九、電容的選擇

　　通常，應該如何為我們的電路選擇一顆合適的電容呢？筆者認為，應基于以下幾點考慮：

　　1、靜電容量；

　　2、額定耐壓；

　　3、容值誤差；

　　4、直流偏壓下的電容變化量；

　　5、噪聲等級；

　　6、電容的類型；

　　7、電容的規格。

　　那么，是否有捷徑可尋呢？其實，電容作為器件的外圍元件，幾乎每個器件的 Datasheet 或者 Solutions，都比較明確地指明了外圍元件的選擇參數，也就是說，據此可以獲得基本的器件選擇要求，然后再進一步完善細化之。

　　其實選用電容時不僅僅是只看容量和封裝，具體要看產品所使用環境，特殊的電路必須用特殊的電容。

　　下面是 chip capacitor 根據電介質的介電常數分類， 介電常數直接影響電路的穩定性。

　　NP0 or CH （K 《 150）： 電氣性能最穩定，基本上不隨溫度﹑電壓與時間的改變而改變，適用于對穩定性要求高的高頻電路。鑒于K 值較小，所以在0402、0603、0805 封裝下很難有大容量的電容。如 0603 一般最大的 10nF以下。

　　X7R or YB （2000 《 K 《 4000）： 電氣性能較穩定，在溫度﹑電壓與時間改變時性能的變化并不顯著（ΔC 《 ±10%）。適用于隔直、偶合、旁路與對容量穩定性要求不太高的全頻鑒電路。

　　Y5V or YF（K 》 15000）： 容量穩定性較 X7R 差（ΔC 《 +20% ～ -80%），容量﹑損耗對溫度、電壓等測試條件較敏感，但由于其K 值較大，所以適用于一些容值要求較高的場合。

　　十、多層陶瓷電容（MLCC）

　　對于電容而言，小型化和高容量是永恒不變的發展趨勢。其中，要數多層陶瓷電容（MLCC）的發展最快。

　　多層陶瓷電容在便攜產品中廣泛應用極為廣泛，但近年來數字產品的技術進步對其提出了新要求。例如，手機要求更高的傳輸速率和更高的性能；基帶處理器要求高速度、低電壓；LCD 模塊要求低厚度（0.5mm）、大容量電容。 而汽車環境的苛刻性對多層陶瓷電容更有特殊的要求：首先是耐高溫，放置于其中的多層陶瓷電容必須能滿足150℃ 的工作溫度；其次是在電池電路上需要短路失效保護設計。

　　也就是說，小型化、高速度和高性能、耐高溫條件、高可靠性已成為陶瓷電容的關鍵特性。

　　陶瓷電容的容量隨直流偏置電壓的變化而變化。直流偏置電壓降低了介電常數， 因此需要從材料方面，降低介電常數對電壓的依賴，優化直流偏置電壓特性。

　　應用中較為常見的是 X7R（X5R）類多層陶瓷電容， 它的容量主要集中在1000pF 以上，該類電容器主要性能指標是等效串聯電阻（ESR），在高波紋電流的電源去耦、濾波及低頻信號耦合電路的低功耗表現比較突出。

　　另一類多層陶瓷電容是 C0G 類，它的容量多在 1000pF 以下， 該類電容器主要性能指標是損耗角正切值 tgδ（DF）。傳統的貴金屬電極（NME）的 C0G產品 DF 值范圍是 （2.0 ～ 8.0） × 10-4，而技術創新型賤金屬電極（BME）的C0G 產品 DF 值范圍為 （1.0 ～ 2.5） × 10-4， 約是前者的 31 ～ 50%。 該類產品在載有 T/R 模塊電路的 GSM、CDMA、無繩電話、藍牙、GPS 系統中低功耗特性較為顯著。較多用于各種高頻電路，如振蕩/同步器、定時器電路等。

　　十一、鉭電容替代電解電容的誤區

　　通常的看法是鉭電容性能比鋁電容好，因為鉭電容的介質為陽極氧化后生成的五氧化二鉭，它的介電能力（通常用ε 表示）比鋁電容的三氧化二鋁介質要高。因此在同樣容量的情況下，鉭電容的體積能比鋁電容做得更小。（電解電容的電容量取決于介質的介電能力和體積，在容量一定的情況下，介電能力越高，體積就可以做得越小，反之，體積就需要做得越大）再加上鉭的性質比較穩定，所以通常認為鉭電容性能比鋁電容好。

　　但這種憑陽極判斷電容性能的方法已經過時了，目前決定電解電容性能的關鍵并不在于陽極，而在于電解質，也就是陰極。因為不同的陰極和不同的陽極可以組合成不同種類的電解電容，其性能也大不相同。采用同一種陽極的電容由于電解質的不同，性能可以差距很大，總之陽極對于電容性能的影響遠遠小于陰極。

　　還有一種看法是認為鉭電容比鋁電容性能好，主要是由于鉭加上二氧化錳陰極助威后才有明顯好于鋁電解液電容的表現。如果把鋁電解液電容的陰極更換為二氧化錳， 那么它的性能其實也能提升不少。

　　可以肯定，ESR 是衡量一個電容特性的主要參數之一。 但是，選擇電容，應避免 ESR 越低越好，品質越高越好等誤區。衡量一個產品，一定要全方位、多角度的去考慮，切不可把電容的作用有意無意的夸大。

　　---以上引用了部分網友的經驗總結。

　　普通電解電容的結構是陽極和陰極和電解質，陽極是鈍化鋁，陰極是純鋁，所以關鍵是在陽極和電解質。陽極的好壞關系著耐壓電介系數等問題。

　　一般來說，鉭電解電容的ESR 要比同等容量同等耐壓的鋁電解電容小很多，高頻性能更好。如果那個電容是用在濾波器電路（比如中心為50Hz 的帶通濾波器）的話，要注意容量變化后對濾波器性能（通帶。。。）的影響。

　　十二、旁路電容的應用問題

　　嵌入式設計中，要求 MCU 從耗電量很大的處理密集型工作模式進入耗電量很少的空閑/休眠模式。這些轉換很容易引起線路損耗的急劇增加，增加的速率很高，達到20A/ms 甚至更快。

　　通常采用旁路電容來解決穩壓器無法適應系統中高速器件引起的負載變化，以確保電源輸出的穩定性及良好的瞬態響應。旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件，它能使穩壓器的輸出均勻化，降低負載需求。就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，并向器件進行放電。為盡量減少阻抗，旁路電容要盡量靠近負載器件的供電電源管腳和地管腳。這能夠很好地防止輸入值過大而導致的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。

　　應該明白，大容量和小容量的旁路電容都可能是必需的，有的甚至是多個陶瓷電容和鉭電容。這樣的組合能夠解決上述負載電流或許為階梯變化所帶來的問題，而且還能提供足夠的去耦以抑制電壓和電流毛刺。在負載變化非常劇烈的情況下，則需要三個或更多不同容量的電容，以保證在穩壓器穩壓前提供足夠的電流。快速的瞬態過程由高頻小容量電容來抑制，中速的瞬態過程由低頻大容量來抑制，剩下則交給穩壓器完成了。

　　還應記住一點，穩壓器也要求電容盡量靠近電壓輸出端。

　　十三、電容的等效串聯電阻ESR

　　普遍的觀點是：一個等效串聯電阻（ESR）很小的相對較大容量的外部電容能很好地吸收快速轉換時的峰值（紋波）電流。但是，有時這樣的選擇容易引起穩壓器（特別是線性穩壓器 LDO）的不穩定，所以必須合理選擇小容量和大容量電容的容值。永遠記住，穩壓器就是一個放大器，放大器可能出現的各種情況它都會出現。

　　由于 DC/DC 轉換器的響應速度相對較慢，輸出去耦電容在負載階躍的初始階段起主導的作用，因此需要額外大容量的電容來減緩相對于 DC/DC 轉換器的快速轉換，同時用高頻電容減緩相對于大電容的快速變換。通常，大容量電容的等效串聯電阻應該選擇為合適的值，以便使輸出電壓的峰值和毛刺在器件的Dasheet 規定之內。

　　高頻轉換中，小容量電容在 0.01μF 到0.1μF 量級就能很好滿足要求。表貼陶瓷電容或者多層陶瓷電容（MLCC）具有更小的 ESR。另外，在這些容值下，它們的體積和 BOM 成本都比較合理。如果局部低頻去耦不充分，則從低頻向高頻轉換時將引起輸入電壓降低。電壓下降過程可能持續數毫秒，時間長短主要取決于穩壓器調節增益和提供較大負載電流的時間。

　　用 ESR 大的電容并聯比用 ESR 恰好那么低的單個電容當然更具成本效益。然而，這需要你在 PCB 面積、器件數目與成本之間尋求折衷。

　　十四、電源輸入端的X，Y 安全電容

　　在交流電源輸入端，一般需要增加三個電容來抑制EMI 傳導干擾。

　　交流電源的輸入一般可分為三根線：火線（L）/零線（N）/地線（G）。在火線和地線之間及在零線和地線之間并接的電容，一般稱之為Y 電容。這兩個Y電容連接的位置比較關鍵，必須需要符合相關安全標準，以防引起電子設備漏電或機殼帶電，容易危及人身安全及生命，所以它們都屬于安全電容，要求電容值不能偏大，而耐壓必須較高。一般地，工作在亞熱帶的機器，要求對地漏電電流不能超過0.7mA；工作在溫帶機器，要求對地漏電電流不能超過0.35mA。因此，Y 電容的總容量一般都不能超過4700pF。

　　特別提示：Y 電容為安全電容，必須取得安全檢測機構的認證。Y 電容的耐壓一般都標有安全認證標志和AC250V 或AC275V 字樣，但其真正的直流耐壓高達5000V 以上。因此，Y 電容不能隨意使用標稱耐壓AC250V，或DC400V之類的普通電容來代用。

　　在火線和零線抑制之間并聯的電容，一般稱之為X 電容。由于這個電容連接的位置也比較關鍵，同樣需要符合安全標準。因此，X 電容同樣也屬于安全電容之一。X 電容的容值允許比Y 電容大，但必須在X 電容的兩端并聯一個安全電阻，用于防止電源線拔插時，由于該電容的充放電過程而致電源線插頭長時間帶電。安全標準規定，當正在工作之中的機器電源線被拔掉時，在兩秒鐘內，電源線插頭兩端帶電的電壓（或對地電位）必須小于原來額定工作電壓的30%。

　　同理，X 電容也是安全電容，必須取得安全檢測機構的認證。X 電容的耐壓一般都標有安全認證標志和AC250V 或AC275V 字樣，但其真正的直流耐壓高達2000V 以上，使用的時候不要隨意使用標稱耐壓AC250V，或DC400V 之類的普通電容來代用。

　　X 電容一般都選用紋波電流比較大的聚脂薄膜類電容，這種電容體積一般都很大，但其允許瞬間充放電的電流也很大，而其內阻相應較小。普通電容紋波電流的指標都很低，動態內阻較高。用普通電容代替X 電容，除了耐壓條件不能滿足以外，一般紋波電流指標也是難以滿足要求的。

　　實際上，僅僅依賴于Y 電容和X 電容來完全濾除掉傳導干擾信號是不太可能的。因為干擾信號的頻譜非常寬，基本覆蓋了幾十KHz 到幾百MHz，甚至上千MHz 的頻率范圍。通常，對低端干擾信號的濾除需要很大容量的濾波電容，但受到安全條件的限制，Y 電容和X 電容的容量都不能用大；對高端干擾信號的濾除，大容量電容的濾波性能又極差，特別是聚脂薄膜電容的高頻性能一般都比較差，因為它是用卷繞工藝生產的，并且聚脂薄膜介質高頻響應特性與陶瓷或云母相比相差很遠，一般聚脂薄膜介質都具有吸附效應，它會降低電容器的工作頻率，聚脂薄膜電容工作頻率范圍大約都在1MHz 左右，超過1MHz 其阻抗將顯著增加。

　　因此，為抑制電子設備產生的傳導干擾，除了選用Y 電容和X 電容之外，還要同時選用多個類型的電感濾波器，組合起來一起濾除干擾。電感濾波器多屬于低通濾波器，但電感濾波器也有很多規格類型，例如有：差模、共模，以及高頻、低頻等。每種電感主要都是針對某一小段頻率的干擾信號濾除而起作用，對其它率的干擾信號的濾除效果不大。通常，電感量很大的電感，其線圈匝數較多，那么電感的分布電容也很大。高頻干擾信號將通過分布電容旁路掉。而且，導磁率很高的磁芯，其工作頻率則較低。目前，大量使用的電感濾波器磁芯的工作頻率大多數都在75MHz 以下。對于工作頻率要求比較高的場合，必須選用高頻環形磁芯，高頻環形磁芯導磁率一般都不高，但漏感特別小，比如，非晶合金磁芯，坡莫合金等。