一文解读电容那些你必须知晓的事儿
时间：2022-06-27 15:30:00
电容器很小，但它是电路设计中不可或缺的组件之一。电容器在旁路、去耦、滤波、储能等不同电路中起着不同的作用；在完成振荡、同步和时间常数的作用……让我们一起去了解一下吧？
隔直流：其作用是防止直流通过，让交流通过。
旁路(去耦):为交流电路中的一些并联元件提供低阻抗通路。
旁路电容：旁路电容器，又称退耦电容器，是为某个装置提供能量的储能装置。
它利用了电容器的频率阻抗特性理想电容器的频率特性随着频率的增加而降低，就像一个池塘，可以均匀输出输出电压，减少负载电压的波动。
旁路电容应尽可能靠近负载装置的电源管脚和地管脚，这是阻抗要求。
在画PCB特别要注意的是，只有靠近某个组件时，才能抑制电压或其它输电信号过大引起的地电位升高和噪声。
说白了就是通过电容将直流电源中的交流重量耦合到电源地，净化直流电源。如图所示C1是旁路电容，画画时尽量靠近IC1。
图C1
去耦电容：去耦电容器是将输出信号的干扰作为过滤对象。去耦电容器相当于电池，利用其充放电，使放大后的信号不会受到电流突变的干扰。其容量取决于信号的频率和抑制波纹的程度。去耦电容器起到电池的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互耦合干扰。旁路电容器实际上是去耦的，但旁路电容器一般是指高频旁路，即提高高频开关噪声的低阻抗泄漏方式。高频旁路电容器一般相对较小，一般根据谐振频率取 0.1F、0.01F 等等。去耦电容的容量一般较大，可能是 10F 或更大，根据电路中的分布参数和驱动电流的变化来确定。如图所示C3为去耦电容
图C3
它们之间的区别：旁路是过滤输入信号中的干扰，而去耦是过滤输出信号的干扰，以防止干扰信号返回电源。
耦合：交流信号作为两个电路之间的连接，可以通过并传输到下一个电路 。
使用电容器作为耦合元件，将前级信号传输到后级，隔断前级直流对后级的影响，使电路调试简单，性能稳定。如果不扩大电容交流信号，则不会改变，但各级工作点需要重新设计。由于前后级的影响，调试工作点非常困难，几乎无法实现多级。
滤波：这对电路非常重要，CPU背后的电容基本都是这样。
即频率f电容器的阻抗越大Z越小。低频时，电容C由于阻抗Z比较大，有用信号可以顺利通过；高频时，电容C由于阻抗Z它很小，相当于短路高频噪声GND上去了。
滤波作用：电容越大，阻抗越小，通过频率越高。
电解电容一般超过 1uF ，电感成分很大，所以频率高后阻抗会很大。
我们经常看到，有时我们会看到一个电容量大的电解电容器并联一个小电容器。事实上，大电容器通过低频和小电容器通过高频，从而充分过滤高频和低频。
电容器频率越高，衰减越大。电容器就像一个池塘。几滴水不足以引起很大的变化。换句话说，当电压波动不大时，电压可以缓冲，如图所示C2：
图C2
温度补偿：补偿其他部件对温度适应性不足的影响，提高电路稳定性。
分析：由于定时电容的容量决定了振荡器的振荡频率，因此定时电容的容量非常稳定，不会随环境湿度而变化，从而稳定振荡器的振荡频率。
因此，采用正负温度系数的电容释联来补充温度。
当工作温度升高时，Cl容量在增加，而C2的容量在减小，两个电容并联后的总容量是两个电容之和，因为一个容量在增加，另一个容量在减少，所以总容量基本不变。
同样，当温度下降时，一个电容量下降，另一个电容量增加，总容量基本不变，稳定振荡频率，达到温度补偿的目的。
计时：电容器与电阻器一起使用，以确定电路的时间常数。
输入信号由低向高跳变时，经过缓冲1后输入RC电路。
电容充电的特性使B点的信号并不会跟随输入信号立即跳变，而是有一个逐渐变大的过程。
当变大到一定程度时，缓冲2翻转，在输出端得到了一个延迟的由低向高的跳变。
时间常数：以常见的 RC 串联构成积分电路为例，当输入信号电压加在输入端时，电容上的电压逐渐上升。
而其充电电流则随着电压的上升而减小，电阻R和电容C串联接入输入信号VI，由电容C输出信号V0，当RC (τ)数值与输入方波宽度tW之间满足：τ》》tW，这种电路称为积分电路。
调谐：对与频率相关的电路进行系统调谐，比如手机、收音机、电视机。
变容二极管的调谐电路
因为lc调谐的振荡电路的谐振频率是lc的函数，我们发现振荡电路的最大与最小谐振频率之比随着电容比的平方根变化。
此处电容比是指反偏电压最小时的电容与反偏电压最大时的电容之比。
因而，电路的调谐特征曲线（偏压一谐振频率）基本上是一条抛物线。
整流：在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。
储能：储存电能，用于必须要的时候释放。
例如相机闪光灯，加热设备等等．（如今某些电容的储能水平己经接近锂电池的水准，一个电容储存的电能可以供一个手机使用一天。
一般地，电解电容都会有储能的作用，对于专门的储能作用的电容，电容储能的机理为双电层电容以及法拉第电容。
其主要形式为超级电容储能，其中超级电容器是利用双电层原理的电容器。
当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷。
在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场。
这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。
