PCB设计之电容篇

3.电容的容抗

在电路中电容有一个很重要的作用，就是通交流、隔直流。若一个直流电压加在电容的一端，则电容稳定后（即充放电过程完成后），在电容的另一端不能感受到这个电压，即直流被隔开，这一点我们从RC充放电回路也可以看出来；若输入Vi是一个交流信号，则Vo会输出同频率的交流信号，且输入交流信号频率越高，输出Vo的幅度就越大，即交流信号通过了这个电容。

其实我们可以这样来理解，交流信号的幅度和方向都是随时间变化的，而电容对电压的反应是有隋性的，即它两端的电压不能突变。当电容器一个极板的电位随输入信号变化较快时，电容器两端的电压变化较慢，则引起它的另一个极板的电位也跟着以同样的方式变化。这样以来，虽然有一些损失（电容两端电压毕竟变化了一点），但也相当于交流信号通过了这个电容器。而且，输入信号变化的越快（即频率越高），电容器容量越大（即它两端的电压变化越慢），就越容易通过。

在电路中，电容器C对信号的容抗为：

式中f为信号的频率，单位为赫兹，容抗XC的单位为欧姆。

4.电容的滤波作用

利用电容的特性我们可以制作滤波器。如图4（a）所示的电路就是一个高通滤波器，即输入信号频率越高则越容易通过，频率越低越不容易通过，不允许直流通过，这样就可滤除信号中的低频率成份。相反图4（b）所示的电路则是一个低通滤波器，它可以滤除信号中的高频成份。

（a）高通滤波器 （b）低通滤波器

图4 滤波器电路

5.常用电容器的分类

电容的选取要慎重，一般可选择较知名的电容品牌，如TDK电容、国巨电容等，作为质量的保证。

（1）铝电解电容

铝电解电容为有极性电容，在电路中它的“+”极必须要接电位较高的一端。它的实物照片如图5（a）所示。

优点：容量大，能耐受大的脉动电流。

缺点：容量误差大，泄漏电流大；普通电解电容器不适于在高频和低温下应用，不宜使用在25kHz以上频率。

图5 电容实物

用途：低频旁路、信号耦合、电源滤波。

（2）钽电解电容

钽电解电容也为有极性电容。实物照片如图5（b）所示。

优点：温度特性、频率特性和可靠性均优于普通电解电容器，特别是漏电流极小，寿命长，容量误差小，而且体积小，单位体积下能得到最大的电容电压乘积。

缺点：对脉动电流的耐受能力差，若损坏易呈短路状态，价格较高。

用途：在许多场合可替代铝电解电容，用于超小型高可靠性设备中。

（3）单片陶瓷电容

是目前用量较大的电容。实物照片如图5（c）所示。

优点：温度和频率稳定性都很好，损耗低，寿命长。

缺点：不能做成大容量电容。

用途：高频滤波、振荡和耦合等。