最后编辑于: 2009-05-31 17:32 | 分类: 电子 | 标签: 电容 | 浏览数: 1744 | 评论数: 0
本文是来源于我对网上论坛关于电容选择的多篇回帖的搜集整理, 好像来源于几个论坛的帖子, 现在论坛大多落寞, 再加年代久远, 原帖已不可考.
在电路设计过程中, 要用电容来进行滤波. 有时要用电解电容, 有时要陶瓷电容. 有时两种均要用到. 我想问一下: 用电解电容的作用是什么? 用普通陶瓷电容的作用是什么? 如何计算其容量的? 对于电解电容的耐压又该如何选择确定? 哪些情况用电解电容, 哪些情况下用陶瓷电容, 哪些情况下两种均要用?
Q1: 滤波电容范围太广了，这里简单说说电源旁路（去藕）电容。
滤波电容的选择要看你是用在局部电源还是全局电源。对局部电源来说就是要起到瞬态供电的作用。为什么要加电容来供电呢？是因为器件对电流的需求随着驱动的需求快速变化（比如DDR controller），而在高频的范围内讨论，电路的分布参数都要进行考虑。由于分布电感的存在，阻碍了电流的剧烈变化，使得在芯片电源脚上电压降低——也就是形成了噪声。而且，现在的反馈式电源都有一个反应时间——也就是要等到电压波动发生了一段时间（通常是ms或者us级）才会做出调整，对于ns级的电流需求变化来说，这种延迟，也形成了实际的噪声。所以，电容的作用就是要提供一个低感抗（阻抗）的路线，满足电流需求的快速变化。
基于以上的理论，计算电容量就要按照电容能提供电流变化的能量去计算。选择电容的种类，就需要按照它的寄生电感去考虑——也就是寄生电感要小于电源路径的分布电感。
具体的说明在很多书上都有。提供一个参考书:high speed digital design ch8.2.
Q2: 讨论问题必须从本质上出发。首先，可能都知道电容对直流是起隔离作用的，而电感器的作用则相反。所有的都是基于基本原理的。那这时，电容就有了最常见的两个作用。一是用于极间隔离直流，有人也叫作耦合电容，因为它隔离了直流，但要通过交流信号。直流的通 路局限在几级间，这样可以简化工作点很复杂的计算，二是滤波。基本上就是这两种。作为耦合，对电容的数值要求不严，只要其阻抗不要太大，从而对信号衰减过大即可。但对于后者，就要求从滤波器的角度出发来考虑，比如输入端的电源滤波，既要求滤除低频（如有工频引起的）噪声，又要滤除高频噪声，故就需要同时使用大电容和小电容。有人会说，有了大电容，还要小的干什么？这是因为大的电容，由于极板和引脚端大，导致电感也大，故对高频不起作用。而小电容则刚好相反。据此可以确定电容量。而对于耐压，任何时候都必须满足，否则，就会爆炸，即使对于非电解电容，有时不爆炸，其性能也有所下降。讲起来，太多了，先谈这么多。
Q3: 都是滤波的作用，铝电解电容容量比较大，主要用于虑除低频干扰。容量大约为1mA电流对应2～3μf，如过要求高的时候可以1mA对应5～6μf。无极性电容用于滤除高频信号。单独使用的时候大部分是去藕用的。有时可以与电解电容并联使用。陶瓷电容的高频特性比较好，但是在某个频率（大约是6MHz记不太清了）是容量下降的很快。
Q4: 电容的寄生电感主要包括内部结构决定的电感和引线电感。电解电容的寄生电感主要由内部结构决定。印象中铝电解电容在20～30k以上就表现除明显的电感特性。钽电容在1MHz左右。陶瓷电容的高频特性就好很多。但是陶瓷电容有压电效应，不适于音频放大电路的输入和输出。
Q5: 滤波：器件供电时候并一个大容量电容和一个小容量电容，大的滤除低频噪声，小的滤除高频噪声；去耦：串联在电路隔离直流信号，通过交流信号。
Q6: 其实电容除了容量以外还有其他的参数，比如电容的耐压，绝缘阻抗。还有一个重要的参数就是介质损耗角的正切值，这个值的大小与使用电容的频率有关，普通电容的高频损耗值远远小于电解电容，所以一般来说，高频电路中不选用电解电容作为滤波器的。还有一个问题就是一般来说电解电容的容量比较大，薄膜电容的容量比较小，一般微法级以上的电容都是电解电容，薄膜电容即使能做到微法级的以上的话，封装体积就很大了。
Q7: 常见的电容器主要包括铝薄膜电解电容器、钽电解电容器、陶瓷电容器、纸介电容器；其中电解电容器主要用于整流滤波回路，频率不能太高；钽电容器用于集成电路电源滤波，滤除纹波效果明显，纸介电容器价格便宜，容量1PF到千PF都有；陶瓷电容器用得比较多，价格低，容量范围大；
电容器的选择需要从容量、用途、耐压、工作频率几个方面综合考虑。
Q8: 我们是做小信号处理的，当然滤波很重要，滤波分为电源滤波和信号的噪声滤波。在电源滤波当然电容大一点好再加上小电容滤一下更好，电解电容和钽电解电容器容值就做得比较大一些。而小信号滤波还要考虑信号的频率，选择低ESR的陶瓷电容器比较好。
Q9: 最重要的是要熟悉各种电容器的频率特性，然后根据你要滤波的频率范围选择不同的电容，有时需要多个不同种类的电容并联。这种用于滤波的电容不需要做精确运算。
Q10: 通常我们说的通交流隔直流，可以通过这个公式来分析：电路中电容的容抗Xc=1/2πfC ，其中f为信号的频率，C为电容量的大小。那么也就是说，当C不变时，频率越高，容抗Xc越小，那么电流越大，信号越容易通过。那么为什么直流会被隔离呢？直流电平，相当于f=0，这时候容抗Xc=无穷大，相当于开路，信号自然无法传送过去了。当f不变时，C越大，容抗Xc越小，那么电流越大，信号越容易通过。这也就是为什么我们平时在选用电源滤波电容时，用uF级的电容来滤除几十Hz的纹波，而用nF级的电容，来滤除几十kHz的纹波。（uF*10Hz=nF*10kHz）
Q11: 作为50Hz交流电整流的电源滤波电容的容量，可按照8ms内完全由电容放电的电压跌落来计算。
追问: 如果是50Hz的话，应该在20ms内都可以，为什么选择8ms这个确定数字?
回复: 50Hz全波整流，应该10ms一个周期，每个周期考虑2ms由市电提供能量。