牛人总结！电容的9个作用与用途详细图解

电容是电路设计中最为普通常用的器件，是无源元件之一，有源器件简单地说就是需能(电)源的器件叫有源器件, 无需能(电)源的器件就是无源器件。电容也常常在高速电路中扮演重要角色。

电容的作用和用途，一般都有好多种。如：在旁路、去藕、滤波、储能方面的作用；在完成振荡、同步以及时间常数的作用……

下面来详细分析一下：

1、隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。

2、旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。

旁路电容：旁路电容，又称为退耦电容，是为某个器件提供能量的储能器件。它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。

如图C1为旁路电容，画图时候要尽量靠近IC1

（图C1）

去藕电容：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，去藕电容就是起到一个“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。

旁路电容实际也是去藕合的，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。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般取 0.1F、0.01F 等；而去耦合电容的容量一般较大，可能是 10F 或者更大，依据电路中分布参数、以及驱动电流的变化大小来确定。

如图C3为去耦电容：

（图C3）

它们的区别：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。

3、耦合：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、滤波：这个对电路而言很重要，CPU背后的电容基本都是这个作用。

即频率f越大，电容的阻抗Z越小。当低频时，电容C由于阻抗Z比较大，有用信号可以顺利通过；当高频时，电容C由于阻抗Z已经很小了，相当于把高频噪声短路到GND上去了。

滤波作用：理想电容，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。电解电容一般都是超过 1F，其中的电感成份很大，因此频率高后反而阻抗会大。

我们经常看见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，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。电容频率越高时候则衰减越大，电容像一个水塘，几滴水不足以引起它的很大变化，也就是说电压波动不是你很大时候电压可以缓冲。

如图C2：

（图C2）

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。

分析：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、计时：电容器与电阻器配合使用，确定电路的时间常数。

输入信号由低向高跳变时，经过缓冲1后输入RC电路。电容充电的特性使B点的信号并不会跟随输入信号立即跳变，而是有一个逐渐变大的过程。当变大到一定程度时，缓冲2翻转，在输出端得到了一个延迟的由低向高的跳变。

时间常数：以常见的 RC 串联构成积分电路为例，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，电阻R和电容C串联接入输入信号VI，由电容C输出信号V0，当RC (τ)数值与输入方波宽度tW之间满足：τ》》tW，这种电路称为积分电路。

7、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。

变容二极管的调谐电路：

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。

8、整流：在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。

9、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。

储能作用：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。

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电容器的8个典型应用电路，值得一看

电容复位电路

图5-31所示为电容复位电路，A1是CPU集成电路，A1的①引脚是集成电路A1的复位引脚，复位引脚一般用RESET表示，①引脚内部电路和外部电路中元器件构成复位电路，C1是复位电容，S1是手动复位开关。集成电路A1的①引脚内电路有一个施密特触发器和一只上拉电阻R1，R1端接直流电压，另一端通过A1的①引脚与外部电路中的电容C1相连。

图5-31　电容复位电路

此复位电路的工作原理：电路的电源开关接通后，+5V直流电压通过电阻R1对电容C1充电，这样在电源接通瞬间，电容C1两端没有电压，随着对电容C1的充电，集成电路A1的①引脚上电压开始升高，这样在A1的①引脚上产生一个时间足够长的复位脉冲，时间常数一般为0.2s。

随着+5V直流电压充电的进行，A1的①引脚上的电压达到了一定程度，集成电路A1内部所有电路均可建立起初始状态，复位工作完成，CPU进入初始的正常工作状态。

高频负反馈电容电路

图5-32所示为音频放大器的高频负反馈电容电路，电路中VT1构成了一级音频放大器系统，C1是高频负反馈电容，它利用电容的隔直阻交原理，来消除可能出现的高频自激。

图5-32　高频负反馈电容电路

电路中配备的电容容量要非常小，C1接在VT1的基极与集电极之间，将VT1管从集电极输出的信号加到基极上。晶体管VT1集电极上的交流信号相位为正，而基极信号为负，两极上的电信号相位正好相反。正因为如此，构成了负反馈电路。

电路中电容只对频率比较高的信号呈现通路，而对频率比较低的信号呈现开路，因此C1只对容易产生高频啸叫信号进行负反馈，以达到消除高频啸叫声音的目的。

静噪电容电路

图5-33所示为电子音量电位器中的静噪电容电路，C1是静噪电容，一般采用有极性电解电容，RP1是变阻器。

图5-33　静噪电容电路

压控增益器是一种放大倍数受直流电压大小控制的放大器，输入信号Ui大小一定时，如果①引脚上直流电压大小变化，输出信号Uo大小随之改变，这就是电子音量控制器工作的基本原理。

RP1是音量控制电位器，但是它与普通的音量电位器工作原理不同，RP1中不流过音频信号，当RP1动片上下滑动时，压控增益器的①引脚上的直流电压大小在改变，以此实现对音量的控制。

电容C1的工作原理：RP1动片上是直流电压，如果RP1动片滑动过程中出现一种交流干扰信号，这一交流信号叠加到直流电压上，加到压控增益器的①引脚上，使直流电压大小发生波动，结果出现音量控制过程中的噪声。在加入静噪电容C1后，RP1上的任何交流噪声都被C1旁路到地线，因为C1容量大，对这些交流噪声的容抗很小，达到消除音量电位器转动噪声的目的。

音频阻容耦合电路

图5-34所示为音频阻容耦合电路，电路中C1是音频耦合电容，它夹在前级放大器和后级放大器之间，在这种电路中一般采用电容量较大的电解电容。

图5-34　音频阻容耦合电路

电路中电阻R1是后级放大器的输入电阻，输入电压不能直接看出来。耦合电容是一只有极性的电解电容，它在正极须要接电路中的高电位，所以该电容的正极通过电阻接在了前级放大器的输出端。

电路中，如果耦合电容的极性接反了，耦合电容的漏电电流将会增大，放大器的噪声就会增大。而电路中的电阻R1只是为了限制电流，防止出现高频自激现象。

纯电容串联电路的等效分析

电路中的电子元件只有电容的电路叫做纯电容电路。纯电容串联电路与纯电阻串联电路有一些共性，但是由于电容与电阻的特性不同，所以纯电容串联电路与电阻串联电路的特性也有所不同。

电容串联电路的分析可以进行电阻等效，其等效原理和理解方法与电容等效成电阻的方法一样，在特性频率下电容的容抗等效成一只特定的电阻。图5-35所示为电容串联等效电路。

图5-35　电容串联等效电路

电容串联电路有以下几个特性：电容串联电路中，由于电容只能通交流，所以电路中只有交流电流，而且电流大小处处相等。电容串联电路中，电容串联得越多，它的等效总电容量越小、总容抗越大，而且电容串联电路的总电容小于串联电路中任何一个电容的容量，这与电阻并联的计算相似。电容串联电路中电容量最小的电容首先被充满电和首先放完电，所以电容量最小的电容起主要作用。

有极性电解电容逆串联电路和顺串联电路

如图5-36所示是有极性电解电容逆串联电路和顺串联电路及其等效电路。

逆串联电路就是有极性的电容正极相连或者负极相连，而它们的等效电容就是一个无极性的电容。顺串联电容电路就是两个电容的正极和负极相连，其等效电容还是一个有极性的电容。而逆串联的目的主要是将有极性电解电容变成无极性电解电容。顺串联电路主要用于提高电容耐压上，在电子管电路中使用这种串联电路。

图5-36　有极性电解电容逆串联电路和顺串联电路及其等效电路

电容并联电路主要特性

图5-37所示为电容并联电路，其电路形式与电阻并联电路一样。电路中的电容器C1与C2并联。由于电容器本身的特性决定了这一电路也有它自己的一些不同于电阻并联电路的特性。

图5-37　电容并联电路

电容并联电路有以下几个特点：电路中并联的电容越多，那么等效的总电容量就越大，这与电阻串联电路相似，总容量就是电路中的每个串联电容的容量之和。在电容并联电路中，交流信号电流将分别流过电容C1和C2，在同样的交流信号下，信号的频率越高，流过各并联电容的交流电流越大。在电容支路中，容量大的电容因为容抗小而电流大，容量小的电容因为容抗大而电流小。电容C1和C2是并联的，这样这两个电容器将接在同一个交流信号源电路中，因此加在C1和C2上交流信号的频率是相同的，而且加在各并联电容器上的交流信号电压大小也是一样的。

电容并联电路中，由于流过各电容的电流可能不相等(只有两个电容器的容量相等时，其电流才相等)，因此对各并联电容的充电电荷量可能不相等，容量大的电容因充电电流大而充到的电荷多。对一个电容器的充电电荷多少，与对该电容器的充电电流大小成正比关系。实际大容量的电容不可能成为一个纯电容，它还存在着感抗的特性，从而造成对高频信号的阻抗增大。

电容并联电路的等效分析

电容并联电路可以等效为电阻并联电路，电容的其他电路也可以进行同样的等效，虽然电容并联电路可以等效为电阻并联电路，但是等效后的电路不能完全按照电阻并联电路进行分析。所以需要注意以下几方面：

1)由于是电容器的等效电路，因此这里的等效电阻，并不是实际意义上的电阻器，而是电容器的容抗。所以电路中还是不会有直流电流通过。

2)这种电阻电路的等效方法，往往只是在分析电容器阻碍电路中交流电流流动时才用，其他元器件进行电阻电路的等效也是这种情况下的等效。

3)在考虑电路中电容的容抗大小时，电路分析中往往只需要进行相对大小的分析。电路中，一般情况下并不需要进行定量的分析。

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