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电容（Capacitance）是电子学中的一种基本元件，它能够存储电能。电容的主要功能是存储电荷，当电压施加在电容两端时，它会在两个导体板（或电极）之间积累电荷，一个板积累正电荷，而另一个板积累等量的负电荷。电容的单位是法拉（Farad，符号：F），但实际上，由于法拉是一个非常大的单位，常用的电容单位有微法拉（微法，符号：μF）、纳法拉（纳法，符号：nF）和皮法拉（皮法，符号：pF）。
电容单位：1法拉（F）= 10^3毫法（mF）=10^6微法（μF）=10^9纳法（nF）=10^12皮法（pF）=10^15fF
电容的核心作用
（1）储能作用；（2）滤波作用；（3）隔直通交
储能
电容器也被称为蓄电器，顾名思义，就是通过采用大面积的电极构造以及高电容率的电介质，从而能够蓄积大量电荷。 接通电源施加直流电压，则电流瞬间流向导线，对电容器进行充电；当电极间的电位差与电源电压相等，则电流不再流动，充电结束。充放电过程如下图所示。
知道什么意思就好，公式没必要记太清。
滤波、隔直通交
"阻直流，通交流"是电容器的基本性质。但并非所有交流电都一样通过，通过的阻碍由交流电的频率与电容器的电容量决定。该交流电通过阻碍叫做容抗(XC)。是电容器对交流电的阻抗，单位是欧姆[Ω]。电容器的容抗(XC)以如下公式表示。
记住这个公式和特性！！！很重要！！！
为什么说电容可以滤波？
根据上面的公式我们可以得知，频率f越大，电容的阻抗Z越小。
当低频时，电容C由于阻抗Z比较大，有用信号可以顺利通过；
当高频时，电容C由于阻抗Z已经很小了，相当于把高频噪声短路到GND上去了
电容器的电极被电介质阻隔，施加直流电压后，在充电过程中电流瞬间流过导线，但不会流到电介质的内部。即，电容器具有阻断直流的性质。连接交流电源，则电极板周期性地反复进行充电与放电，电场方向也会相应地发生改变。虽然不是在绝缘体内部出现电子移动，但实际上与流过交流电流相同，因此可视为电容器使交流电流通过。相对于通常的电流（传导电流），我们将该电流称为位移电流。
电容具有如下基本特性：
- 电容两端的电压不能突变；
- 电容通交流，隔直流；
- 电容通高频，阻低频；
- 电容电压滞后于电流；
- 电容刚通电瞬间，相当于短路；
- 电容的容抗随信号频率升高而降低，随信号频率降低而升高。
电容的用途
关于旁路电容、滤波电容、去耦电容的作用与应用原理详解我放在下面了。这里仅是简单说明用途。
1.隔直流
作用是阻止直流通过而让交流通过。
2.旁路（去耦）
为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。
3.耦合
作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路 。
用电容做耦合的元件，是为了将前级信号传递到后一级，并且隔断前一级的直流对后一级的影响，使电路调试简单，性能稳定。
如果不加电容交流信号放大不会改变，只是各级工作点需重新设计，由于前后级影响，调试工作点非常困难，在多级时几乎无法实现。
4.平滑或滤波
将整流以后的脉状波变为接近直流的平滑波，或将纹波及干扰波虑除。
滤波：这个对电路而言很重要，CPU背后的电容基本都是这个作用。
即频率f越大，电容的阻抗Z越小。
当低频时，电容C由于阻抗Z比较大，有用信号可以顺利通过；
当高频时，电容C由于阻抗Z已经很小了，相当于把高频噪声短路到GND上去了
5.温度补偿
针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响，而进行补偿，改善电路的稳定性。
分析：由于定时电容的容量决定了行振荡器的振荡频率，所以要求定时电容的容量非常稳定，不随环境湿度变化而变化，这样才能使行振荡器的振荡频率稳定。因此采用正、负温度系数的电容释联，进行温度互补。
当工作温度升高时，Cl的容量在增大，而C2的容量在减小，两只电容并联后的总容量为两只电容容量之和，由于一个容量在增大而另一个在减小，所以总容量基本不变。
同理，在温度降低时，一个电容的容量在减小而另一个在增大，总的容量基本不变，稳定了振荡频率，实现温度补偿目的。
6.计时
电容和电阻配合使用，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。
7.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。
8.整流
在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。
9.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。
10.浪涌电压保护
开关频率很高的现代功率半导体器件易受潜在的损害性电压尖峰脉冲的影响。跨接在功率半导体器件两端的浪涌电压保护电容器通过吸收电压脉冲限制了峰值电压，从而对半导体器件起到了保护作用，使得浪涌电压保护电容器成为功率元件库中的重要一员。
半导体器件的额定电压和电流值及其开关频率左右着浪涌电压保护电容器的选择。由于这些电容器承受着很陡的 dv/dt 值，因此，对于这种应用而言，薄膜电容器是恰当之选。不能仅根据电容值 / 电压值来选择电容器。在选择浪涌电压保护电容器时，还应考虑所需的 dv/dt 值。
11. EMI/RFI 抑制
这些电容器连接在电源的输入端，以减轻由半导体所产生的电磁或无线电干扰。由于直接与主输入线相连，这些电容器易遭受到破坏性的过压和瞬态电压。采用塑膜技术的 X- 级和 Y- 级电容器提供了最为廉价的抑制方法之一。抑制电容器的阻抗随着频率的增加而减小，允许高频电流通过电容器。 X 电容器在线路之间对此电流提供“短路”， Y 电容器则在线路与接地设备之间对此电流提供“短路”。
12.控制和逻辑电路
各类电容器均可能被应用于电源控制电路中。除非是在恶劣环境条件的要求，否则这些电容器的选择一般都是低电压低损耗的通用型元件。
整流电路的输出电压不是纯粹的直流，从示波器观察整流电路的输出，与直流相差很大，波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。为获得比较理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电抗性元件（如电容、电感）组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。
即频率f越大，电容的阻抗Z越小。当低频时，电容C由于阻抗Z比较大，有用信号可以顺利通过；当高频时，电容C由于阻抗Z已经很小了，相当于把高频噪声短路到GND上去了。
旁路电容、去耦电容、旁路电容、滤波电容的作用与应用原理详解
这种玩意就是乍一看很简单，“旁路电容我知道啊！不就是在输出端并联一个电容，然后过滤掉不需要的频率信号嘛！”但详细问起来“为什么、具体是什么”时候就老实答不上来了。所以还是在这花点篇幅讲解一下吧。
先有几个概念吧
- 连接在不同电路中的电容，有着不同的名字；
- 连接在同一个电路中的同一个电容，其名字也不尽相同；
- 在某个电路中的某个电容，其发挥的作用可能有多种，那么其名字也可能有多种叫法；
- 不同国家地区的人，对电容的习惯叫法也不同。
总之，上述对这些电容的命名分类，主要依据电容在电路中发挥的主要作用以及人们的习惯叫法来分的，所以并不十分严格，我们也不必死扣各种电容的叫法，哪怕把电容的名字称呼错了，也无妨，只要知其原理、会应用即可。
耦合电容
耦合，在电子学中，表示将能量从一个电路传输（传递）到另一个电路。如通过发光二极管可以把光能传递给光敏三极管、通过一个电感可以把磁能传递给另一个电感、通过一个电容可以把电能从电容的一端传递到电容的另一端，以上能量的传递，皆可称为耦合。
电容耦合：通过电容将交流信号的能量从一个电路传递到另一个电路。这是一种能量耦合方式，其他的能量耦合方式还有电感耦合、光耦耦合、导线耦合等耦合方式。
耦合电容：将交流信号的能量从一个电路传递到另一个电路的电容。
作用：
利用电容通交流，隔直流；通高频，阻低频的基本特性，我们将电容串联在电路的前后级中间，那么，串联在前级电路与后级电路中间的耦合电容，可以将我们需要的交流信号从前级电路近似无衰减地耦合到后级电路，将我们不需要的直流信号进行去耦（隔断）。
如果在我们需要的交流信号（有用信号）中叠加了我们不需要的交流信号（噪声信号）时，参数得当的耦合电容，可以对低于有用信号频率的低频噪声进行阻碍衰减，降低干扰（无法消除）；而对于高于有用信号频率的高频噪声，耦合电容无法对其进行有效阻碍和衰减；要想消除干扰，需要在耦合电容的前级电路或后级电路中加入适当的滤波电路（比如高通、低通以及带通等）
在上图中，运放输出端为前级电路，扬声器为后级电路，电容C7串接在前后级之间，起到隔断偏置直流信号，耦合交流音频信号的目的。人耳能听到的声音频率在20Hz~20KHZ之间，根据式1-1，可计算出音频通过C7的阻抗为7.96Ω~0.008Ω。可见，音频信号频率越低，耦合电容阻抗就越高，衰减就越大；音频信号频率越高，耦合电容阻抗就越低，衰减就越小。
旁路电容（Bypass Capacitor）与去耦电容（Decoupling Capacitor）
旁路与去耦的含义
Bypass，译为旁路、绕过、避开。
Decoupling，译为去耦、解耦、退耦。
旁路，在电子学中，表示提供一个比原来传输路径阻抗更低的新路径，让能量绕开原来的高阻抗路径，从新的低阻抗路径传输。
去耦，在电子学中，表示不让能量通过一个电路传递到另一个电路。
起旁路作用的电容我们称之为旁路电容，起去耦作用的电容我们称之为去耦电容。
旁路与去耦的异同
我们比较一下旁路和去耦的异同，相同点是：都表示阻止不期望的信号从一个电路传输到另一个电路。不同点是：旁路，有低阻抗的新路可走，就不走高阻抗的老路了，所以，不期望的信号另走他路了，阻断其向后级传输；去耦，老路阻抗无穷大，走不通，又无新路可走，不期望的信号被直接阻断。
其实旁路和去耦意思近似，都表示滤除不期望的信号。所以，很多国内外文献资料对旁路和去耦的概念没有严格区分，去耦和旁路的称谓可以互换，去耦可被称为旁路，旁路又可被称为去耦，随人们的习惯而已。因为它们的本质都是“不让能量通过一个电路传递到另一个电路”。
以这张图为例子，站在IC2角度，当IC1的输出信号传输到IC2系统中时，为防止IC1在工作中产生的高频干扰输入到IC2中，所以放置了电容C3来滤除干扰，因此对于IC2来说C3是旁路电容。但此时如果再次站在IC1的角度，它不希望干扰耦合到IC2，C3此时又可以称为去耦电容。
总结C1、C2、C3如下：
是不是感觉两者没有区别了？分析的角度不同，电容的叫法就会不同。所以具体叫什么不重要，能够解决问题才是关键。
有人是这样区分旁路和去耦的：“对于同一个电路来说，旁路（bypass）电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦（decoupling，也称退耦）电容是把输出信号的干扰作为滤除对象。” 对于此种说法，不必采信，不然，会把你绕晕的。比如LDO芯片电源输入脚的电容我们习惯叫旁路电容，而单片机电源输入脚的电容我们习惯叫去耦电容；另外，同一个电容，有时候既能滤除前级输入的干扰，又能滤除后级反向输入的干扰，那该怎么叫？现在，你是不是觉得有点晕？笔者认为，既然要严格区分旁路和去耦的话，就按如下规则区分：直接阻断不期望的信号叫去耦，通过低阻抗路径滤除不期望的信号以达到阻断原来路径的目的叫旁路。
在本文中我们称旁路电容或去耦电容均可。
去耦（旁路）电容的作用
利用电容通交流，隔直流；通高频，阻低频的基本特性，我们将电容靠近后级电路并与之并联（如上图所示），那么，这个并联的电容，就是去耦（旁路）电容，其主要作用如下三点：
（1）旁路前级电路输入的高频交流信号（噪声），阻碍其传输到后级电路，让直流或低频信号通过，起到去耦噪声，滤除干扰的目的。
（2）旁路后级电路反向输出的高频交流噪声（电源和地噪声），阻碍其传输到前级电路，起到去耦电源和地噪声，滤除干扰的目的。其原理如下：
如果前级供电路径的ESR和ESL较大，当而后级负载电路用电电流变化的时间快和变化的幅值较大时，即△i/△t 结果越大时，前级供电路径的等效阻抗Z就越大，就无法满足后级负载的高频突变电流之用电需求，从而导致在负载的电源输入端产生轨道塌陷（电源噪声）以及在负载的地输出端产生地弹（地噪声），既造成负载本身无法正常工作，又使负载的电源噪声和地噪声通过后级电路反向传输到前级网络，给整个电路造成电磁干扰。
紧靠负载并与之并联的去耦电容，缩短了与负载电源和地之间的路径，减小了ESR和ESL，等效阻抗Z就随之减小，去耦电容存储的电荷就能实时满足负载的高频突变电流之需求，就不会产生电源噪声和地噪声，从而提高电源完整性，保证负载正常工作，并抑制电磁干扰。
（3）为后级电路储能稳压。当前级电路出现电压暂降、短时中断以及电压渐变时，由该电容上存储的电荷继续为后级电路供电，起到稳定电压的作用；另一方面，正是由于该电容具有储能的作用，才能满足后级电路的瞬时突变电流之用电需求，原理和上述第（2）条相同。
由此可见，去耦电容具有去耦、旁路及储能作用。
举几个栗子：
上图中的输入电容，我们习惯称之为旁路电容（也可叫去耦电容），既能滤除来自电源输入端的交流噪声，又能滤除来自芯片内部反向输出（倒灌）的电源噪声，同时也为芯片储能。
上图中的输出电容，我们习惯称之为滤波稳压电容（也可叫去耦电容），起到平滑输出纹波，稳定电压的作用，同时为后级电路存储能量，以满足后级电路的瞬时突变电流之用电需求。
上图中的电容作用如下：
C1：习惯称之为交流耦合电容，又可称之为直流去耦电容；其其作用是通交流，隔直流；
C5、C3、C4、C6：习惯称之为旁路电容，又可称之为去耦电容。C5、C6 Bulk电容滤低频噪声，同时存储较多的能量；C3、C4小电容滤高频噪声，同时存储较少的能量。
C2：习惯称之为交流耦合电容，又可称之为直流去耦电容，形成交流负反馈电路，从而放大交流信号。
C7：RC Snubber电路中的缓冲吸收电容，用它来降低谐振频率，降低谐振Q值，降低振荡电压，起到稳定频率，抑止高频谐振，吸收瞬态尖峰电压的作用。
滤波电容
滤波，通俗来讲就是对波形进行过滤和选择。一个波形是由一种或多种频率成分构成的（由傅里叶级数展开可知），滤波就是去除其中某些频率成分，不让其通过，保留某些频率成分并让其通过。
在电源网络中的滤波电容我们习惯称之为滤波稳压电容，例如整流电压输出滤波、开关电源输出滤波、LDO调节器输出滤波等。
在信号网络中的滤波电容我们习惯称之为滤波选频电容，例如低通滤波、高通滤波、带通滤波、带阻滤波等。
滤波电容应用举例
上图中的滤波电容，主要作用是将整流二极管输出的单向脉动直流电压进行平滑滤波，使电压更稳定，同时存储能量，以满足后级负载实时瞬态用电需求。
上图中的滤波电容，主要作用如下三点：
①平滑电感输出的脉动直流电压，滤除纹波，使电压更稳定。
②为调节器提供一个稳定的Feedback回路，抑制反馈噪声，使调节器根据负载变化做出的调节响应更实时、更精准，使输出电压更加平稳、精准。
③存储能量，实时满足后级负载瞬态用电需求。
上图中的输出电容就是滤波电容，其主要作用是平滑调节器输出纹波、滤除交流噪声、稳定电压，同时为后级电路存储能量，满足后级负载突变电流用电需求。LDO内部根据输出电压的变化实时动态调节输出，以满足负载用电需求，所以内部也会产生细小纹波，通过输出电容将其平滑、滤除，从而稳定电压。
电容的分类
三种常见的电容，各有优缺点，实际运用中结合需求选择。
电解电容容值可以做的很大，我们看很多板子电源部分都有好多大电容，那玩意就是用来滤波和去耦的。
钽电容耐压弱，不能承受大电压，小心电光闪烁。
陶瓷电容就是最常用的，无极性而且对高频抑制效果特别好，但就是受外力容易失效而且有温漂效应，温漂图看下下图。
下图主要是陶瓷电容的特性，以前常用的是MLCC<Y5V>材质的电容，就是图中绿色曲线，我们可以看到其收温度影响特别大，在80度温度时候，变化率高达-60，也就是10uf的电容实际容值只有6uf。
贴片电容
主要特点包括：
1、体积小、重量轻：贴片电容比通孔电容体积小，有利于电子设备的小型化和轻量化。
2、高频特性好：贴片电容在高频应用中性能更优，因为它们的物理结构有助于减少寄生效应。
3、自动化装配：贴片电容适用于自动化装配线，可以提高生产效率和一致性。
4、类型多样：贴片电容有多种类型，包括陶瓷电容、钽电容、聚脂电容等，每种类型都有其特定的应用和性能特点。
5、温度特性：贴片电容的温度特性可能会影响其电容值，这在设计电路时需要考虑。
瓷片电容
瓷片电容（Ceramic Capacitor）是一种使用陶瓷材料作为电介质的电容器。它们是非极性的，这意味着可以在电路中任意方向安装。瓷片电容因其稳定性、紧凑的尺寸和低成本而广泛应用于电子设备中。
瓷片电容的主要特点包括：
- 体积小、重量轻：瓷片电容具有较小的体积和重量，适合表面贴装技术（SMT）和紧凑的电路设计。
- 高稳定性：高品质的瓷片电容具有很高的温度和频率稳定性，适用于要求严格的电路。
- 多种电容值：瓷片电容提供广泛的电容值范围，以满足不同的电路设计需求。
- 非极性：瓷片电容不区分正负极，可以安全地用于直流（DC）和交流（AC）电路。
- 温度特性：瓷片电容的温度特性通常分为不同的等级，如X7R、X5R、Y5V等，不同的等级有不同的电容值随温度变化的行为。
- 高频性能：瓷片电容具有良好的高频性能，适用于高频滤波和耦合应用。
电解电容
电解电容（Electrolytic Capacitor）是一种极性电容，它使用电解液（通常是液态或固态的电解质）作为电介质。电解电容通常有一个正极和一个负极，因此在电路中安装时必须注意极性，不能接错。
电解电容的主要特点包括：
1、高电容值：电解电容能够提供比陶瓷电容更高的电容值，范围可以从微法拉（μF）到法拉（F）。
2、极性：电解电容是极性的，正极和负极之间有明显的区分。如果极性接反，电容可能会损坏甚至爆炸。
3、电压额定值：电解电容有不同的电压额定值，选择时必须确保电容的额定电压高于电路中的工作电压。
4、泄漏电流：电解电容存在一定的泄漏电流，这是由于电解质的特性造成的。
5、温度特性：电解电容的电容值随温度变化较大，且温度过高可能会导致电容性能下降甚至失效。
6、体积和重量：相比陶瓷电容，电解电容的体积和重量通常较大，但随着技术的发展，小型化的电解电容也被广泛使用。
7、应用范围：电解电容广泛应用于电源滤波、能量存储、耦合和去耦等应用。
- Author:黄光灿
- URL:guangcan.icu/article/10b698a0-fad5-80d0-b5f2-f2cb61bf9ee2
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