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（μF）、纳法拉（nF）、皮法拉（pF），1F=106μF=109nF=1012pF。

3.2.1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。

3.2.2电容的用途

图3-3电容实物图

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。

3.2.3实例解说储能和滤波

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

图3-4USB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3-6CH340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，纹波如图3-7所示。由图可知ΔV（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。