)电源要求，器(qi)(qi)件有(you)时会采用串联、并联或(huo)其组(zu)合的(de)(de)形(xing)式(shi)，对于功率级(ji)超过(guo) 10KW 的(de)(de)电源，通(tong)常(chang)采用体积(ji)较(jiao)(jiao)大的(de)(de)罐形(xing)螺旋(xuan)端子电容(rong)(rong)器(qi)(qi)。

（二）应用(yong)于(yu)信(xin)号电路，主要(yao)完成耦(ou)合、振(zhen)荡/同步及时(shi)间常数的(de)作用(yong)

1）耦(ou)合

举个(ge)(ge)例子来讲(jiang)，晶体管放大器发射极有一个(ge)(ge)自给(ji)偏(pian)压(ya)(ya)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)，它(ta)同时(shi)又使信号(hao) 产(chan)生压(ya)(ya)降反馈到输入端形成(cheng)了(le)输入输出信号(hao)耦(ou)(ou)合，这个(ge)(ge)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)就(jiu)是产(chan)生了(le)耦(ou)(ou)合的(de)元件，如果(guo)在这个(ge)(ge)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)两端并(bing)联(lian)一个(ge)(ge)电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)，由于适(shi)当容(rong)量的(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)器对交流信号(hao) 较(jiao)小的(de)阻(zu)(zu)抗，这样就(jiu)减小了(le)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)产(chan)生的(de)耦(ou)(ou)合效应(ying)，故称此电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)为去耦(ou)(ou)电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)。

2）振荡/同步

包括 RC、LC 振荡(dang)器(qi)及(ji)晶体(ti)的负载电容都属于这一(yi)范畴(chou)。

3）时间常(chang)数(shu)

这(zhei)就是常见的(de)(de)(de) R、C 串联构(gou)成(cheng)的(de)(de)(de)积(ji)分(fen)电(dian)(dian)路。当输入(ru)(ru)信号电(dian)(dian)压(ya)加在输入(ru)(ru)端时，电(dian)(dian)容（C）上(shang)的(de)(de)(de)电(dian)(dian)压(ya)逐(zhu)渐(jian)上(shang)升。而(er)其充电(dian)(dian)电(dian)(dian)流则随着电(dian)(dian)压(ya)的(de)(de)(de)上(shang)升而(er)减(jian)小。电(dian)(dian)流通过电(dian)(dian)阻（R）、电(dian)(dian)容（C）的(de)(de)(de)特(te)性通过下面的(de)(de)(de)公式描述：

i=(V/R)e-(t/CR)

电容的选择

通常，应(ying)该如何为我们的电路选择(ze)一(yi)颗(ke)合适的电容(rong)呢？笔者认为，应(ying)基(ji)于以(yi)下(xia)几点考虑(lv)：

1）静电容量(liang)；

2）额定耐压；

3）容值误差；

4）直流偏压下的电容变化量；

5）噪声等级(ji)；

6）电容的类(lei)型；

7）电容的规格(ge)。

那么，是否有捷径可寻呢？其实，电容作(zuo)为器(qi)件的(de)(de)外围元(yuan)件，几(ji)乎每(mei)个器(qi)件的(de)(de) Datasheet 或(huo)者(zhe) Solutions，都比较(jiao)明(ming)确地指明(ming)了(le)外围元(yuan)件的(de)(de)选择参数，也就是说(shuo)，据此可以获得基本的(de)(de)器(qi)件选择要求，然后再进一步完善细化之(zhi)。

其实(shi)选用电容(rong)时不(bu)仅仅是只看(kan)容(rong)量和封(feng)装，具体要看(kan)产(chan)品所使用环境，特殊(shu)的电路必须(xu)用特殊(shu)的电容(rong)。

下面是chip capacitor根据电(dian)介质的(de)(de)介电(dian)常数分类(lei)，介电(dian)常数直接影响电(dian)路的(de)(de)稳(wen)定性。

NP0 or CH （K<150）：电气性能最稳定，基本上(shang)不随温度﹑电压与时(shi)间的改(gai)变(bian)而改(gai)变(bian)，适用(yong)于对稳定性要求高的高频(pin)电路(lu)。鉴于 K 值较(jiao)小，所以(yi)在 0402、0603、0805 封(feng)装下很难有大容(rong)量的电容(rong)。如 0603 一般(ban)最大的10nF以(yi)下。

X7R or YB （2000

Y5V or YF（K > 15000）：容(rong)量稳定性较(jiao) X7R 差（?C < +20% ～ -8 0%），容(rong)量损耗对温度(du)、电压等测试条件较(jiao)敏感(gan)，但(dan)由(you)于(yu)(yu)其 K 值较(jiao)大(da)，所以适用(yong)于(yu)(yu)一些容(rong)值要求较(jiao)高的(de)场合(he)。

电容的分类

电容的(de)(de)分(fen)类方式及(ji)种类很多，基于电容的(de)(de)材料特性，其可(ke)分(fen)为(wei)以下几大类：

1）铝(lv)电(dian)解电(dian)容

电容容量范围为0.1μF～22000μF，高脉动电流、长(zhang)寿命、大容量的不二(er)之选，广泛应用于电源(yuan)滤波、解藕等场合。

2）薄膜电(dian)容

电(dian)容(rong)容(rong)量范围为0.1pF～10μF，具有较(jiao)小公差、较(jiao)高容(rong)量稳定性及极低的(de)压电(dian)效应，因此(ci)是 X、Y 安全电(dian)容(rong)、EMI/EMC 的(de)首选。

3）钽电容

电容容量范围为2.2μF～560μF，低等效串联电阻（ESR）、低等效串联电感（ESL）。脉(mai)动吸(xi)收、瞬态(tai)响(xiang)应及(ji)噪(zao)声抑制都(dou)优(you)于铝(lv)电解(jie)电容，是高稳定电源(yuan)的理想(xiang)选择。

4）陶瓷电容

电(dian)容(rong)容(rong)量范(fan)围为0.5pF～100μF，独特(te)的材料(liao)和薄(bo)(bo)膜技术的结晶(jing)，迎合了当(dang)今“更轻、更薄(bo)(bo)、更节能“的设计理念。

5）超(chao)级电容

电(dian)(dian)容(rong)容(rong)量(liang)范(fan)围为(wei)0.022F～70F，极高的容(rong)值，因此又称做“金电(dian)(dian)容(rong)”或者“法(fa)拉电(dian)(dian)容(rong)”。主要特点是(shi)：超(chao)高容(rong)值、良好的充(chong)/放电(dian)(dian)特性，适合于电(dian)(dian)能存储和电(dian)(dian)源备份。缺(que)点是(shi)耐(nai)压较(jiao)(jiao)低，工作温度(du)范(fan)围较(jiao)(jiao)窄。

多层陶瓷电容

对(dui)于电容(rong)而(er)言，小型化和高容(rong)量是永恒(heng)不变的发展趋势。其中，要数多(duo)层(ceng)陶瓷电容(rong)（MLCC）的发展最快(kuai)。

多层(ceng)(ceng)陶瓷(ci)电(dian)(dian)容(rong)在(zai)便携产品(pin)中广泛(fan)应(ying)用(yong)极为广泛(fan)，但(dan)近年来(lai)数字产品(pin)的(de)技术(shu)进步对其提出了(le)新要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)。例如，手(shou)机要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)更(geng)高的(de)传输速率和更(geng)高的(de)性能(neng)；基带处理 器要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)高速度、低电(dian)(dian)压；LCD 模块要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)低厚(hou)度（0.5mm）、大(da)容(rong)量电(dian)(dian)容(rong)。而汽车(che)环(huan)境的(de)苛刻性对多层(ceng)(ceng)陶瓷(ci)电(dian)(dian)容(rong)更(geng)有特殊(shu)的(de)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)：首先是耐高温，放置于(yu)其中的(de)多层(ceng)(ceng)陶瓷(ci)电(dian)(dian)容(rong)必须(xu)能(neng)满足 150℃ 的(de)工作(zuo)温度；其次(ci)是在(zai)电(dian)(dian)池电(dian)(dian)路(lu)上需要(yao)(yao)短路(lu)失(shi) 效保护设计。

也就是说(shuo)，小(xiao)型化、高速度和高性能、耐高温条件(jian)、高可靠(kao)性已成为陶瓷电容的关(guan)键特(te)性。

陶瓷电(dian)容的容量随直流偏(pian)置电(dian)压的变化(hua)而变化(hua)。直流偏(pian)置电(dian)压降低(di)了介电(dian)常数，因(yin)此(ci)需要从(cong)材料方面，降低(di)介电(dian)常数对电(dian)压的依赖，优化(hua)直流偏(pian)置电(dian)压特性。

应用中较(jiao)为常见的(de)是 X7R（X5R）类(lei)多层陶(tao)瓷(ci)电(dian)(dian)(dian)容， 它(ta)的(de)容量主要集(ji)中在(zai)1000pF以上，该类(lei)电(dian)(dian)(dian)容器主要性(xing)能指标是等效串(chuan)联电(dian)(dian)(dian)阻（ESR），在(zai)高波(bo)纹(wen)电(dian)(dian)(dian)流(liu)的(de)电(dian)(dian)(dian)源去(qu)耦、滤波(bo)及(ji)低(di)频信号耦合电(dian)(dian)(dian)路的(de)低(di)功耗表现比较(jiao)突(tu)出。

另一类多层陶瓷(ci)电(dian)(dian)(dian)容(rong)是(shi)(shi)C0G类，它的容(rong)量多在(zai) 1000pF 以下，该类电(dian)(dian)(dian)容(rong)器主要性能指标(biao)是(shi)(shi)损耗角正切值(zhi) tgδ(DF)。传统的贵金(jin)属电(dian)(dian)(dian)极（NME）的 C0G 产品 DF 值(zhi)范(fan)围是(shi)(shi)（2.0 ～ 8.0）× 10-4，而技术创新(xin)型(xing)贱金(jin)属电(dian)(dian)(dian)极（BME）的C0G产品DF值(zhi)范(fan)围为(wei) (1.0 ～ 2.5)×10-4，约是(shi)(shi)前者的31～50%。该类产品在(zai)载有T/R模块电(dian)(dian)(dian)路(lu)的GSM、CDMA、无绳电(dian)(dian)(dian)话、蓝牙、GPS系统中低功耗特性较为(wei)显著。较多用于(yu)各种高频电(dian)(dian)(dian)路(lu)，如振荡/同步器、定时器电(dian)(dian)(dian)路(lu)等。

旁路电容的应用问题

嵌入式设计(ji)中，要求 MCU 从耗电量(liang)很(hen)(hen)大的处(chu)理(li)密集型(xing)工作(zuo)模式进入耗电量(liang)很(hen)(hen)少的空闲/休(xiu)眠模式。这些转换很(hen)(hen)容易引起线路(lu)损耗的急剧增(zeng)加，增(zeng)加的速率很(hen)(hen)高，达到 20A/ms 甚至更快(kuai)。

通常(chang)采用旁(pang)路(lu)电(dian)(dian)容来(lai)解决稳压器(qi)无(wu)法适应系统中高(gao)速(su)器(qi)件(jian)(jian)引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)(de)负(fu)载变化，以确保(bao)电(dian)(dian)源输出的(de)(de)(de)(de)稳定(ding)性(xing)及良好的(de)(de)(de)(de)瞬态(tai)响应。旁(pang)路(lu)电(dian)(dian)容是为(wei)本地器(qi)件(jian)(jian)提供能(neng)量的(de)(de)(de)(de)储能(neng)器(qi)件(jian)(jian)，它能(neng)使稳压器(qi)的(de)(de)(de)(de)输出均匀化，降(jiang)低负(fu)载需(xu)求(qiu)。就像小型可充电(dian)(dian)电(dian)(dian)池一样，旁(pang)路(lu)电(dian)(dian)容能(neng)够被充电(dian)(dian)，并向器(qi)件(jian)(jian)进行放电(dian)(dian)。为(wei)尽(jin)量减少阻抗，旁(pang)路(lu)电(dian)(dian)容要尽(jin)量靠近(jin)负(fu)载器(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)供电(dian)(dian)电(dian)(dian)源管脚(jiao)和(he)地管脚(jiao)。这(zhei)能(neng)够很好地防止输入(ru)值过大而导致的(de)(de)(de)(de)地电(dian)(dian)位抬高(gao)和(he)噪声(sheng)。地弹是地连接处在通过大电(dian)(dian)流毛刺时的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)压降(jiang)。

应该明白，大(da)容(rong)(rong)量和(he)小(xiao)容(rong)(rong)量的(de)旁路(lu)电(dian)(dian)容(rong)(rong)都可能(neng)是(shi)(shi)必需的(de)，有的(de)甚至是(shi)(shi)多个陶瓷(ci)电(dian)(dian)容(rong)(rong)和(he)钽电(dian)(dian)容(rong)(rong)。这(zhei)样的(de)组(zu)合能(neng)够解(jie)决上述负载电(dian)(dian)流或许为阶梯变化所(suo)带来的(de)问(wen)题(ti)，而且还能(neng)提供(gong)足(zu)够的(de)去(qu)耦以抑(yi)制(zhi)电(dian)(dian)压和(he)电(dian)(dian)流毛刺(ci)。在负载变化非(fei)常剧烈的(de)情(qing)况(kuang)下，则需要三个或更多不同容(rong)(rong)量的(de)电(dian)(dian)容(rong)(rong)，以保(bao)证在稳压器稳压前提供(gong)足(zu)够的(de)电(dian)(dian)流。快速的(de)瞬态(tai)过(guo)(guo)程由高频小(xiao)容(rong)(rong)量电(dian)(dian)容(rong)(rong)来抑(yi)制(zhi)，中速的(de)瞬态(tai)过(guo)(guo)程由低频大(da)容(rong)(rong)量来抑(yi)制(zhi)，剩下则交(jiao)给稳压器完(wan)成了。

还应记住一(yi)点，稳(wen)压(ya)器也要求电容尽量靠近电压(ya)输出端。

电容的等效串联电阻 ESR

普(pu)遍的(de)观点是：一个等效串联电阻（ESR）很小的(de)相对较大(da)容量(liang)的(de)外(wai)部电容能很好地吸收快速(su)转换(huan)时(shi)的(de)峰值（纹波(bo)）电流。但是，有时(shi)这样的(de)选择容易(yi)引起稳压(ya)器(qi)(qi)（特别是线(xian)性稳压(ya)器(qi)(qi) LDO）的(de)不稳定，所(suo)以(yi)必(bi)须合理(li)选择小容量(liang)和大(da)容量(liang)电容的(de)容值。永远记住，稳压(ya)器(qi)(qi)就是一个放(fang)大(da)器(qi)(qi)，放(fang)大(da)器(qi)(qi)可能出现的(de)各种情况 它都会出现。

由(you)于 DC/DC 转(zhuan)(zhuan)换器(qi)的(de)(de)响应速度(du)相(xiang)对(dui)较慢，输(shu)出去耦电容(rong)(rong)(rong)在负载阶(jie)跃的(de)(de)初始阶(jie)段起主导的(de)(de)作用，因此需要额外大(da)容(rong)(rong)(rong)量的(de)(de)电容(rong)(rong)(rong)来减(jian)缓相(xiang)对(dui)于 DC/DC 转(zhuan)(zhuan)换器(qi)的(de)(de)快速转(zhuan)(zhuan)换，同时用高(gao)频电容(rong)(rong)(rong)减(jian)缓相(xiang)对(dui)于大(da)电容(rong)(rong)(rong)的(de)(de)快速变换。通常，大(da)容(rong)(rong)(rong)量电容(rong)(rong)(rong)的(de)(de)等效串(chuan)联电阻应该选(xuan)择为合适的(de)(de)值(zhi)，以便使(shi)输(shu)出电压的(de)(de)峰值(zhi)和毛刺在器(qi)件的(de)(de) Dasheet 规定(ding)之(zhi)内。

高(gao)频(pin)转(zhuan)(zhuan)换(huan)中，小(xiao)容量电(dian)容在(zai) 0.01μF 到(dao) 0.1μF 量级就能(neng)(neng)很好满(man)足要求。表(biao)贴陶瓷电(dian)容或者多(duo)层陶瓷电(dian)容（MLCC）具(ju)有更小(xiao)的(de) ESR。另(ling)外(wai)，在(zai)这(zhei)些容值下(xia)，它们的(de)体积和 BOM 成(cheng)本都比较合理。如果局部(bu)低(di)频(pin)去耦(ou)不(bu)充分(fen)，则从低(di)频(pin)向(xiang)高(gao)频(pin)转(zhuan)(zhuan)换(huan)时将引起(qi)输入电(dian)压降低(di)。电(dian)压下(xia)降过程可能(neng)(neng)持(chi)续数(shu)毫(hao)秒，时间(jian)长短主(zhu)要取决于稳压器调节增益和提供较大负载电(dian)流的(de)时间(jian)。

用(yong) ESR 大的(de)(de)电容并联(lian)比(bi)用(yong) ESR 恰(qia)好那么低的(de)(de)单(dan)个(ge)电容当然(ran)更(geng)具成(cheng)本(ben)效益。然(ran)而，这(zhei)需要你在 PCB 面积、器件数目与成(cheng)本(ben)之(zhi)间寻求(qiu)折衷。

电解电容的电参数

这里的(de)电(dian)(dian)解电(dian)(dian)容器(qi)主要指铝电(dian)(dian)解电(dian)(dian)容器(qi)，其基本的(de)电(dian)(dian)参数包(bao)括下列五点：

1）电容值

电(dian)(dian)(dian)解(jie)电(dian)(dian)(dian)容器(qi)(qi)的(de)(de)(de)容值，取(qu)决(jue)于在交(jiao)流(liu)电(dian)(dian)(dian)压下工作(zuo)时所(suo)呈现的(de)(de)(de)阻抗(kang)。因此容值，也就是(shi)交(jiao)流(liu)电(dian)(dian)(dian)容值，随着(zhe)工作(zuo)频率、电(dian)(dian)(dian)压以(yi)及测量方法的(de)(de)(de)变(bian)化而变(bian)化。在标准 JISC 5102 规(gui)定(ding)：铝电(dian)(dian)(dian)解(jie)电(dian)(dian)(dian)容的(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)容量的(de)(de)(de)测量条件(jian)是(shi)在频率为(wei) 120Hz，最大交(jiao)流(liu)电(dian)(dian)(dian)压为(wei) 0.5Vrms，DC bias 电(dian)(dian)(dian)压为(wei) 1.5 ～ 2.0V 的(de)(de)(de)条件(jian)下进行。可以(yi)断言，铝电(dian)(dian)(dian)解(jie)电(dian)(dian)(dian)容器(qi)(qi)的(de)(de)(de)容量随频率的(de)(de)(de)增加而减小。

2）损(sun)耗角(jiao)正切值(zhi) Tan δ

在(zai)电容器的(de)等效电路中，串联等效电阻 ESR 同容抗 1/ωC 之比称之为 Tan δ， 这里的(de) ESR 是在(zai) 120Hz 下(xia)计算(suan)获得的(de)值。显然，Tan δ 随着测量频率的(de)增加而变大，随测量温度的(de)下(xia)降(jiang)而增大。

3）阻(zu)抗Z

在特定的(de)频率下(xia)，阻(zu)碍交流(liu)电流(liu)通过的(de)电阻(zu)即为所(suo)谓(wei)的(de)阻(zu)抗（Z）。它与(yu)电容等(deng)效电路中的(de)电容值、电感值密(mi)切相关，且与(yu)ESR也(ye)有关系。

电容(rong)的容(rong)抗（XC）在低(di)频(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)范围内随着频(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)的增(zeng)加(jia)(jia)逐步减小，频(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)继续增(zeng)加(jia)(jia)达到中频(pin)(pin)范围时电抗（XL）降至 ESR 的值。当频(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)达到高频(pin)(pin)范围时感(gan)抗（XL）变为主(zhu)导，所以阻抗是随着频(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)的增(zeng)加(jia)(jia)而增(zeng)加(jia)(jia)。

4）漏电流

电(dian)(dian)容器的(de)介质(zhi)对直流电(dian)(dian)流具有很(hen)大的(de)阻碍作用。然而(er)，由于铝(lv)氧(yang)化(hua)膜(mo)介质(zhi)上浸有电(dian)(dian)解液(ye)，在施加电(dian)(dian)压时(shi)，重新形成的(de)以及修复氧(yang)化(hua)膜(mo)的(de)时(shi)候会(hui)产生一种很(hen)小的(de)称之为漏电(dian)(dian)流的(de)电(dian)(dian)流。通常，漏电(dian)(dian)流会(hui)随(sui)着温度(du)和电(dian)(dian)压的(de)升(sheng)高而(er)增(zeng)大。

电容公式

一个(ge)电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)(qi)，如果带1库的(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)量时两级(ji)间的(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)势差是1伏，这个(ge)电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)(qi)的(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)就是1法拉，即：C=Q/U 。但电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)的(de)大(da)小不是由(you)Q（带电(dian)(dian)(dian)(dian)量）或U（电(dian)(dian)(dian)(dian)压）决定的(de)，即电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)的(de)决定式为(wei)(wei)(wei)：C=εS/4πkd 。其(qi)中，ε是一个(ge)常数(shu)，S为(wei)(wei)(wei)电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)极板的(de)正(zheng)对面(mian)(mian)积(ji)，d为(wei)(wei)(wei)电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)极板的(de)距离(li)，k则是静(jing)电(dian)(dian)(dian)(dian)力常量。常见的(de)平行板电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)(qi)，电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)为(wei)(wei)(wei)C=εS/d（ε为(wei)(wei)(wei)极板间介(jie)质(zhi)的(de)介(jie)电(dian)(dian)(dian)(dian)常数(shu)，S为(wei)(wei)(wei)极板面(mian)(mian)积(ji)，d为(wei)(wei)(wei)极板间的(de)距离(li)）。

电(dian)容(rong)器的(de)电(dian)势能计算公式(shi)：E=CU^2/2=QU/2=Q^2/2C

多电容器(qi)并(bing)联计算公式(shi)：C=C1+C2+C3+…+Cn

多电容器串联计(ji)算公(gong)式：1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn

三(san)电容(rong)器(qi)串联(lian)：C=（C1*C2*C3）/（C1*C2+C2*C3+C1*C3）

（1）容量（法(fa)拉）

英制：C=(0.224×K·A)/ TD

公制：C=(0.0884×K·A)/ TD

（2）电容(rong)器中存(cun)储的能量

1/2CV2

（3）电(dian)容器的线性(xing)充(chong)电(dian)量

I=C(dV/dt)

（4）电容的总阻抗(kang)（欧姆）

Z=√[RS2+(XC–XL)2]

（5）容性电抗（欧(ou)姆(mu)）

XC=1/(2πfC)

（6）相位角(jiao)Ф

理想电容器：超前(qian)当前(qian)电压 90o

理(li)想电感(gan)器：滞后当前电压(ya) 90o

理想(xiang)电阻器：与当前电压的相(xiang)位相(xiang)同

（7）耗散系(xi)数(%)

D.F.=tanδ（损耗角(jiao)）

=ESR/XC

=(2πfC)(ESR)

（8）品质因(yin)素

Q=cotan δ=1/DF

（9）等效(xiao)串联电阻 ESR（欧姆）

ESR=(DF) XC=DF/2πfC

（10）功率消耗

Power Loss=(2πfCV2 ) (DF)

万用表检测电容

用(yong)数字万用(yong)表检测电容器，可按以(yi)下方(fang)法进行。

一、用电容档直接检测(ce)

某些数(shu)字(zi)万用表(biao)具有测量电容的(de)(de)功能，其量程分(fen)为2000p、20n、200n、2μ和20μ五档。测量时(shi)可将已放电的(de)(de)电容两引脚直接插入表(biao)板(ban)上(shang)的(de)(de)Cx插孔，选(xuan)取适当的(de)(de)量程后就可读取显(xian)示数(shu)据(ju)。

2000p档(dang)(dang)，宜(yi)(yi)于测(ce)(ce)量(liang)小于2000pF的(de)(de)电(dian)容；20n档(dang)(dang)，宜(yi)(yi)于测(ce)(ce)量(liang)2000pF至(zhi)20nF之间(jian)的(de)(de)电(dian)容；200n档(dang)(dang)，宜(yi)(yi)于测(ce)(ce)量(liang)20nF至(zhi)200nF之间(jian)的(de)(de)电(dian)容；2μ档(dang)(dang)，宜(yi)(yi)于测(ce)(ce)量(liang)200nF至(zhi)2μF之间(jian)的(de)(de)电(dian)容；20μ档(dang)(dang)，宜(yi)(yi)于测(ce)(ce)量(liang)2μF至(zhi)20μF之间(jian)的(de)(de)电(dian)容。

经验证明，有些型号(hao)的数字万(wan)用(yong)表（例如DT890B+）在测(ce)量(liang)(liang)50pF以下(xia)的小(xiao)容(rong)(rong)(rong)量(liang)(liang)电(dian)容(rong)(rong)(rong)器时(shi)误差较(jiao)大，测(ce)量(liang)(liang)20pF以下(xia)电(dian)容(rong)(rong)(rong)几乎没有参(can)考价值。此时(shi)可采(cai)用(yong)串联法测(ce)量(liang)(liang)小(xiao)值电(dian)容(rong)(rong)(rong)。方法是(shi)：先找(zhao)一只(zhi)220pF左右的电(dian)容(rong)(rong)(rong)，用(yong)数字万(wan)用(yong)表测(ce)出其实际容(rong)(rong)(rong)量(liang)(liang)C1,然后把待(dai)测(ce)小(xiao)电(dian)容(rong)(rong)(rong)与之并联测(ce)出其总容(rong)(rong)(rong)量(liang)(liang)C2，则两(liang)者之差（C1－C2）即是(shi)待(dai)测(ce)小(xiao)电(dian)容(rong)(rong)(rong)的容(rong)(rong)(rong)量(liang)(liang)。用(yong)此法测(ce)量(liang)(liang)1～20pF的小(xiao)容(rong)(rong)(rong)量(liang)(liang)电(dian)容(rong)(rong)(rong)很准确。

二、用电阻档检测

实践证明，利用(yong)数字(zi)(zi)(zi)万用(yong)表(biao)(biao)也(ye)可(ke)观(guan)(guan)察电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)器的(de)(de)充电(dian)(dian)(dian)(dian)过程，这实际(ji)上是以(yi)离(li)散的(de)(de)数字(zi)(zi)(zi)量(liang)(liang)(liang)(liang)反(fan)映充电(dian)(dian)(dian)(dian)电(dian)(dian)(dian)(dian)压的(de)(de)变化情况。设数字(zi)(zi)(zi)万用(yong)表(biao)(biao)的(de)(de)测量(liang)(liang)(liang)(liang)速率为(wei)n次/秒，则在观(guan)(guan)察电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)器的(de)(de)充电(dian)(dian)(dian)(dian)过程中，每(mei)秒钟即可(ke)看到(dao)n个彼此独立且依次增(zeng)大(da)的(de)(de)读数。根据数字(zi)(zi)(zi)万用(yong)表(biao)(biao)的(de)(de)这一显示特点，可(ke)以(yi)检(jian)测电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)器的(de)(de)好坏和估(gu)测电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)大(da)小。下面(mian)介绍的(de)(de)是使用(yong)数字(zi)(zi)(zi)万用(yong)表(biao)(biao)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻档(dang)检(jian)测电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)器的(de)(de)方法(fa)，对(dui)于未设置电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)档(dang)的(de)(de)仪表(biao)(biao)很有实用(yong)价值。此方法(fa)适(shi)用(yong)于测量(liang)(liang)(liang)(liang)0.1μF～几千(qian)微法(fa)的(de)(de)大(da)容(rong)(rong)量(liang)(liang)(liang)(liang)电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)器。

三、用(yong)电压档检(jian)测

用数字万用表直流(liu)电压档检(jian)测电容(rong)器，实(shi)际(ji)上是一(yi)种间接测量(liang)法，此法可测量(liang)220pF～1μF的小(xiao)容(rong)量(liang)电容(rong)器，并且(qie)能(neng)精(jing)确测出电容(rong)器漏电流(liu)的大小(xiao)。

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