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电子元器件-电容终篇：基本原理、参数解读、电路作用、分类及区别、应用场景、选型、降频及实战案例

news 2025/8/19 7:59:57

前言

一、基本原理

1.1 介绍

1.2 计算公式

1.3 单位

1.4 电容的基本特性

二、电容作用

1.滤波/去耦/旁路

2.延时（定时、计时）

3.耦合电容

4.调谐

5.温度补偿

6.储能

7.整流/整流桥滤波

三、参数/数据手册解读

3.1 标称电容量

3.2 额定电压

3.3 精度

3.4 温度系数/C随着温度变化、电容的工作温度范围与常见介质的温度特性

3.5 ESR、损耗角正切值

3.4.1 ESR

3.4.2 损耗正切角

3.6 电容频率特性

电容额定纹波电流及其频率系数

3.7 电容漏电流与绝缘电阻

3.8 品质因数Q

3.9 电容存储寿命与使用寿命

四、电容的等效模型

4.1 等效串联电阻ESR

4.2 等效串联电感ESL

.3 电容阻抗的频率特性

五、分类

5.1 钽电容

钽电容手册解读：

聚合物钽电容对比：

5.2 陶瓷电容

5.3 铝电解电容

关于铝电解电容参数-漏电流的选择：

六、应用场景

6.1 耦合电容

6.1.1 耦合含义

6.1.2 耦合电容的作用

6.1.3 耦合电容应用举例

6.2 去耦电容

6.2.1 为什么去耦

6.2.2 定义

6.2.3 电容，应该多大？

6.2.4 去耦电容的布局

6.3 旁路电容

6.3.1 去耦电容和旁路电容

6.3.2 去耦（旁路）电容作用

6.3.3 去耦（旁路）电容应用举例

6.4 滤波电容

6.4.1 电容等效效应

6.4.2 滤波电容应用举例

七、选型

八、降额

前言

在这里插入图片描述

另类方式讲解电容的作用，让你理解的更加深刻_哔哩哔哩_bilibili

浅谈电容的作用：

电容的五个作用：降压、滤波、延时、耦合和旁路。
在电路中，电容可以通过容抗来承担高电压，从而实现降压作用。
电容的容抗随着频率的升高而降低，所以可以实现滤波和高通滤波器的作用。
电容还可以通过延时、耦合和旁路作用来实现电路中的信号传输和干扰抑制等功能。
在选择旁路电容时，需要注意其距离芯片的距离和容量等因素。

在滤波时：

使用多个电容是从电容的实际等效模型去考虑的(也就是从SI，信号完整性方面）。只考虑一个实际电容时，它的阻抗曲线是一个类似于倒三角形的形状，只在谐振频率点(与等效串联电感形成)处的阻抗最小。因此相当于只在这一个频率点处及附近有较好的去耦效果。 而为了在一个较大的频率范围内都起到一个较好的去耦效果，常会使用一个大电容和一个小电容并联，这样他们并联后的阻抗曲线就会在一个频率范围内保持在一个较低的值，从而能够在整个范围内起到较好的去耦效果。注意：拓宽频率范围的前提得是两个不同容值不同封装的电容才行，以MLCC为例子，封装不一样的电容ESL基本也不一样，这样就可以避免出现高容值电容的阻抗特性曲线将低容值电容阻抗特性曲线包裹起来的情况(这样就没法拓宽低阻抗频段了)
小电容靠近ic则是从PI(电源完整性)的方面去考虑。因为小电容的去耦半径比较小，超出去耦半径就不具备良好的去耦效果(不然为什么去耦电容不能直接放在供电输出端，而要放在ic附近)。所以小电容越靠近ic，其去耦效果越好。另一方面是高频情况下会有寄生参数，离得远寄生参数会严重干扰旁路的作用

一、基本原理

1.1 介绍

电容（或称电容量）是表现电容器容纳电荷本领的物理量。电容从物理学上讲，它是一种静态电荷存储介质，可能电荷会永久存在，这是它的特征，它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、滤波、补偿、充放电、储能、隔直流等电路中。

两块不连通的导体中间加绝缘材料，用于存储电荷和能。单位为法拉(F)。电容器是能够储蓄电能，并可在必要的时候放电的零部件。放出电荷(放电)时，会不断衰减，只能在短时间内供给电流，但是可反复进行充电和放电。(充电：当电容器连接到电源时，正极板上的电荷会被推入电容器，而负极板上的电荷则会被吸引到电源。这样，电容器内部就会储存起电荷。)

1.2 计算公式

电容容抗计算公式：

（直流电中，f=0，则R=无穷，则断路；而交流电中，f!=0,则 $R_{C}$ =值，与其他负载分压）

1.3 单位

在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F，由于法拉这个单位太大，所以常用的电容单位有毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）等，换算关系是：

1.4 电容的基本特性

电容具有如下基本特性：

①电容两端的电压不能突变；

电容两端电压不能突变，只要电容不充电/放电，电容两端电压就不变。

(电容两端电压不能突变，但两端电压可以同时突变。)

仿真演示：

上图解析：

开始开关S1 未闭合时，电容两端电压都为0；S1接通后，电容上端直接和电压源相连，电压突变为5V；但是哟由于电容的性质，电容下端电压也要突变为5V；之后电容开始充电，两端要形成电压差，下端电压逐渐下降，直到电容充满电，下降到0。

上图解析：

(额外补充：只断开S1的话，没有形成回路，所以电容存储的电荷没法快速转移，所以理想状况下，电容会一直存储这份电荷，不会衰减。但实际上随着时间的推移，即使没有放电回路，电容中的电荷也会逐渐衰减。这是由于电容极板之间的绝缘介质会逐渐放电，导致电荷逐渐流失)

在电容充完电后，形成一个5V的小电压源后,断开S1，连通S2后，相当于5V电压源此时也和电容下端电压直接相连。下端电压突变为5V，但由于电容两端电压不能突变性质，所以上端电压同时突变为10V，这样电容两端电压还是5V。

放电流程：

先连通S1开关后，电容开始充电，从上图看出电容两端电压是逐渐上升，不是突变的，一直到5V结束(在直流电路中，电容相当于断路，所以电阻是分不到电压的，电压源的5V全给了电容。)Vc = 5V时，充电完成，电流成为零.

断开S1并连通S2后，左边形成一个回路(没有电源)，则电容相当于这个回路的电源，开始放电过程，给电阻R2供电，从图中看到，电容电压因为放电逐渐降低。当Vc = 0时，放电完成，电流成为零。

②电容通交流，隔直流；

③电容通高频，阻低频；

电容容抗公式表明了以上两条性质；直流电中，f=0，则R=无穷，则断路；而交流电中，f!=0,则 $R_{C}$ =值，与其他负载分压；通过电信号的频率越高，则电容容抗越小，所以表现为“通高频，阻低频”。

④电容电压滞后于电流；电容刚通电瞬间，相当于短路；

⑤电容的储能特性

1>充电时间常数：

电容可以用于存储电荷和能，可以简单理解为小电池，电容的充电速度与电容大小/充电电流有关；电容的充电时间常数：

$\Upsilon =R*C$ ------------//C为电容大小，R为表示电流大小的量

在电容充电时，一个R.C的时间我们认为是电容充电的周期，RC时间就认为大概充到了电容电压的63%，当到达3*RC时间后，我们就认为电容充满电了，具体如下：

下面用电路仿真举例说明电容充电时间：

$\Upsilon =R*C$ = $1k*1UF$ = $1ms$

那么我们就让认为1ms是这个电路中电容充电的周期，当经过1ms后，电容就充电到了63%，就是

$10*0.63=6.3V$ 左右，会有误差；到3ms后，我们就认为已经充满电了。

左图为充电1.080ms时，电容两端电压达到了6.263V;右图为充电2.017ms时，电容两端电压达到了8.537V，基本符合电容充电时间常数。

研究电容充电时间常数，就是为了了解电容多少时间充满电，借此进行一些操作。

2>实现上电延时,关断延时：

上电延时：(是利用电容的储能特性)

电容充电时间公式： $t = \Upsilon * ln(\frac{V_0}{V_0 - V_t})$ ；

$\Upsilon$ :充电时间常数； $V_{0}$ ：总电压； $V_{t}$ ：目标电压；

用此公式，通过控制R,C的值构造RC电路(就是一条电阻和电容串联的电路)，就可以得到我们想要到达某电压值的时间。

假如我现在总电压为5V,有一个使能引脚，3.3V时使能(引脚被置于1)，现在我要控制到3.3V前要有2ms的延时；

$2ms=\Upsilon *\ln(5/(5-3.3))$

$\Upsilon=2*10^{-3}/\ln(5/1.7)=0.001853......$

接下来，我们要确定R,C值，一般我们先选定C值(C值一般只有1UF，2UF...),而电阻的阻值购买很广，比如这个例子，就可以在立创购买1.8k-1.85k的电阻就行了。

选定C=1UF；

$R=0.001853....../1UF=1853.895\Omega\approx 1853\Omega$

我们选定电阻为1853 $\Omega$ .

电路仿真如下：

可以看到从0--->3.3V的时间为2.444ms，误差为0.444ms(~~应该不算大吧~~)

关断延时：

由于电容的储能特性，在电路中，电容开始积累电荷，充电；当电路开关断开时，左图LED灯立刻熄灭，右图则会慢慢熄灭，因为电容和LED形成了回路，电压源断开后，电容开始放电，相当于一个电压源，给LED灯短暂供电。

这个时间取决于电容大小，电容越大，供电时间越长。

⑥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。

二、电容作用

人们利用电容的基本特性，设计出了许多实际应用电路，实现了很多产品的功能，电容在电路中发挥的主要作用有：耦合、去耦（旁路）、滤波、储能、延时（定时、计时）、降压、谐振、缓冲吸波（RC Snubber）、波形变化（积分、微分、整形）、温度补偿等（注意：有时候，同一个电路中的同一个电容，发挥的作用有多种）。

稳定电压

在电路中，电源的负载是动态的，即器件的电流和功耗是不断变化的。为了保证电路稳定工作，可以使用电容作为电荷的缓冲池，保证器件工作电压的稳定。( $\Delta U=\frac{\Delta V}{C}$ ， $\Delta U$ 表示电容两端电压变化量， $\Delta Q$ 表示电荷变化量，C为电容容值)

用来泄放高频噪声/滤波

高速电路中，无时无刻都存在状态改变，从而在电路中产生大量噪声干扰。在电源的传输路径上，需要通过电容将这些高频噪声写放到相对稳定的地平面中，避免干扰器件的正常工作。(根据阻抗公式： $Z=\frac{1}{jwc}$ ，在频率较高时，电容表现为低阻抗)

用于交流耦合

当两个器件通过高速信号相连时，信号想断的器件可能对直流分量有不同的要求。在这种情况下，需要使用电容将信号携带的直流分量在接收端之前滤除。

(本节为基础解释，告诉你这些名词什么意思？基本原理;下文“应用场景”有具体电路使用电容，电容作用实例)

1.滤波/去耦/旁路

电子电路学习笔记（11）——滤波电容-CSDN博客

滤波：

电容并联在信号线或电源线上的时候，起到滤波的作用，交流信号导入地上，直流分量通过电容到另一侧。

它接在直流电源的正、负极之间，以滤除直流电源中不需要的交流成分，使直流电平滑。一般常采用大容量的电解电容器，也可以在电路中同时并接其他类型的小容量电容以滤除高频交流电。

上面四个电容都是起到滤波作用；一个电容量较大电解电容并联了一个小电容，其实大的电容通低频，小电容通高频，这样才能充分滤除高低频。

小电容靠近芯片的电源引脚，PCB布局的时候要注意这条。

总结：
在会产生尖峰电压的附近(电源的输出端)，要加一个大的电解电容和一个小的瓷片电容，用作储能滤波的作用，瓷片电容一般选择104电容。

104是非常常用的滤波电容容值常见选值，遇到滤波，就选104电容/100nF，赞美万能的104！！！芯片电源引脚最好记得放一个104滤波电容。如下图所示。

去耦电容：

在电路中，如果主要是为了增加电源和地的交流耦合，减少交流信号对电源的影响，就可以称为去耦电容。

去耦电容，是把输出信号的干扰作为滤除对象，去耦电容相当于电池，利用其充放电，使得放大后的信号不会因电流的突变而受干扰。
它的容量根据信号的频率、抑制波纹程度而定，去耦电容就是起到一个“电池”的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。

上图为常见STM32硬件设计中的电源滤波电路，就是四个去耦电容；在PCb布局中，要把四个电容放在芯片的四个电源断开；

在电路中，如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路，就称为旁路电容（又称为退耦电容）。

旁路电容：

在电路中，如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路，就称为旁路电容（又称为退耦电容）。

旁路电容实际也是去耦合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。如图C3为去耦电容，在左边由接地的，他也是旁路电容。

旁路电容利用了电容的频率阻抗特性，理想电容的频率特性随频率的升高，阻抗降低，就像一个水塘，它能使输出电压输出均匀，降低负载电压波动。

旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚，这是阻抗要求。
在画PCB时候特别要注意，只有靠近某个元器件时候才能抑制电压或其他输信号因过大而导致的地电位抬高和噪声。说白了就是把直流电源中的交流分量，通过电容耦合到电源地中，起到了净化直流电源的作用。

其实去耦、旁路电容都是滤波作用

2.延时（定时、计时）

在上文电容基本特性中，已有相关说明；RC延时电路；常用于RST复位电路

在《电子元器件-电阻终篇》中有对RC延时电路的说明。

3.耦合电容

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.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。

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。

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。

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.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。

7.整流/整流桥滤波

在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。

工作原理：

通过二极管的单向导通原理来完成工作的，通俗的来说二极管它是正向导通和反向截止，也就是说，二极管只允许它的正极进正电和负极进负电。二极管只允许电流单向通过，所以将其接入交流电路时它能使电路中的电流只按单向流动，使负载得到脉动的直流电。

在整流桥的每个工作周期内，同一时间只有两个二极管进行工作，因此我们可以将整流器工作周期分为正半周和负半周。

电子电路学习笔记（10）——整流桥_整流桥的作用和原理图-CSDN博客

该文章有整流桥的动画演示，可以看看，了解原理。【具体会在二级管章节解释】

滤波电容的作用：经过整流桥直接整流过的电压还不够平滑，还需要滤波电路电压进行修正。滤波电路作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑，从而获得稳定的电压。

三、参数/数据手册解读

电容的重要参数：SIZE(大小）、TOLERANCE(精度)、RATED VOLTAGE(耐压)[耐压一般要做一个打折处理，比如你在10V的电源上，不能放耐压10V的电容，因为电容的耐压随着温度会有降额，通常情况下，我们可以打五折/八折，耐压10/0.5=20V就可以]，容值；

3.1 标称电容量

标称电容量为电容的标注值。其实际容值会随着工作频率、工作电压、测量方法等变化而变化。

下图为不同电压下，C7R系列中不同封装的电容的可选容值范围

我们选电容，理想的容值要大，封装要小，耐压要高；【封装越大，容值越大，可选的容值范围越大】，但找不到这样的。

第二张图解读：

第一行为绝缘电阻大小，一般都非常大；第二行为对应工作温度范围内的误差15%,X7R系列的误差一般比较好；第三行就是他的工作温度。【X5R一般为-40-85度】

3.2 额定电压

指在额定环境温度下，可以连续加在电容两端的最高直流电压有效值；

上图为不同电压下，C7R系列中不同封装的电容的可选容值范围

电容额定电压与击穿电压：

电容额定电压，Rated voltage，也称为电容耐压，是指在正常工作下电容能持续施加的最大电压值，它主要与电容内部的电介质材料和电容结构有关。

电容内部的电介质材料是决定电容耐压的关键因素。不同的电介质材料具有不同的耐压特性，如氧化铝陶瓷电容器的耐压通常较高，而电解电容器的耐压则较低。
电容器的结构也会对其耐压特性产生影响。例如，电容器的电极间距离越小，电容耐压就越低。
温度对电容耐压也有一定影响。一般来说，在规定的工作温度下，电容耐压是稳定的。但是，当电容器工作温度过高时，电容器内部材料可能会因热老化而降低其耐压特性。

对于无极性电容，如陶瓷电容和薄膜电容等，电容耐压有直流耐压和交流耐压两种。交流电场下，电容器中的电荷会随着电场的变化而不停地在电容器内部移动，从而产生能量损耗和热量，导致电容器的温度升高。当电容器温度升高到一定程度时，其电介质的性能会发生变化，从而影响电容器的耐压能力。因此，在相同的电容器中，其交流耐压通常要比直流耐压要小。一般电容交流耐压：电容直流耐压 = 1：1.5~2。即一个电容交流耐压标注是100VRMS，那么它的直流耐压应在150VDC以上。

实际查阅很多MLCC的手册发现，手册只提供直流耐压参数，而未给出交流耐压参数，这是因为交流耐压受到很多因素的影响，如电极结构、电介质材料、制造工艺等，因此很难提供一致的交流耐压参数。相反，直流电场下的耐压性能相对稳定，因此提供直流耐压参数更为常见。如果这些电容被用到交流电路中，注意咨询厂家得到电容的准确交流耐压值并保证一定裕量。

对于有极性的电容（一般为电解电容），电容耐压只有直流耐压，没有交流耐压。如果电解电容加负压，会导致电容容量下降，甚至短路烧毁，对电解电容造成损坏。

电容的额定电压的优先值一般为：6.3V，10V，16V，25V，50V及其它们的十进倍数。此优先值和电容类型有关。

电容击穿电压，Breakdown voltage，电容击穿电压是指当电容器内部介质被电场穿透时，电容器的两个电极之间出现放电的电压。电容击穿电压一般是额定电压的1.3~2倍。一般来说，电容器被击穿后会处于短路状态，短路对电路的破坏性可能是毁灭性的。但也有一些特殊的电容，在被击穿后会处于断路状态，其原因是因为在大电流后，金属熔化或是汽化了，因此崩溃后会产生断路，而断路则通常不会有破坏性影响。

如果电容两端电压超过额定电压，但未达到击穿电压，可能引起以下后果：1）容值变化；2）寿命缩短；3）损耗增加。所以，一般情况下，电容两端电压需按额定电压的70%降额使用。

3.3 精度

实际容量与标称容量之间的偏差。

电容标值与精度通常一起考虑。

电容标称值，Rated capacitance或Capacitance value ，也称容量，它和电阻标称值的概念基本是一样的，主要包括以下几个系列：E6、E12、E24等。这些系列分别表示不同的精度和电容值范围，如下：

E24：1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.4、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1。

E12：1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2。

E6：1.0、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8。

根据这些标称值，可以得到我们常用的多种电容值，如10uF、100nF，2.2uF，330pF，68nF等。
电容精度，Tolerance，精度表示的是电容出厂时的容值与其标称值之间的误差。有时电容容差和精度是一个意思，有时容差指的是外部环境（如温度、频率、电压等）使电容器容值变化的范围，和精度不是一个概念，注意甄别。精度和电容系列的对应关系如下：

电容系列(材质)	精度	精度代号
E6	20%	M
E12	10%	K
E24	5%	J
E96	1%	F

举个例子，10uF电容，精度10%，那么其实际容量在9uF~11uF之间，标称10uF实际有偏差，这就是精度的概念，和电阻精度是同一概念。

对于容量<10pF的电容，一般就不用百分之多少来表示精度，而直接写明绝对精度，如8pF±0.25pF；对于容量≥10pF的电容，精度就写成百分比的形式，如100pF±1%。如下图所示。

通常来说，电容的精度通常是不那么关键的参数，因为电容在起储能与滤波作用时，容量大一点，小一点是没多大影响的，除非是在一些精密仪器的使用场景下，所以，我们最常使用的还是E6与E12系列。

另外还要注意，实际电容的精度也与容值的大小相关，一般规律是，容值越小精度越高，容值越大，精度越低。这其实与电容介质材料和制作工艺相关，当追求大容量时，就难以兼顾高精度了。一般来说，10uF的电容最高精度是5%，100uF的电容最高精度是10%。

3.4 温度系数/ $\Delta$ C随着温度变化、电容的工作温度范围与常见介质的温度特性

电容工作温度范围/Operating temperature range：是指电容器可以正常工作的温度范围，它与电容类型有关。一般来说，电解电容器的工作温度范围比较窄，一般为-40℃到+85℃，而陶瓷电容、薄膜电容和钽电容的工作温度范围相对较宽，一般可以达到-55℃到+125℃。

上图为随着温度变化，容值的变化率大小。在0-40度间，变化率为0，容值基本能维持在标定值；温度太高/太低都会出现比较大误差，最大温度125度是，最大误差为15%-->就对应上上图的我们要考虑的对应工作温度范围内的误差15%。

如果电容在超过工作温度范围的温度下工作，可能引起以下后果：

容量变化很大（一般为容量降低），影响电路正常工作。
电容内部材料机械性能降低，可能会导致电容器的机械失效，如壳体破裂等。
电容内部电阻变大，损耗增加，影响电容性能。
电容内部材料老化，影响使用寿命。
电容绝缘性能下降，可能发生漏电、短路，甚至引发火灾。

电容温度系数，Temperature Coefficient of Capacitance，简称TCC，指的是电容容量随温度变化的程度，在一定温度范围内，温度每变化1℃，电容量的相对变化值。温度系数越小越好；通常用ppm/℃（百万分之一/摄氏度）来表示，它与电阻温度系数的计算完全相同，公式如下：

需要说明的是，温度系数是有正有负的，这意味着电容容量会随着温度变化增加或减小。

电容工作温度范围与温度系数统称为电容的温度特性，它反应电容的工作温度范围与范围内容量的变化情况。通过平行板电容器公式我们知道，电容容量由正对面积、间距和介质的介电常数共同决定。其中，介质的介电常数与温度特性的关系最为密切，因此一些电容的数据手册上温度特性就写的是介质材料，如温度特性：COG（-55 to +125°C、0±30 ppm/°C），温度特性**：**X5R（-55 to +85°C、±15%）。

常见的几种介质的温度特性如下表所示：

介质材料	工作温度范围	容量变化/温度系数
C0G/NPO	-55℃ ~ +125℃	0±30ppm/℃
X7R	-55℃ ~ +125℃	+15%~-15%
X5R	-55℃ ~ +85℃	+15%~-15%
Y5V	-55℃ ~ +85℃	+22%~-82%
Z5U	+10℃ ~ +85℃	+22%~-56%
铝电解电容	-40℃ ~ +85℃	+20%~-20%
聚合物固态电容	-55℃ ~ +125℃	±5%~±20%
聚酰亚胺薄膜电容	-55℃ ~ +125℃	+10%~-10%

3.5 ESR、损耗角正切值

3.4.1 ESR

下图为电容的重要参数ESR【因为电容往往是对信号进行噪声滤波操作，那我们就要知道要滤除噪声的频率大小，我们要为这个噪声提供一个低阻抗的通道，这样该噪声才能更多地进入该通道。假设噪声频率为1MHz，若要滤除这个1MHz的噪声，我们应给这个1MHz的噪声提供一个低阻抗的泄放通路，这样滤除效果最好。阻抗越低，噪声越容易从该路径上泄放。阻抗类似于电阻，电阻越大，相当于此路不通，电流就会选择其他路径。】

下图实线为阻抗，虚线为ESR；我们可以看到该0201，10nF电容在右边接近100MHZ噪声处阻抗最低，滤除该频率噪声效果最好；现在假设我们要滤除20HMZ的噪声，用该电容就不太合适了，我们就可以找一个在10MHZ滤波好的电容，并联，就可以实现多频点的滤波。

ESR（等效串联电阻，Equivalent Series Resistance）是电容器的一个重要参数，表示电容器内部等效的电阻值。它是电容器在实际工作中不可避免的特性，主要由电容器的材料、电极和结构决定。

ESR的影响：

滤波效果 在电容器用于滤波时，ESR会导致电容两端的电压产生涟波电压，影响滤波性能。尤其在数字电路中，供电电压降低而电流增大的情况下，较高的ESR会使电压突变更加明显，可能导致系统误判。
发热与寿命 ESR会引起电流通过时的功率损耗（P=I²R），产生热量。较大的ESR会导致更多热量积累，缩短电容器的使用寿命，特别是电解电容，其电解液可能因高温而干涸，性能下降。

不同类型电容的ESR比较

钽电容的ESR最低，但价格较高。
瓷片电容的ESR较低，适合小容量应用。
电解电容的ESR较高，但适合大容量需求。

选择电容时的建议：理解ESR对于选择合适的电容至关重要。根据应用场景，合理选择低ESR的电容器可以提高电路性能并延长设备寿命；通过并联多个电容可以有效降低整体ESR。

影响电容ESR的因数主要有以下几个：

电容类型与介质材料，一般来说，薄膜电容的ESR最小、陶瓷电容次之，电解电容的ESR最大。
电容容量，对于同型号同耐压的电容，容量越大，ESR越低，因为容量越大，意味着电极面积越大，电容器内部的电流流动也就越顺畅，从而减少了ESR。
电容耐压，对于同型号同容量的电容，耐压越大，ESR越低，因为耐压越大，意味着电极间距越大，同一电压下电容内部的场强减小了，从而损耗减小了，也就减小了ESR。
电容尺寸和形状，一般来说，电容器的尺寸越大，ESR越小，因为尺寸越大意味着电极面积越大，电极间距越大，ESR越小。
电容制造工艺，即使是同类型的电容，不同厂家的ESR也不一样，这就是制造工艺的差距。
电容老化与使用寿命，随着电容器的使用时间的增加，电容器内部的电介质和电极材料可能会发生老化和损伤，从而导致ESR的增加。
电容使用环境，在潮湿或盐雾环境下，电容内部材料容易发生腐蚀和氧化，导致ESR增加。
外部温度，ESR会随着电容使用温度的变化而变化，这主要是因为介质和极板材料的电导率会随着温度变化，有的电容温度越高，ESR越小；有的则温度越高，ESR越大。
电容工作频率，基本规律是在电容自谐振频率之前，ESR随频率增加而降低；在自谐振频率之后，ESR随频率增加而增加。
通常来说，电容的ESR是越低越好，这样电容的能量损耗小，从而提高了电容器的效率和性能。但是，有时较低的ESR会引起电路谐振，造成电压电流异常变化、噪声干扰、温度上升等严重后果，所以有时我们会看到电容串联一个小阻值的电阻一起使用，这就是为了增加ESR，防止谐振。

另外，ESR还可以反映电容器内部的损耗和质量。当电容器的ESR过高时，说明电容器内部存在一些损耗或质量问题，可能会导致电容器的寿命缩短或工作不稳定，所以可以通过测定比较同一型号电容器的ESR来判断哪些电容是残次品或者以及失效。

3.4.2 损耗正切角

又称耗散系数，用字母DF表示。因为电容的泄露电阻、ESR、ESL比较难分开，所以许多厂家会将他们合并成一个指标，损耗因数。定义为：电容每周期损耗能量与存储能量之比，又称损耗角正切，表示为 $\tan \delta$ 。在电容的泄露电阻、ESR、ESL三个指标中，ESR起主要作用，所以损耗因数计算时通常只考虑ESR值：

tanδ，和电容ESR的物理意思是一样的，都是表示电容器的能量耗散。其中δ为电容损耗角，它表示电容电流偏离电压90°的夹角，如下图所示。

正切角越大，损耗越大

有的电容手册中并不给出ESR，而给出损耗角正切值，其实是一样的，ESR = tanδ * 容抗。注意此公式只在电容自谐振频率之前成立。

3.6 电容频率特性

Capacitor frequency response，指的是电容阻抗随电容端电压频率变化的特性。某品牌的电容频率特性如下图所示。

在之前的说明中我们知道，在自谐振频率之前，电容呈容性；在自谐振频率，呈阻性；在自谐振频率之后，呈感性。

另外，我们可以看到，小电容的谐振频率在大电容之后，这使得小电容往往在高频的阻抗更低，所以，当使用电容滤除高频电流时，往往使用大电容并联小电容的方式，此技巧在实际中应用广泛，特别是在EMI抑制中。

电容额定纹波电流及其频率系数

电容额定纹波电流即是在电容器内允许流过的最大交流电流。由于电容器内的功率损耗（ESR 存在），纹波电流会使电容器内部产生一个温升。为了使电容器在寿命周期内正常工作，每个电容器都规定了一个额定工作温度下的额定纹波电流，从而限制其内部温升。

从上文我们知道，电容工作频率会影响ESR，所以电容的额定纹波电流与工作频率相关，称为额定纹波电流的频率系数， Frequency coefficient of rated ripple current。下图显示的是尼吉康的某型号电解电容的额定纹波电流的频率系数。

额定纹波电流的频率系数指的是允许通过的纹波电流与通过电容的电流的比值，50Hz 0.7,表示电容工作频率50Hz时，允许通过的额定纹波电流为工作电流的0.7倍，这个值在120Hz时上升为1，在300Hz时上升为1.17，随频率增加，这也很好理解，因为在自谐振频率之前，电容ESR随频率增加而减小，所以，频率越高，允许通过的纹波电流越大。

3.7 电容漏电流与绝缘电阻

电容漏电流，Leakage Current，指的是电容两极板间流过的直流电流。因为电容介质材料的绝缘电阻不可能无限大，所以漏电流必定存在，并与介质材料、电容结构和工艺都相关。

此外，对一个确定的电容，漏电流值与施加的电压，充电时间和电容器的温度有关。温度升高、电压升高都会使漏电流增大。

电容绝缘电阻，Insulation Resistance，指的是电容两极板间的绝缘电阻。它和漏电流其实表示的都是电容的绝缘性能，绝缘电阻越大，电容绝缘性能越好，漏电流越小。

一般来说，漏电流用容量与电容两端电压乘积的百分比来对比，或给出最大漏电流，如下图所示。

0.01CV表示容量与电压乘积的1%。可见漏电流正常情况下是非常小的。

如果电容存在缺陷，如介质中杂质很多，则电容的绝缘性能就会变差，漏电流也会随之增加。

3.8 品质因数Q

品质因数Q：表征一个储能器件(如电感线圈、电容等)、谐振电路所储能量同每周损耗能量之比的一种质量指标。元件的Q值愈大,用该元件组成的电路或网络的选择性愈佳。

电容的品质因数(Q值)为电容存储功率与损耗功率之比：

Q值对高频电容是比较重要的参数。

3.9 电容存储寿命与使用寿命

电容存储寿命，Capacitor storage life，指的是在未使用的情况下，电容器可以存放多长时间而不会失效。

存储寿命受到多种因素的影响，例如存放环境的温度、湿度、氧气浓度、电容器的结构和材料等。在存放电容器时，需要注意避免存放在高温、高湿、高氧气浓度的环境中，以延长其存储寿命。

在适合环境下，电容使用寿命，Capacitor service life，指的是在正常使用条件下，电容器可以工作多长时间而不会失效。

使用寿命受到多种因素的影响，例如电容器的结构、材料、工作电压、电流负载、环境温度等。在使用电容器时，需要根据实际情况选择合适的电容器类型和规格，并严格按照其使用条件进行使用，以延长其使用寿命。

有的厂家会给出电容使用寿命的计算公式，如下图是Murata给出的陶瓷电容使用寿命计算公式。可作参考。

[有无推算电容器寿命的方法？ | 电容器的FAQ（常见问题解答） | 村田制作所 (murata.com)]：https://www.murata.com/zh-cn/support/faqs/capacitor/ceramiccapacitor/qlty/0010

以下是各种不同种类电容的存储寿命和使用寿命的大致范围，仅供参考，具体可查看数据手册或咨询供应商。

电容类型	存储寿命(年)	使用寿命(小时)
陶瓷电容（MLCC）	5-10	1000-2000
电解电容	1-2	2000-5000
固态电容	5-10	5000-10000
瓷片电容	5-10	1000-2000
金属膜电容	5-10	10000-20000

四、电容的等效模型

在普通电路设计中，通常只需要关注电容的容值、精度、耐压值、封装、工作温度、温漂等参数。但是，在高速电路或者电源系统中，以及一些对电容要求很高的时钟电路中，需要考虑电容的各种寄生参数。此时的电容是由一个等效串联电阻ESR、等效串联电感ESL和一个等效并联电阻Rleak组成的电路。

电容的等效模型如下图所示：

ESL：由电容器的引脚电感和电容器两极间的等效电感串联组成
ESR：由电容器件的引脚电阻和电容器件两极间等效电阻构成，主要取决于电容的工作温度、工作频率以及电容本身的导线电阻等
Rleak：取决于电容的泄露特性

4.1 等效串联电阻ESR

图4.2 电容阻抗频率特性曲线

❤️同一封装下，容值越小，ESR越大；同一容值，封装越大，ESR越大。❤️

电容的ESR往往会带来以下影响：

电容的ESR会产生损耗功率。根据电容损耗角正切值的定义，较大的ESR会产生较大的损耗功率，虽然比较小，但电容数量较多时也需要考虑其功耗。
滤波电容中影响滤波效果。对于电源滤波电容来说，是通过给高频噪声一个低阻抗的对地回路，来实现滤除噪声的效果，ESR太大明显对滤波不利。
耦合电容中造成高频信号衰减。在交流耦合电路中，电容串接在信号两端，高ESR会对高频信号产生一定的衰减。

注意：通常来说，电容的ESR越小越好。但也存在例外情况，例如在LDO电源电路中，有时对输出电容有最低ESR要求，具体会在电源滤波电容章节叙述。

4.2 等效串联电感ESL

电容的ESL值通常取决于电容的类型和封装。需要考虑电容ESL的电路通常是高速电路，信号频率较高。这种情况下，往往采用ESL小的贴片电容，对于插孔式的电容，如铝电解电容，其ESL大得多。通常来说，贴片电容的封装越小，其ESL越小。这里的封装小，是指封装影响其寄生电感大小：内部电容体距PCB焊盘的距离更近，pcb焊盘与电容接触面积更大，则ESL更小。(0603封装的贴片电容与1206封装对比，0603封装电容的ESL小得多。

.3 电容阻抗的频率特性

对电容器件而言，由于电容分量的存在，电容器件的阻抗随着频率的升高而逐渐降低，这是电容器件的本体属性；ESL分量则使电容的阻抗随着频率的升高而逐渐增加。这两种作用正好相反。

在电容分量和ESL分量的共同作用下，电容器件的整体阻抗表现为，随着频率的升高，首先是电容分量起主导作用，使阻抗逐步变小，器件表现为电容的阻抗特性，滤波效果渐强；当达到某一频点时发生谐振，此时电容分量和ESL分量对阻抗的效果正好抵消，在谐振点上，电容器件阻抗最小，等于电容的ESR分量；此后，随着频率继续升高，ESL分量起主导作用，使阻抗逐步增大，器件表现为电感的阻抗特性，滤波效果渐弱。

图4.3 电容阻抗频率特性曲线

滤波电容的作用机制是为噪声等干扰提供一条低阻抗回路，在噪声频率点上，要求滤波电容的阻抗较小，即当噪声频率落在谐振点附近时，电容的滤波效果最好。如图2.3所示，谐振点由两条曲线交会而成，左边的曲线取决于电容器件的容值C，右边的曲线取决于电容器件的ESL。由谐振频率公式 $F=(ESR*C)^{-\frac{1}{2}}$ 可知，容值和ESL越大，则谐振频率越低，即电容对高频干扰的滤波效果越差；容值和ESL越小，谐振频率越高，越适于滤除高频干扰。

噪声等干扰的频率往往并不确定，高速电路中需要的是一个比较宽的低阻抗频带，满足电路滤除各频段噪声的滤波要求。理想电容的阻抗会随频率不断降低，但由于等效串联电感的存在，当频率增大到一定值时，阻抗反而会增大。也正是因为谐振频率的存在，我们可以利用不同型号电容谐振频率不一的特点，构筑一段低阻抗的频带，达到更好的滤波效果。因此，我们经常可以看到滤波电路中，采用了多种不同型号的的电容。

那么实际使用多个电容并联来滤波时，该如何确定各个电容的参数呢？

电路设计需要考虑高频和低频两种噪声，针对这两种噪声，应选取不同的滤波电容。低频噪声选用大电容，高频噪声选用小电容，这是许多工程师达成的共识。在实际工作中，这种说法并不完全正确。

图4.4 电容阻抗频率特性曲线随寄生参数变化

在前面我们已经论述过，电容的阻抗随频率变化的曲线与他的寄生参数密切相关。其寄生参数对阻抗-频率特性曲线的具体影响如图4.4示。当使用的电容的容值更大时，阻抗的低频特性会更好，低频阻抗会更低。当使用的电容ESL更小时，电容的高频阻抗会更小，拥有更好的高频性能。而电容的ESR则决定了电容的全频段阻抗，电容的ESR更小，则谐振点的阻抗会越低。在滤波时，选用电容的ESR自然是越小越好。
电容的容值可以通过通过额定电容量来选择，而电容的ESL与封装大小相关。因此我们通过选用不同容值，不同封装的电容就可以实现想要的滤波效果。❤️总的选取原则为低频噪声选用大封装大电容，高频噪声选用小封装小电容❤️。例如图4.5中红色曲线和绿色曲线构成的滤波频带，是我们想要达成的效果。

图4.5 不同封装、容值的电容阻抗频率特性曲线

图4.5是muRata(村田)公司官网提供的电容阻抗频率特性曲线。其中浅蓝色曲线是0603、0.1uF电容，红色曲线是0402、0.1uF电容，绿色曲线是0603、1uF电容，深蓝色曲线是0402、1uF电容。当同封装，不同容值电容并联时，电容的ESL基本相当，容值小的ESR更大；参考图4.5中浅蓝色和绿色曲线、深蓝色和红色曲线；可以看出小容值电容起不到我们想要的拓宽滤波频带的作用，只能降低滤波电路阻抗。同理，当同容值、不同封装时，也达不到想要的滤波效果。实际电源滤波电路中，也存在许多个同容值、同封装电容并联的情况，如图4.6所示。这样做的目的，一方面是起到去耦电容的本地“小池塘”作用，另一方面是为了在谐振点上得到更低的阻抗。需要说明的是，这样做，并没有展宽低阻抗频带。

图5.6 同容值、封装电容阻抗频率特性曲线

五、分类

在各种电容选型时，需要考虑的因素很多。除了标称容量、精度、额定电压、工作频率、封装尺寸、工作温度、阻抗(低频ESR、高频ESL)、纹波电流能力等基本参数外，不同型号、不同用途的电容还有一些需要特别注意的要点。

5.1 钽电容

钽电容是电解质电容的一种，它有极性；中间介质为钽的氧化物(五氧化二钽和二氧化钽)，还有一种聚合物钽电容，阴极为高分子聚合物。

其ESL（等效串联电感）非常小，几乎为零，这是由于固体钽电容的电解性质导致的。其体积可以做到非常小，与正常的贴片电容相当。钽电容通常应用于需要大电容且体积要求小的场合，因此其容量相对较大，这意味着其体积并不是特别小，但仍能满足小体积的需求。例如，在主板上，钽电容常被用于CPU等关键部位附近。

假设CPU有一个内核电源，它需要的是1V/25A。此时，它需要一个滤波电容，计算得出所需电容量为至少680uF。这时就可以放置一个钽电容，通常陶瓷电容的容量在一二百微法左右，但在高密度主板上，连续放置一排陶瓷电容显然不合适，也放不下，我们需要将电容放置在靠近CPU的位置，位置又被固定了，所以我们可以用两个钽电容470uF，体积小，容量大，ESL非常小,ESR也要优于陶瓷电容，假设我们用X5R的陶瓷电容，680uF我们要用3个220uF的并联。

钽电容最大的缺点，就是耐压差，不能用于接口处，比如热插拔接口或板卡连接器旁。特别是在热插拔的瞬间，会有过冲过压现象，而钽电容的抗浪涌电压能力、抗过冲过压能力较差，会爆炸。由于抗电压能力差，还需要进行降额使用。尽管存在这些缺点，但它仍是主流，被广泛应用于主板的高速卡处理器、电源滤波等关键位置。主板上大部分都会使用。对待钽电容要非常认真

分类：液钽电容和固钽电容；直插式钽电容和贴片钽电容；

钽电容手册解读：

之前的电容的主要参数特性钽电容都要考虑；

还要注意上图中参数；

1，推荐的工作电压降额值

表格第二行为工作直流电压随温度变化，在-55度-85度间工作电压还是 $V_{R}$ ，但当温度在85度-125度间，温度就变为了 $V_{R}$ 的67%；

下一行为官方推荐的安全使用电压(提醒你使用钽电容工作电压要留余量)，工作在50% $V_{R}$ 下。

例如，一个100uF/10V的钽电容，我们让它工作在5V电压下是可以的，工作温度为-55-85度。如果你工作在85-125度温度下，那工作电压就是6.7V，则该钽电容就要工作在6.7*33%V电压下。

2、反向电压：

接反包鼓包/爆炸，反向耐压很小，假如工作电压/(正向)耐压为10V，那最大情况是工作在25度下，反向耐压才1.5V；

有极性的电容不能接到交流电上，其应用场景是直流电源的滤波。若将电容用于直流电源的滤波，滤出的波纹虽然是交流的，但可以应用，因为该交流波纹含有直流分量。其反向并无电流，因为加上直流分量后，电压始终大于零。例如，在直流电压上叠加一个交流电压，只要该交流电压的波动不使整体电压小于零，便不影响电容的滤波作用。

纹波电流/纹波电压：

第一个表为不同温度的最大纹波电流值，T<=85℃，打9折；

从第二个表，我们可以得到电容的纹波电流/纹波电压，不同钽电容类型的最大功率/功耗，按照公式：

下表为不同型号钽电容的具体主要参数，可以算出我们需要的量；

聚合物钽电容对比：

下图为聚合物钽电容和钽电容的推荐降额电压对比，聚合物钽电容主要应用在智能手机、平板电脑和超薄笔记本电脑以及无线卡、网络设备、音频放大器和前置放大器的去耦、平波、滤波和能量存储应用。

聚合物钽电容的耐压能力和反向耐压能力都显著提高了，在-55-105度下，我们只需要按90%的工作电压处理就行了，反向耐压几乎和正向耐压一样。

案例说明：

该产品在USB端经常烧掉，问题就出在钽电容上，USB的输入电压为5V，而选择的钽电容的耐压为6.3V，不符合之前的推荐降额电压，至少要选一个正向耐压10V的；还有钽电容是不能放在接口处滤波的；所以我们可以使用聚合物钽电容(150uF，[6.3/0.6=10.5V])，就可以了，换成铝电解电容/陶瓷电容也可以，选好容值和耐压值基本就行了。

一般要求钽电容的工作电压相对额定电压降额50%以上。遇到以下三种场合之一，钽电容的额定电压需降额70%以上使用:

负载呈现较强的感性
串联电阻小
瞬变电流大；其原因在于，感性负载或较小的串联电阻会导致较大的瞬变电流，造成钽电容的金属钽介质被击穿。这使得在以下环节，铝电容的失效概率增大:ICT测试、老化测试、系统开机瞬间、单板热插拔瞬间。

一般而言，容值越大的钽电容，其ESR值往往越小。根据电容的等效电路，ESR相当于电容器件的串联电阻，串联电阻越小越容易造成钽电容失效。因此在应用中需要注意，对于大容值的钽电容，更需要电压降额。从成本上来说，在使用大容值的钮电容时，还需要增加电压降额的比例，这势必造成成本的上升。因而在设计中，往往将若干小容值的钮电容并联以提供和大容值钮电容相同的容量。

钽电容本身具有一定的自愈能力，钽电容失效后不一定永久失效，只要外界环境的影响在一定范围之内，钽电容都能自我恢复。因此，为了保证单板长期稳定的工作，必须严格执行钮电容的电压降额，同时在设计时需注意，在涉及热插拔的电源滤波电路上，尽量避免使用钮电容。

注意：钽电容不能接在交流电源上，因为这个有极性电容设计就是用在直流电源上，做滤波用，如果通到交流电上就会反向击穿和爆炸。

5.2 陶瓷电容

两个金属板间加陶瓷介质，就形成了陶瓷电容，可以做到0201-1512尺寸；不同材质的电容，其温度特性有着极大的差异，这一点大家必须注意。例如，同样是22微法的电容，X7R与X5R的差异非常大。电容的优点在于性能稳定，且绝缘性好、耐压高，但缺点是容量相对较小。我们通常使用的陶电容，1210型号在封装上已算是较大的了，但在X7R材质下最大才47uF，也有更大的，但价格及不划算，我们可以选择钽电容/铝电解电容。【我们在选择陶瓷电容时候，一定要考虑容值问题，不能随便修改电容，说不定没有对应容值，或者对应容值价格昂贵】

多层陶瓷电容(MLCC)可分为I类电容(低电容率系列、顺电体)和II类电容(高电容率系列、铁电体)。I类陶瓷电容为温度补偿类电容，其电气性能稳定，基本不随温度、电压、时间的变化而变化，但容量一般比较小。通常使用在对稳定性、可靠性要求高的电路中。
温度补偿型陶瓷电容NP0(Negative Positive Zero)就是I类陶瓷电容，温度范围为-55度-125度，温度系数为 $0\pm 1$ PPM/度。NP0采用的是美国军用标准(MIL)来命名的，当采用美国电子工业协会(EIA)的命名标准时，表示为C0G。

不同介质的陶瓷电容：【NPO的容值范围最小，但稳定性也最好；还有很多材质的陶瓷电容没有写在上面，有兴趣自己搜搜看】

II类陶瓷电容就是我们常见的X7R、X5R、Y5V等。其温度稳定性较差，但容量相对较大。下图展示的是II类陶瓷电容命名符号的含义。

同材质的电容，其温度特性有着极大的差异，这一点大家必须注意。【温度特性就是容值稳定性的意思】下面为X7R和V5R材质的温度特性曲线对比，假设电容工作温度为65度，则X7R的容值变化率为5%，而V5R为接近60%，【就是下降电容标值的60%，原来100uF,65度下，只有40uF】

MLCC选型要点：

容值降额至少20%。电容的标称容值为工作电压0V、环境温度25度时的值。在实际使用中，工作电压升高，电容的有效容值会降低；环境温度相对于25度不管是升高还是降低，都会引起电容的有效容值下降。
优先选用X7R和X5R电容，高精度场景选用NP0介质电容。
关注电容的ESR参数，注意满足线性电源稳定性和ESR要求。

5.3 铝电解电容

铝电解电容有极性，插件的白色一行，上面有负号，为电容负极；贴片的黑色部分为正极/焊盘有缺口为负极；

LC/DCL就是漏电流的表示，相较于钽电容漏电基本不到1uA，铝电解电容的漏电流太大了；

DF为损耗正切角，表示电容的有功功率与无功功率的比值，越小越好，越小越接近理想电容，理想电容和实际电容存在差异，这一比值反映了这种差异。

下图为陶瓷电容和铝电解电容的DF损耗正切角对比(其实就是ESR、ESL大小比较)，II类陶瓷电容的DF才0.025-0.05，而铝电解电容DF基本十几，差距太大，只能说铝电解电容的稳定性太差了，各项数据都表现出来了

两张图上面了铝电解电容的ESR/阻抗与频率、温度都有关系，而且是以 $\Omega$ 为单位，相较于陶瓷电容的ESR/阻抗，在100HMZ下，铝电解电容还有0.5 $\Omega$ 左右，而陶瓷电容只有0.01 $\Omega$ ，50倍差距；

应用于电源滤波、低频旁路和信号耦合，因为铝电解电容的容值、ESR这些重要参数随频率/温度变化很大；

铝电解电容的各项特性都不好，极不稳定，为什么我们使用铝电解电容很普遍了？

关于铝电解电容参数-漏电流的选择：

铝电解电容的漏电流是指在电容器介质上施加直流电压时，通过电容器的电流。铝电解电容的漏电流是由于铝膜上有一层含有水分的凝胶状物质，在施加电压时，重新形成的以及修复氧化膜的时候会产生一种很小的电流1。

铝电解电容的漏电流是评价电容器性能的一个重要参数，漏电流越小，意味着绝缘层的性能越好
举例：主板的RTC电源/BIOS电源。

漏电流的大小与温度和电压有关，通常随着温度和电压的升高而增大。此外，电容器的容量和额定电压也会影响漏电流的大小。一般来说，电容器容量越高，漏电流就越大；额定电压越高，漏电流也越大。因此，降低工作电压可以降低漏电流。

首先，实时时钟（RTC）是电脑主板上的一个关键组件，它即使在电脑关机时也能继续运行，以便跟踪时间和记录某些配置信息。为了确保RTC能在电脑关闭时继续工作，通常会使用一个小型纽扣电池来供电。

这个纽扣电池的低功耗设计必须满足几个关键要求：

我们要保证输入RTC时钟的电流为3.6uA，给了51K电来限流，一个滤波电容接地；但此时要知道实际的电容不是断路，存在漏电流，微妙要保证漏电流要远小于3.6uA,否则当电池供电时，无法提供足够大的工作电流给RTC时钟，电流全都被经由电容接地了。

电流需求：RTC所需的电流非常小，通常以微安（μA）或毫安（mA）为单位。这意味着电池不需要很大的容量就能满足其需求。
电池寿命：电池必须能够持续供电至少三年，以确保在这段时间内RTC能够正常工作。为了确定电池是否满足这一要求，需要计算电池在持续供电给RTC时能够工作的小时数，然后将其转换为天数和年数。此外，当主板连接到220伏交流电源时，通常会有一个备用电源（SB电源）来为RTC供电。这个备用电源在主板上电时就开始工作，确保RTC即使在电脑关闭时也能得到足够的电力。

我们看到不能用铝电解电容，它的漏电流太大了；选一个陶瓷电容就可以了，NPO陶瓷电容很稳定(一般不用NPO，太小了，nF级别)，且漏电流在PA级别；可以使用：

X7R/X5R：典型值 1~100nA（如1μF/25V电容在额定电压下约10nA）。
Y5V：漏电流更高，可能达 100nA~1μA（因介电常数更高且稳定性差）

都可以选，容值也够，漏电流也非常小。【钽电容也不到1UA，可以用，但仅仅为了滤波，费钱，大材小用】

六、应用场景

6.1 耦合电容

6.1.1 耦合含义

耦合，在物理学中，指两个或两个以上的体系或运动形式之间通过各种相互作用而彼此影响。如在两个单摆中间连一根线，它们的振动就会发生耦合。

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（如图1-1）、通过一个电感可以把磁能传递给另一个电感（如图1-2）、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（如图1-3），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。

6.1.2 耦合电容的作用

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）。

式中，Xc为容抗，单位是Ω；π为圆周率；f为信号频率，单位Hz；C为电容容量，单位是F。
根据容抗公式（式1-1）可知，在信号频率f一定的情况下，电容取值越大，容抗越小，对信号的阻碍衰减就越小，耦合效果就越好；电容取值越小，容抗就越大，对信号的阻碍衰减就越大，耦合效果就越差。

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）。

选择交流耦合电容时，需要考虑数据帧的连续0和连续1比特位长度，参考公式如下：

6.1.3 耦合电容应用举例

在图中，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。

6.2 去耦电容

6.2.1 为什么去耦

本质上我们设计的所有电路可以像下图一样抽象一下：

板子上有n个不同的负载（比如某个运放电路、MCU的内核、MCU的IO、ADC、时钟），每个负载都需要稳定地供电 - 电压稳定、干净，电流充足，在此图上我只画出2个负载进行举例；
电源产生电路，它为每个负载提供能源

每个负载要正常工作，前提就是负载上的供电电压要稳，如果是5V，就得是尽可能干净的5V，如下图：

也就是在5V的直流电源上，各种高频噪声会叠加其上。这些噪声源于电子器件对供电电流的需求，导致电压产生波动。这些波动可以被视为在5V直流电源上耦合的交流噪声，由器件工作产生。

这种带有交流噪声的直流供电电压不仅会影响其所在区域的电路工作，还可能对连接到同一VCC的其他负载电路产生干扰，进而可能导致这些电路的工作出现问题。

为了解决这个问题，我们需要对每个电路区域进行独立的管理。由于电源供电本身在直流上就有纹波，我们需要在电源输出端使用电容C1（可以比喻为中央粮仓）来降低供电电压上的噪声。当然，完全消除噪声是不现实的，我们的目标是确保噪声水平不会影响到负载的正常工作。

每个负载在工作时都会对其电源产生额外的波动。为了降低这种波动并确保它不影响其他负载，我们需要在每个负载附近加入即时响应的备用供电（地方粮库）。电容具有储能特性，因此可以用作备用电源来平滑负载瞬间需求带来的波动。不同类型的电容具有不同的响应速度，这将在后续的解释中详细说明。

通过这种方式，我们可以确保每个负载的电压尽可能稳定，同时去除可能耦合到直流电源上的交流噪声。这不仅实现了去耦的第一个含义——去除交流噪声，还实现了去耦的第二个含义——降低对其他负载的干扰。

4.7μF的钽电容，对比较低频率的噪声滤除比较有效；
0.1μF、0603的陶瓷电容，对1-50MHz区域的噪声滤除效果比钽电容有效；
0.001μF、0402的陶瓷电容，对于50MHz以上的高频噪声滤除比较有效；

具体的噪声频段可以通过电路分析（时钟频率）以及测量进行确定，由此需要选用相应类型、相应封装的电容进行去耦。多数的情况下我们用0.1μF陶瓷电容搭配一个钽电容，就足以满足系统对电源噪声的去耦效果。

再给出一张图供大家参考 - 即便都是陶瓷电容，随着材料、容值的不同，其去耦的有效频率段也是不同的，总之容量越小、封装越小，其自谐振频率点也就越高，也就是其最低的等效阻抗的频率点越高。

退耦电容 - 我们都在使用，但这是为什么呢？ - 模拟 - 技术文章 - E2E™ 设计支持

有一篇更加硬核讲解，可以看看了解一下。

6.2.2 定义

去耦电容，其作用是为保证器件稳定工作而给器件电源提供的本地“小池塘”。在高速运行的器件上，会不断产生快速变化的电荷需求，对于这种快速的需求，电源模块无法及时给器件提供电流以补充，只能依靠器件附近的电容给予解决。去耦电容还有另一个作用，是为高速运行器件产生的高频噪声提供一条就近流入地平面的低阻抗路径，避免这些噪声干扰影响到该电源的其他负载。

去耦半径
理解去耦半径最好的办法就是考察噪声源和电容补偿电流之间的相位关系。当芯片对电流的需求发生变化时，会在电源平面的一个很小的局部区域内产生电压扰动，电容要补偿这一电流（或电压），就必须先感知到这个电压扰动。信号在介质中传播需要一定的时间，因此从发生局部电压扰动到电容感知到这一扰动之间有一个时间延迟。同样，电容的补偿电流到达扰动区也需要一个延迟。因此必然造成噪声源和电容补偿电流之间的相位上的不一致。

电容，对与它自谐振频率相同的噪声补偿效果最好，我们以这个频率来衡量这种相位关系。设自谐振频率为f，对应波长为λ，补偿电流表达式可写为：

其中，A是电流幅度，r是需要补偿的区域到电容的距离v vv 为信号传输速度。

当扰动到电容的距离达到λ/4时，相位相差90度，补偿电流达到扰动点的相位为180度。即完全反向，去耦电容失去作用。此时补偿电流不再起作用，补偿的能量无法及时送达。为了能有效传递补偿能量，应使噪声源和补偿电流的相位差尽可能的小，最好是同相位的。距离越近，相位差越小，补偿能量传递越多。这就要求噪声源距离电容尽可能的近，要远小于λ/4。实际应用中，这一距离最好控制在λ/40−λ/60，这是经验数据。
因此一个电容确定去耦半径的过程为：

6.2.3 电容，应该多大？

用作电源去耦作用的电容的性能取决于其两个非理想特性 - 等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）。事实证明，在电源去耦的应用中，精确的电容值并不重要，这就是为什么“大家都说”以及IC制造商也都提供相同的建议 - “每个电源引脚上0.1μF陶瓷电容” - 用于各种模拟和数字IC。

基于库仑定律的估算在此不再赘述，只需要大家记住结论 - IC厂商给每颗IC提供多个电源管脚，每个管脚上只要放置一个0.1μF的电容，从用于平滑该电源电路上的波动而存储的电容量已经足够，就相当于你每顿只吃一勺米，而你家里放了一个大米缸一样，0.1μF是一个比较方便的值，就电容（不考虑ESR和ESL）而言，1μF或者0.01μF其实同样合适。

总之，电容的选择主要看你要去耦的噪声的频率范围。

6.2.4 去耦电容的布局

其实放置去耦电容的规则非常简单：最小化电阻，最小化电感。这是通过将电容尽可能靠近电源引脚并使用尽可能短的走线实现所有连接来实现的。理想情况下，如果采用4层以上的板子，有专门的地平面、电源平面，可以通过过孔（via）将器件上的地和电源连接到相应的地平面和电源平面：

简单总结一下使用去耦电容的要点：

除非特别说明，一般可为每个电源引脚提供0.1μF陶瓷电容，最好为0805或更小（我比较喜欢0603的，占空间小，性能还好），与10μF的钽电容或陶瓷电容并联；
如果只关心高频噪声，10μF的电容也可以省去，或者用较小的电容替换它；
将高频陶瓷电容尽可能靠近电源引脚放置，并使用短走线和过孔来最大限度地减少寄生电感和电阻。用于低频旁路的较大电容器的位置并不十分关键，但这些电容器也应该尽可能接近IC的电源引脚，容值与封装越大，去偶半径越大，可以对较大的区域的电源进行有效去偶，大封装和大容值的去偶电容可以同时管控多个电源引脚的去偶；

电源的去耦电容均匀分布在四周，靠近相应的电源管脚，容值小的电容最靠近管脚，容值大的距离相对较远

如果需要补偿电源的长期偏差，需要大量存储电荷，需要为每个IC增加一个更大的电容，例如47μF；
如果设计包含非常高的频率或特别敏感的电路，可以使用仿真工具分析旁路网络的AC响应（可能很难找到ESR和ESL的数据参数，特别是考虑到电容的ESR随频率变化也很大 - 尽可能做到最好），还要考虑到多个电容并联以及计入电源平面、地平面等的综合效应。
对于电源和地平面的去耦是通过电源和地平面之间形成电容来对高频噪声进行去耦的。应尽可能减小电源和地平面之间的距离，对于高速电路，一般内层会有完整的电源及地平面，这时去耦电容及IC的电源、地引脚直接过孔via打到电源、地平面即可，不需用导线连接起来。

上图左侧，电源引脚和接地连接都比较短（直接通过过孔连接到内部地平面）是最有效的配置；上图右侧，PCB走线内的额外电感和电阻将造成去耦方案的有效性降低，且增加封闭环路可能造成干扰问题。

下面的图是去耦电容通过过孔与地进行连通的方法比较，从最左侧的效果最差依次编号，直到最右侧效果最佳，当然具体采用那种方式还要取决于其它一些因素，综合考虑后做一个折中。

下图，它是一个实际电子产品系统的供电分布网络（PDN - Power Distrubution Network）图，为了强调噪声的起源（最左侧），把电源模块（VRM）放到了最右侧。PCB上的走线、过孔、相关的器件引脚等都会产生寄生电阻、电感等，在图中以R+L的方式等效表达出来。在这个图中可以看出针对IC器件内部（Die）、针对整个IC器件（Package）、针对某一个功能模块中的电路单元都有相应的去耦电容，最左侧（靠近内核）采用频率响应很高的小容值、小封装的陶瓷电容，到右侧则是低频率、容量比较大的电解电容。

6.3 旁路电容

旁路电容，其作用是为前级(如电源产生的高频噪声等干扰)提供一条流到地平面的低阻抗路径，以避免这些干扰影响正在高速工作的器件。

6.3.1 去耦电容和旁路电容

在电子电路中，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，称呼就不一样了。

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。

去耦（decoupling）电容也称退耦电容，是把输出信号的干扰作为滤除对象。

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”。

所以，人们出于习惯，有的把旁路电容称之为去耦电容，有的则把去耦电容称之为旁路电容。

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。

6.3.2 去耦（旁路）电容作用

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。

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。

高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合电容一般比较大，是10u或者更大。

图6.2.3 去耦（旁路）电容

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），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。

6.3.3 去耦（旁路）电容应用举例

音频功放电路中的去耦（旁路）电容

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。

三极管放大电路中的旁路（去耦）电容

图中的CE为旁路电容，其隔直通交的基本特性起到了稳定直流工作点、提高交流放大增益的作用。

稳定直流工作点：直流静态工作电流从RE流过，形成负反馈，稳定直流工作点。如果温度升高，放大倍数β将增大，IC电流将增大，IE电流就增大，IE流经RE产生压降Ue增大，Ub不变，Ue升高，Ube减小，IC就减小，从而稳定IC；如果温度降低，放大倍数β减小，IC电流减小，IE电流就减小，IE流经RE产生压降Ue减小，Ub不变，Ue减小，Ube就增大，IC就增大，又稳定IC。直流放大倍数β=RC/RE，直流放大倍数受到了衰减，但稳定了工作电流。

提高交流放大增益：交流信号近乎无衰减通过CE到地，不会在RE上形成负反馈，所以IE不会受到衰减，从而提高了三极管的交流增益。

关于旁路电容CE得取值，使交流信号流过CE的感抗Xc小于等于电阻RE的1/10即可。

微处理器电源引脚上的去耦（旁路）电容

红框中，由不同大小的电容组成了去耦电容群。大电容（Bulk Capacitor）主要起到滤低频噪声和储能作用；小电容主要起到滤高频噪声的作用，这个高频噪声也许是电源到芯片，更多的是芯片反向输出的电源噪声。不同大小容量的电容并联，可以滤除不同频率段的噪声，增加了滤波的带宽，另外，多个电容器并联，电容的ESL和ESR越并越小，高频滤波效果就越好。

设计去耦电容群，是手机、平板等大功率MPU电源供电设计的通用手法。

6.4 滤波电容

思考
容抗计算公式：

理论上，对于高频信号（ω↑），明显电容越大（c↑），容抗更小（Xc↓），这样高频信号才更容易通过？

6.4.1 电容等效效应

理想的电容由C构成，当然生活中不存在理想的电容，所以实际电容通常需要等效成 电容 + 寄生电感（ESL效应）+ 寄生电阻（ESR效应）的串联形式

电阻（ESR效应）：常见
电感（ESL效应）：多见于高频

由于讨论的高频情况，所以实际电容会等效为

电容实际阻抗为：

当ωl = 1/ωc ，也就是虚部为0时，阻抗最小
频率与阻抗的关系大致图：

可以看到，当Xl = Xc时，阻抗最小，此时对应的频率为电容的自谐振频率点

由此可用推出以下性质：

电源滤波主要利用电容的隔直流、通交流的特性

由公式

直流（ω=0）时，Xc = ∞
交流（ω=常数）时，Xc = 常数
所以有隔直通交的特性

干扰信号的频率越靠近电容的自谐振频率，干扰信号越容易被电容彻底过滤掉
大容值的电容通常具有较大的寄生电感；因而其自谐振频率较小，所以比较适合用于滤除低频干扰噪声

大电容制造工艺所限，一般都是卷制的，多层卷制的导体会在高频环境下等效出一个电感效应，所以大电容本身分布电感比小电容要大得多

电容的封装对于ESL也有较大的影响。例如在高频环境下，0805电容的寄生电感会比0603电容的寄生电感大
一般电源滤波回路负责人的厂家会在大电容旁边再装个瓷片小电容滤除高频干扰信号

小容值的电容通常等效电感较小；因此自谐振频率较大，所以适合用于滤除高频干扰噪声

独石电容、纸介电容、电解电容、低频瓷介（也称为铁电电容）、涤纶电容（一般是容量较大，体积较小），因介质损耗大，不适用于高、中频电路，可用于低频、电源滤波等电路中；云母电容、聚苯乙烯电容、高频瓷介、空气介质电容等（一般是容量较小，相对体积较大），介质损耗小，适合在高频、中频电路中使用

6.4.2 滤波电容应用举例

大电容并联小电容的应用

很多电路中，电解电容（大容量电容）都并联两个或多个小电容，有什么作用？

降低ESR：由于电容存在ESR效应，即实际电容 ≈ 电容 + 寄生电阻将多个实际电容并联 ≈ 多个寄生电阻并联 + 多个电容并联，最终等效的串联电阻R就会变小，电容理想化
稳定性：将纹波电流分摊到多个电容上，使每个电容工作在额定的纹波电流下
退耦：假设并联3个电容，频率与阻抗的关系大致图：

并联多个电容，确保每一个电容都会在每一段高频区间内发挥出退耦效果

4.降低大电容的寄生电感
由上分析可知，大电容在高频环境下易发生 ESL 效应，所以大电容滤波的电源尽量不带高频信号，在之前并一个小电容，可以先剔除掉一些高频信号，这样就抵消了大电容的寄生电感，扩展了衰减频带

整流电路中的滤波稳压电容

在这里插入图片描述
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。

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。

开关电源中的滤波稳压电容

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。

LDO电路中的滤波稳压电容

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。
音频功放电路中的滤波选频电容

图中的R1、C7组成低通滤波电路，滤除高频噪声，通过低频噪声；C4、R3组成高通滤波电路，滤除低频，通过高频；低通电路和高通电路组成一个带通电路。

手机射频功放电路中的滤波选频电容
图中红框里面是π型低通滤波电路，并联的电容就是滤波电容，其作用是，将右边输入的高频信号滤除，让低频信号通过π \piπ型滤波器进入左边的射频功放，实现滤波选频的功能。

图中π型滤波器的截止频率可以用如下公式计算：

硬核文章：

(33 封私信 / 80 条消息) 单片机的供电，为什么要选一个大电容储能，一个小电容滤波？ - 知乎

七、选型

实战案例2：

钽电容的稳定性较好，一般电压裕量留 30%左右就可以。铝电解电容稳定性稍差，电压裕量建议留 50%甚至更多。陶瓷电容的话，如果是多层陶瓷电容，电压裕量留 20%到 30%；如果是单层陶瓷电容，因为其耐压性能较好，电压裕量可以适当小一点。

八、降额

与电阻一样，电容存在稳态、瞬态两种工作状态。

电压电流的瞬时变化波形脉宽≥1s，或者周期性的电压/电流可以视为稳态工作状态。稳态工作状态下，存在某一点（区域）对应器件某项参数的最大应力，则可以称为稳态条件下该项应力最坏情况。

瞬态工作条件为波形脉宽＜1s，且非周期性电压/电流。

划分环境温度的稳态、瞬态依据：一定时间内（天），异常温度（一般为高温）时长不超过整个时长的1%为瞬态，反之则为稳态工作环境。瞬态工作环境下，该区域中某一点对应器件某项参数的最大应力，称为瞬态条件下的该项应力最坏情况。对稳态工作环境来说，则是稳态条件下该项应力最坏情况。

非固体铝电解电容
非固体铝电解电容的封装有插装和贴片两种，降额的要求相同。

纹波电流（Irms）
电容器件在应用中的纹波电流可以大于额定值，但不应超出安全应用区域。如果应用中电容的充放电电流超出安全应用区域，需要具体评估应用风险。在计算安全应用区域时，需要注意按照频率系数，将纹波电流折算到额定纹波电流的相同频率上。
寿命估计
一般来说，单板采用的电容使用寿命需要≥80%*单板设计寿命，以保证单板按照设计寿命正常工作。电容的寿命估计有以下两种方法：

（1）芯温法
将电容芯的核心温度（Tcore）作为输入条件，计算电容器寿命的方法。对于体积较大的焊片型（snap-in）和螺栓型（screw）高压铝电解电容，推荐采用芯温法估算寿命。

（2）纹波电流法
将电容工作时的充放电电流和环境温度作为输入条件，计算电容寿命的方法。对于体积较小的表贴型（v-chip）和引线型（radical）铝电解电容，推荐采用纹波电流法估算寿命。
对于液态铝电解电容，应根据实际应力条件估算应用寿命。寿命计算的基本理论模型是“10度法则”，即应用温度每降低10℃，电容器的应用寿命翻倍。详细的寿命估算方法可以咨询厂商获取。

这里对中高/低压液体铝电容的寿命估计公式进行简单介绍：