电容是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于隔直、耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换、控制电路等方面。用 C 表示电容，电容的基本单位法拉（F），除此还有 微法拉（μ F）、纳法拉（nF）、皮法拉（pF），1F = 106μF = 109nF = 1012pF。

初识电容

电容种类繁多，这里随便贴几种，共大家欣赏，实物图如图 3-3 所示。

电容的用途

电容种类繁多，应用甚广。笔者就以几个实例抛出问题，再举例着重讲述电解电容和瓷 片电容在电路中的储能、滤波和去耦等功能。

（1）使用吸尘器时收音机会出现“啪啦、啪啦”的杂音，原因是吸尘器的马达产生的 微弱（低强度高频）电压/电流变化通过电源线传递进入收音机，以杂音的形式出现，将这 种干扰称之为“传导干扰”。

（2）当摩托车从附近道路通过时，电视机会出现雪花状干扰。这是因为摩托车点火装

置的脉冲电流产生了电磁波，传到空间再传给附近的电视天线、电路上。将这种干扰称之 为“辐射干扰”。

（3）冬天的时候，特别是在北方比较干燥的城市，晚上睡觉脱衣服时，经常会看到衣 服有“火花”，实际上这是“静电放电”现象，称之为 ESD。如果此时你用手触摸一些电子元件，说不定会电击毁这些元器件，因为电压有 3~5KV 之高。电压随高，但电量很少，所 以对人体危害不大。

（4）开空调时，室内的荧光灯会出现瞬时变暗的现象，这是因为大量电流流向空调， 电压急速下降，利用统一电源的荧光灯受到影响，这种电压突然骤降的“浪涌”现象，称 之为 Surge。

为了研究、解决以上这些问题，后来发展起来了一门学科 EMC。若想更深入了解，读 者可以去研读一下郑军奇的《EMC 电磁兼容设计与测试案例分析》，有些例子相当经典。这 里顺便为读者扩展几个概念，希望读者能够了解。

（1）去耦。当器件高速开关时，把射频能量从高频器件的电源端泄放到电源分配网络。 去耦电容也为器件和元件提供一个局部的直流源，这对减小电流在板上传播浪涌尖峰很有 作用。

（2）旁路。把不必要的共模 RF 能量从元件或线缆中泄放掉。它的实质是产生一个交 流支路来把不需要的能量从易受影响的区域泄放掉。另外，它还提供滤波功能（带宽限制）， 有时笼统地称为滤波。

（3）储能。当所用的信号脚在最大容量负载下同时开关时，用来保持提供给器件恒定 的直流电压和电流。它还能阻止由于元件 di/dt 电流浪涌而引起的电源跌落。如果说去耦是 高频的范畴，那么储能可以理解为是低频范畴。

电容的选择。选择旁路电容和去耦电容时，并非取决于电容值和大小，而是电容的自 谐振频率，并与所需旁路式去耦的频率相匹配。在自谐振频率以下电容表现为容性，在自 谐振频率以上电容变为感性，这将会减小 RF 去耦功能。再看看常用的两种瓷片电容的自谐 振频率，如表 3-1 所示。

表 3-1 瓷片电容的封装与自谐振频率的关系

综上可得，使用去耦电容最重要的一点就是电容的引线电感。表贴电容比插件电容高 频时有很好的效能，就是因为它的引线电感很低。

并联电容。若有些电路中滤波效果不好，可以采用并联电容的方式来增加滤波效果， 但不是随意的增加并联的个数或随意放置几个电容，这样只会浪费材料。

一般原则是并联的电容必须有不同的数量级（例如 0.1μF 和 1nF），这个数量级最好是两个或 100 倍。

（4）滤波。滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要

措施，通俗点讲就是将想要的留下，不想要的统统干掉。

实例解说储能和滤波

这个例子就是飛天一號（MGMC-V1.0）开发板上的 USB 转串口电路（CH340T），电路如图 3-4 所示。

图 3-4 USB 下载和外扩电源接口电路图 残弈悟恩也毫不隐讳的告诉大家，在调试这个电路时真是花了不少时间，或许是水平

太低、或许是想做得更好。接下来简述上述电路调试心得。

问题一：单片机 P3.0 一直为高，单片机根本拉不低，导致电路开关作用不大。 解决方法，实际测试发现该引脚一直为高，就是取了单片机芯片也为高，说明问题肯

定在 U10 身上，最后一看数据手册，确实默认为高，所以反接了一个 D9（1N4148），不知读 者还能否记得二极管的单向导电特性，最后问题顺利得到解决。

问题二：在关闭电源的情况下，电源指示灯 D11 会微微发亮。解决办法，结合数据手册和测试发现，U10 的 4 引脚有 2V 多的电压，所以才会发亮，

因而在 4 引脚上串联了一个 100Ω 的电阻，以做限流、分压用。

问题三：COM 口要么直接发现不了，要么发现之后一开电源就不见了。 原因分析，残弈悟恩在一开始设计电路时，根本没有 C10、C20、E3 这三个电容，不加，

当然不是为了节省成本，而是太想当然了，在这里慎重的向读者说声：对不起！残弈悟恩 错了。最后拿示波器测试发现，板子上电的这一瞬间，“+5V”这个端子的电压变化如图 3-5 所示，接着再看 CH340T 的数据手册，其中电源 VCC 的要求如图 3-6 所示。

图 3-5 未接电容时 CH340T 电源端子电压的变化图

图 3-6 CH340 的 VCC 要求规格数

依图 3-5 可知，在开发板上电的瞬间，“+5V”端子的电压会掉到 4V 甚至 4V 以下，而要求是最小 4.5V，这样的设计没问题才怪呢！这与开空调时室内荧光灯变暗原理类似。为 解决这个问题，前面提到的“储能”就很有用了。残弈悟恩凭着经验加了一个 C10（0.1μF）、 一个 E3（220μF）的电解电容，为该电源网络滤波、储能。所谓的储能过程就是接通 USB 时， 则会给 E3 电容充电，接着当打开电源开关时，由于后面的负载会拉低这个电源电压，此时若“+5V”端子的电压低于 E3 两端的电势，则 E3 就会放电，来弥补这个电压。这时测试发 现，电压还是会有变化，最小值为：4.8V，4.8V（4.8V》4.5V）肯定是满足了设计要求， 这 样问题就可得以解决。

纹波（Ripple）是指在直流电压中叠加的交流成分。直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些交流成份，这 种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。纹波的成分较为复杂，它的形态一般为频率高于工频（指工业上用的交流电源的频率）的类似正弦波的谐波，另一种则是宽度很 窄的脉冲波。对于不同的场合，对纹波的要求各不一样。

或许这么说，读者听起来有些吃力，那就举个理解。大海，理论上是一个很平静的水 面（直流），但由于大风的作用，总是波浪起伏（交流）。这里的波浪就是基于海平面上的 “纹波”，它总是叠加于海平面（直流）之上，小则没事，大则覆舟。对于纹波，不同的电 源、不同的电路设计、不同的方案，可能要求不同。例如对于电源电压来说，5V 的电源一般要求的纹波不能超过 100mV；DC-DC 电压（产生 5V 的电压），输入端纹波不能超过 120mV， 输出端纹波不能超过 50mV。读者这里说的是对于机顶盒电源的要求，当然产品不同，或许 对于要求会不同。但对于单片机设计来说，这样的要求肯定能满足系统要求。

之后测试+5V 的纹波。由图可知 Δ V（纹波）为 484mV，显然高于 要求（100mV），并且由图可知纹波频率小于 10Hz，由表 3-1 可知，没有必要采用容值较小 的瓷片电容来增加滤波效果，可以通过加大电解电容来增加滤波，最后将 220μF 的电容换 成了 470μF，纹波测试如图 3-8 所示，此时纹波为 80.8mV，小于 100mV，满足要求。其实 对于设计电路来说，设计到这里就可以结束了，但是为了满足残弈悟恩的“虚荣心”，又在 C10 上并接了一个 C20（10μF 瓷片电容），接着测试纹波，如图 3-9 所示，此时纹波为 21.6mV，可能有人会说这是浪费，这个就依情况而定了。

图 3-7 接了 220μF 滤波电容之后的纹波图

图 3-8 接了 470μF 滤波电容之后的纹波图

图 3-9 并接了 10μF 电容之后的纹波图

结合上面的图文，大家应该能够理解电容的储能和滤波作用，这样便可为以后的设计积累经验。