3.电容

电容特性：通交流阻直流，通高频阻低频！

电容在大家平时的电路设计中是不可缺少的，但是很多的人都会进入一个电容使用的误区，就是电容的容值越大越好，滤波效果越好。其实并不是这样的，简单的说，就是大容值电容滤低频噪声，小容值电容滤高频噪声。

电容的工作的实质是充电和放电的过程。以电容不存储任何电量为初始状态，大容值的电容在电路中达到与电路中的电压平衡需要充入的电荷量就要多，就需要更长的时间，低频噪声能够满足其时间上的要求，但如果放在高频率噪声的电路中，频率高，大容值电容的充放电反应不过来，达不到滤波的目的，这时候就要采用小容值的电容。小容值的电容，充放电时间短，能够满足滤波的目的。总之，滤波的频率随电容值的增大而减少。所以在使用时要根据自己的电路的需要选取合适的容值，达到想要的滤波目的，又减少了成本。

在电路中最常见到的电容使用方法是“去耦电容”和“旁路电容”。作为无源元件之一的电容，其作用不外乎以下几种：

1、应用于电源电路，实现旁路、去藕、滤波和储能方面电容的作用，下面分类详述之：

① 滤波

滤波是电容的作用中很重要的一部分。几乎所有的电源电路中都会用到。从理论上(即假设电容为纯电容)说，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。但实际上超过1uF 的电容大多为电解电容，有很大的电感成份，所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容，这时大电容通低频，小电容通高频。电容越大低频越容易通过，电容越小高频越容易通过。

以上图为例：C5将滤除前一级U2输出中的低频成分、C7滤除其高频成分，C3、C4类似。

曾有网友将滤波电容比作“水塘”。由于电容的两端电压不会突变，由此可知，信号频率越高则衰减越大，可很形象的说电容像个水塘，不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。 电容把电压的变动转化为电流的变化，频率越高，峰值电流就越大，从而缓冲了电压。注：滤波就是充电，放电的过程。

② 旁路

旁路电容一般接在信号端与地之间，主要功能是产生一个交流分路，从而消去进入易感区的那些不需要的能量。

旁路电容一般作为高频旁路器件来减小对电源模块的瞬态电流需求。通常铝电解电容和钽电容比较适合作旁路电容，其电容值取决于PCB 板上的瞬态电流需求，一般在10 至470μF 范围内。若PCB 板上有许多集成电路、高速开关电路和具有长引线的电源，则应选择大容量的电容。旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。就像小型可充电电池一样，旁路被充电，并向器件进行放电。

注：为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好地防止输入值过大而导致地电位抬高和噪声。

③ 去藕

去耦电容实际上是根据电容的使用的实际效果来命名的，一般接在电源线和地线之间，起作用主要有两方面：滤波作用和蓄能作用。

具体的作用结合以下几点来解释：

1、当电源引进电路时，电源的电压不是恒定的，是处在一个相对稳定的状态，其中带有很多的噪声，如果让这些噪声进入到电路中就会对电路造成影响，特别是对电压敏感的器件对电路电压的稳定性要求更高，以及有用到作为参考电压的一端，影响其精确性，所以加电容能能保证电路的线性关系。（简单的理解就是电压多了我就吸收，少了我就补充，保持在一个平衡的状态）

2、有源器件在开关时产生高频的开关噪声，将会沿着电源线传播，这时电容提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在电源线的传播，并将噪声接引到地。

3、在空间中存在很多的电磁波，往往会干扰到芯片工作的稳定性，芯片周围的去耦电容能够很好的滤除这些干扰，从另一方面说，高频电路中，导线产生的电感效应对电流的阻碍作用是很大的，会导致电流不足，如果器件在这时候刚好就需要足够的电流驱动，就不能及时供给，这时，去耦电容中储存的能量就能及时的补充这些不足，保证器件正常的工作。

注：在电路电路中，去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用，电容所处的位置不同，就是称呼的不一样，旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源，这是他们的本质区别。

④ 储能

储能型电容器通过整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。电压额定值为40～450VDC、电容值在220～150 000uF之间的铝电解电容器(如EPCOS公司的 B43504或B43505)是较为常用的。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其组合的形式， 对于功率级超过10KW的电源，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。

2、应用于信号电路，主要完成耦合、振荡/同步及时间常数的作用：

① 耦合

举个例子来讲，晶体管放大器发射极有一个自给偏压电阻，它同时又使信号产生压降反馈到输入端形成了输入输出信号耦合，这个电阻就是产生了耦合的元件，如果在这个电阻两端并联一个电容，由于适当容量的电容器对交流信号较小的阻抗,这样就减小了电阻产生的耦合效应，故称此电容为去耦电容。

② 振荡/同步

包括RC、LC振荡器及晶体的负载电容都属于这一范畴。

③ 时间常数

这就是常见的 R、C 串联构成的积分电路。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。电流通过电阻®、电容©的特性通过下面的公式描述：

常用电容的特点和应用场合

3.1 多层陶瓷（MLCC）

优点：具有小型、ESR和ESL低、工作温度范围宽的优点

缺点：根据所用的电介质材料，容值可能随温度和交直流偏置发生较大的变化，因为许多MLCC的电介质材料具有压电效应，震动或机械冲击可能会转化为电容上的交流电压噪声，通常噪声在微伏范围，极端情况下可到毫伏级。

应用：通常用作旁路电容的首选，但在VCO、PLL、RF PA以及微软模拟信号链等应用中对电源轨上的噪声非常敏感，这种噪声在VCO和PLL中表现为相位噪声，在RF PA中为载波振幅调制，在EEG、超声波和CAT扫描前置放大器等信号链中噪声会在仪器的输出中出现杂散噪音，因此在这些应用中需仔细评估MLCC。

3.2 钽电容

优点：单位体积容量最大（CV乘积），在1μF范围内，MLCC仍然更小且ESR更低，但是钽电容不太会收到温度、偏置电压或震动的影响

缺点：价格比MLCC贵好多倍，承受浪涌电流的能力也很差，但是使用导电聚合物电介质代替普通二氧化锰的新型钽电容不受浪涌电流的限制且ESR更低，相应的价格更高。

应用场合：代替铝电解电容的小型化、低浪涌型设备

3.3 铝电解电容

优点：容量大、耐浪涌电流能力强

缺点：温度和交流特性差，漏电流大

应用场合：主要用于电源输入和输出储能电容

3.4 POSCAP电容

构造基本上与普通钽电解电容器相同，最大的不同是电解质采用了导电性高分子材料。

优点：由于电解质不含氧原子，发生短路时与使用二氧化锰电解质的电容器相比POSCAP不易燃烧，具有更高的安全性，高导电性实现了低ESR和低阻抗，与同等容量的其它电容器相比阻抗为1/3~1/10，因导电性高分子电解质的电导受温度影响小，因而，ESR基本上不受温度影响，电解质被高分子固化，因而具有长的寿命，具有卓越的自愈能力降低了短路因素，实现了在过冲击电流下的高可靠性，耐冲击电流保证至20A，耐热性高，可以达到无铅化回流焊的温度要求。

缺点：同同它的优点一样明显，贵，另外耐压比较低，一般最高耐压35V

应用场合：笔记本主板，工控机主板以及开关电源中，个人非常喜欢的一款电容

大电容用来稳定输出，众所周知电容两端电压不能突变，因此可以使输出平缓。

小电容用于滤波高频干扰，使输出电压纯净。

大电容，负载越重，吸收电流的能力越强，这个大电容的容量就要越大

小电容，凭经验一般104即可

电容对地滤波，需要一个较小的电容并联对地，对高频信号提供了一个对地通路。

电源滤波中电容对地脚要尽可能靠近地

理论上说电源滤波用电容越大越好，一般大电容滤低频波,小电容滤高频波。

可靠的做法是将一大一小两个电容并联,一般要求相差两个数量级以上,以获得更大的滤波频段.

牛角型铝电解电容器型号有：

CD29：中高压、宽温度（105℃，1000H）

CD291：中高压、标准品（85℃，1000H）

CD292：中高压、四端子焊针式、标准品（85℃，1000H）

CD293:中高压、标准品（-25～+85℃，1000H）

CD294：电压跨度大，大容量、宽温度（105℃，2000H）

CD295：体积比CD293小20~40%（85℃，2000H）

CD296：宽温度（105℃，3000H）

CD297：（85℃，3000H）

螺栓型电解电容有：

CD92:低压大容量，损耗小，低漏电，小体积，耐高纹波电流（85℃，1000H）

CD92H：低压大容量，损耗小，低漏电，小体积，耐高纹波电流，宽温度（105℃，1000H）

CD92L：耐高纹波电流，超低阻抗（85℃，2000H）

CD13N：高压大容量，耐高纹波电流（85℃，2000H）

CD13NH：高压大容量（105℃，2000H）

CD13L：中高压大容量，耐高纹波电流，宽温度（85℃，5000H）

CD98SK：储能高纹波，大容量（85℃，3000H）

4.电感

一、电感的定义：

电感是导线内通过交流电流时，在导线的内部及其周围产生交变磁通，导线的磁通量与生产此磁通的电流之比。

当电感中通过直流电流时，其周围只呈现固定的磁力线，不随时间而变化；可是当在线圈中通过交流电流时，其周围将呈现出随时间而变化的磁力线。根据法拉弟电磁感应定律——磁生电来分析，变化的磁力线在线圈两端会产生感应电势，此感应电势相当于一个“新电源”。当形成闭合回路时，此感应电势就要产生感应电流。由楞次定律知道感应电流所产生的磁力线总量要力图阻止原来磁力线的变化的。由于原来磁力线变化来源于外加交变电源的变化，故从客观效果看，电感线圈有阻止交流电路中电流变化的特性。电感线圈有与力学中的惯性相类似的特性，在电学上取名为“自感应”，通常在拉开闸刀开关或接通闸刀开关的瞬间，会发生火花，这就是自感现象产生很高的感应电势所造成的。

总之，当电感线圈接到交流电源上时，线圈内部的磁力线将随电流的交变而时刻在变化着，致使线圈不断产生电磁感应。这种因线圈本身电流的变化而产生的电动势 ，称为“自感电动势”。

由此可见，电感量只是一个与线圈的圈数、大小形状和介质有关的一个参量，它是电感线圈惯性的量度而与外加电流无关。

二、电感的作用

基本作用：滤波、振荡、延迟、陷波、储能、互感等

形象说法：通直流，阻交流

细化解说：在电子线路中，电感线圈对交流有限流作用，它与电阻器或电容器能组成高通或低通滤波器、移相电路及谐振电路等；变压器可以 进行交流耦合、变压、变流和阻抗变换等。

三、电感的应用

电感元件产生电动势总是组织线圈中的电流变化的，故电感元件对电流有阻力作用，阻力的大小用感抗XL来衡量。感抗XL与交流电的频率及电感量的大小有关。感抗的这种关系可用下式表示，即：

从上式可以看出，电感元件在低频时XL较小，通过直流电时，由于f=0，故XL=0，仅线圈直流电阻起作用，因此电阻很小，近似电感元件短路。所以，电感元件在直流电路中一般不用其感抗性能当电感元件，在高频下工作时，XL很大，近似开路。电感元件的这种特性与电容器正好相反，所以利用电感、电容就可组成各种高频、低频滤波器、调谐回路、选频电路、振荡回路、延迟回路及阻流器等，在电路中发挥着重要作用。

下面举出一些电感元件在电路中的应用实例。

分频网络

左图是音响电路的分频电路图。电感线圈L1和L2为空心密绕线圈，它们与C1、C2组成分频网络，对高低音进行分频，以改善放音效果。

滤波电路

右图是电子管扩音机的电源滤波电路图。图中L为插有硅钢片的铁心线圈，又称为低频扼流圈。它在电路中的作用是阻止参与交流电通过，而仅让直流电通过。

3. 选频与阻流

下图所示电路是单管半导体收音机电路。其中VT，为高频半导体管，它是用来进行放大的L1为天线线圈，它在磁棒上用多股导线绕制而成的。L1与C1、C2组成并联谐振电路，对磁棒天线接收到的无线电信号进行选频，选出的信号由L1感应到L2，由VT1进行放大，放大了的信号送到L3，L3为一固定电感器，它的电感量为3mH，其作用是利用感抗阻止高频信号进入耳机，而只让音频信号通过，因此把L3称为高频阻流圈。L3对500kHz高频信号的感抗很大，而L3对10kHz低频信号的感抗很小，只有音频信号可以通畅地经过L3到达耳机，从而使我们可以听到电台的播音。

4. 与电容器组成振荡回路

下图所示电路是超外差半导体收音机中的变频器电路。L4为振荡线圈，它与C1b组成本机振荡回路，L3为反馈线圈。本机振荡的信号由C2传送入VT1发射极，与由L1、C1a选择出来的广播信号在VT1内进行混频，混频后的信号从集电极输出，并由中频变压器T2检出465kHz中频信号送往中频放大器。

5. 补偿电路

利用电感器的感抗随频率变化的特性，可进行频率补偿。下图是某电视机的视放电路，某高频补偿电路由L15、L16与VT15的集电极负载R80串联，使总的负载阻抗为Z=R80+XL16，频率越高，感抗XL16越大，使高频增益增大。同时L16与显像管的输入电容和分布电容形成并联谐振。选取合适的L16值，使其谐振在放大器增益衰减的频率上，可以提高谐振点上的增益。L15串联在VT15与显像管阴极之间，当频率增加时，感抗XL15增大，使R80与XL15的并联阻抗增大，即高频负载电阻增加，也会起到提高高频增益的作用。

6. 延迟作用

电感线圈在电路中还可起到延迟作用，使输出的信号与输入的信号基本不变，而只使输出延迟一段时间，即信号的幅度不变，而仅相位发生变化。

下图所示电路是彩色电视机亮度延迟线的典型应用电路，其中DL301为亮度延迟线。亮度延迟线为特殊的电感器件，它的电感量由延迟时间和信号频率确定

为了保证彩色电视信号中的亮度信号与色度信号叠加同步，亮度延迟线会将亮度信号延迟0.6us。

附：电感线圈与变压器的区别

选择磁芯的

一、常用的电感磁芯材料有哪几种？

磁芯材料就是俗称的铁芯，按材料成分区别，常见的有：铁粉芯,铁镍磁粉芯（高磁通磁粉芯）,铁硅铝磁粉芯,铁镍钼磁粉芯,铁氧体磁芯等。根据电感分类不同，成型的磁芯材料一般做成棒形，环形，E形等不同形状，各种磁芯材料特点也有所不同。

二、电感磁芯材料性能各有什么特点？

因为组成成分不同，所以不同的电感磁芯材料，在性能和作用上都有不同特点，下面增益电感小编就作个简单的对比

1、铁粉芯：铁粉芯一般由100%铁粉购成，是众多磁芯材料当中磁导率较小的一种，成型的铁粉芯材料一般以环形，E形，X型和棒形出现，使用广，成本相对其他材料更低也是其重要特点。增益T系列磁环电感线圈即采用此材料。

2、铁镍磁粉芯：又被称为高磁通铁粉芯，铁：镍合金粉比例1：1。从名字即可知这种磁芯材料具备较高的磁通量的特点，导磁率高于铁粉芯。通常用做大型交流电压中滤波储能电感中，在开关电源类产品中较为常用。

3、铁硅铝磁粉芯：铁硅铝磁粉芯具备良好的耐电流性，导磁率高于铁粉芯，储能效果比铁镍钼磁粉芯还要好，因此也被用在开关电源中的储能电感和滤波器中的磁芯材料。

4、铁氧体磁芯：通常指的是锰锌系铁氧体，其他的如镍锌系铁氧，镁锌系铁氧体使用较少。铁氧体磁芯材料的形状比较多，棒形、工字形、帽形、单孔、双孔、四孔、 U 形、罐形、 E 形、 EI 形， EC 形、 RM 形， PQ 形、 EP 形等。导磁率范围也较广。