目录
一、电容理论基础
1.电容的本质
2.电容量的大小
（1）电容的单位
（2）电容量的决定式
3.电容的特点
4.电容的串并联
5.电容器的类型
6.电容实际的电路模型
二、电容器的选型
1.安装方式
2.电容值
3.电容的类型
4.耐压、封装
5.阻抗-频率特性编辑
6.等效串联电阻ESR
7.电容器的温度特性
三、陶瓷电容器
1.陶瓷电容的结构
2.陶瓷电容器的容量
3.陶瓷电容的耐压值
4.陶瓷电容器的类型
四、铝电解电容器
1.铝电解电容
2.铝电解电容的结构
3.铝电解电容器的损耗角
4.铝电解电容器的漏电流
五、安规电容
六、电容与电感对比图
七、电容充电放电仿真
一、电容理论基础
1.电容的本质
两个相互靠近的导体，中间夹一层不导电的绝缘介质，这就构成了电容器。当电容器的两个极板之间加上电压时，电容器就会储存电荷。
两个相互靠近的金属板中间夹一层绝缘介质组成的器件，当两端存在电势差时，由于介质阻碍了电荷移动累积在金属板上，衡量金属板上存储电荷的能力称之为电容，相应的器件称为电容器。
2.电容量的大小
电容器的电容量在数值上等于一个导电极板上的电荷量与两个极板之间的电压之比。电容器的电容量的基本单位是法拉(F)。在电路图中通常用字母C 表示电容元件。
C = Q / U
Q：电容器上所带的电荷量，单位为库伦（q）
U：电容器两端的电压差，单位为伏特（V）
C：电容器存储电荷的能力，单位为法拉（F）
（1）电容的单位
在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F，由于法拉这个单位太大，所以常用的电容单位有毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）等，换算关系是：
（2）电容量的决定式
一个电容器，如果带1库的电量时两级间的电势差是1伏，这个电容器的电容就是1法拉，
即：C = Q / U ，但电容的大小不是由Q（带电量）或U（电压）决定的，即电容的决定式为：
化简之后：
3.电容的特点
电容器的本质就是充放电，在电路中起到隔直流通交流的作用。
电容内部是绝缘物质，内部不会导通，通交流时应用电容的充放电功能，从外部看，感觉上导通而已。
隔直流：只充电，不放电。充满后无法放电，断开状态。
通交流：循环充电与放电。按交流信号频率循环充放电，导通状态。
4.电容的串并联
5.电容器的类型
电容器的本质就是储能，充放电，常见有滤波电容，旁路电容，耦合电容，退耦电容，自举电容等
6.电容实际的电路模型
电容作为基本元器件之一，实际生产的电容都不是理想的，会有寄生电感，等效串联电阻存在，同时因为电容两极板间的介质不是绝对绝缘的，因此存在数值较大的绝缘电阻。
二、电容器的选型
1.安装方式
安装方式有插件跟贴片两种如图：
陶瓷电容，铝电解电容，钽电解电容一般选择贴片的，安规电容一般是插件的，铝电解电容，为了降低成本，也有选择插件的。
2.电容值
在电路设计的过程中，根据我们的需求我们可确定容值
如：在每芯片的供电电源上，我们通常会并联一个0.1uF的电容，几个芯片的供电电源上并联一个10uF的电容，作用是保证芯片的可持续供电和滤掉高频杂波得到平滑的电源，当线路上的电源还没到达芯片时，可由旁路的0.1uf电容对芯片进行供电，保证芯片的工作。
①计算取值 ：晶体震荡电路， LC 滤波电容等， 可以通过计算取值；
②手册取值 ：设计电路时， 参考手册应用电路， 按建议取值
③经验取值 ：滤波电容， 储能电容等，— 般凭经验取值， 再根据实际测试进行调整。
3.电容的类型
根据电路，合理选择电容类型。
按容值：
- — 般小千10uF的 ， 优先选择陶瓷电容
- 小于几百uF的 ， 可以选择铝电解电容与钽电解电容
- 大于几百uF的 ，— 般选择铝电解电容
按环境温度：
- 高温环境，一般选择陶瓷电容与钽电容， 因为铝电解电容里面是电解液，高温环境对寿命影响较大
- 低温环境，一般不选铝电解电容，因为铝电解电容低温特性差
4.耐压、封装
根据电路，确定电容耐压值，再选择封装，封装越大，耐压越大。
耐压方面，陶瓷电容较好，钽电解解电容较差（要求耐压为承受压电的2倍）
例如：给5V 电源滤波， 可以选用10uF/ 6.3V的陶瓷电 容，100uF/ 6.3V的铝电解电容，需要选用47uF/ 10V的钽电解电容。
常用陶瓷电容封装： 0402 , 0603, 0805, 1206 等
常用贴片铝电解电容封装： 5* 5.5,6.3* 7.7等
常用钽电解电容封装： A型， B型 ， C型 ， D型， E型等
5.阻抗-频率特性
由此可知，电容在谐振频率处阻抗最低，滤波效果最好。
那么各种规格的电容的谐振频率是多少呢，下图是常用电容的谐振频率表：
C增大，谐振频率表减小
C增大，ESR减小
6.等效串联电阻ESR
从左图我们知道，整个阻抗曲线呈大V 型，只有在谐振频率点附近的阻抗才比较低。所以，实际的去耦电容都有一定的工作频率范围，只有在谐振频率附近，电容才有很好的去耦作用。
从右图来看下常规的 MLCC 陶瓷电容的曲线图。可以看出，不同的电容，曲线是不同的，容量大的 ESR 要小写，谐振频率低些，主要滤低频。容量小的ESR 要大些，谐振频率要高些，主要滤高频。
7.电容器的温度特性
在设计电路的时候，需要考虑不同电容的温度系数，按照使用场景选择符合要求的电容。在一些对电容容量由要求的地方，就不能选择Y 或者Z 系列的电容。
不同类型的电容的工作温度范围是不同的、并且其容量随温度的变化也不同，相差非常大，如：
三、陶瓷电容器
1.陶瓷电容的结构
MLCC（Multi-layer Ceramic Capacitors）是片式多层陶瓷电容器英文缩写。是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层（外电极），从而形成一个类似独石的结构体，故也叫独石电容器。
2.陶瓷电容器的容量
常用陶瓷电容容量范围：0.5pF~100uF。
1.陶瓷电容容量从0.5pF 起步，可以做到100uF，并且根据电容封装（尺寸）的不同，容量也会不同。
2.选购电容器不能一味的选择大容量，选择合适的才是正确的，例如 0402 电容可以做到10uF/10V，0805 的电容可以做到47uF/10V，但是为了好采购、成本低，一般都不会顶格选电容。
3.一般推荐0402 选4.7uF-6.3V，0603 选22uF/6.3，0805 选47uF/6.3V，其它更高耐压需要对应降低容量。
4.满足要求的情况下，选择主要就看是否常用，价格是否低廉。
3.陶瓷电容的耐压值
电容器的外加电压不得超过规范中规定的额定电压，实际在电路设计中，一般选用电容时，都会让额定电压留有大概70%的裕量。
陶瓷电容常见的额定电压有：2.5V、4V、6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、200V、250V、450V、500V、630V、1KV、1.5KV、2KV、2.5KV、3KV 等等。
额定电压值与电容的两极板间的距离有关系，额定电压越大，一般距离就要更大，否则介质会被击穿。
因此，这就导致了同等容量的电容，耐压值高的，一般尺寸会更大。
4.陶瓷电容器的类型
同介质种类由于它的主要极化类型不一样，其对电场变化的响应速度和极化率亦不一样。在相同的体积下的容量就不同，随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同。
介质材料划按容量的温度稳定性可以分为两类
即Ⅰ类陶瓷电容器和Ⅱ类陶瓷电容器
NPO 属于Ⅰ类陶瓷
其他的X7R、X5R、Y5V、Z5U 等都属于Ⅱ类陶瓷。
1.电容器的品质因数是指其内部能量损耗与存储能量之比，即电容器的有功损耗和无功损耗与其存储能量的比值。品质因数越高，表示电容器的能量损耗越小，存储能量的能力越强。
2. Q = 1 / (ωRC)
3.其中，Q表示电容器的品质因数，ω表示电容器的角频率，R表示电容器的电阻，C表示电容器的电容。
4.一类电容器：常用于振荡器、谐振回路、高频电路、以及其他要求损耗小和电容量稳定的电路
5. 二类电容器：常用于旁路、耦合或者其他对损耗和电容量稳定性要求不高的电路中
5.二类电容器又分为稳定级别和可用级别。X5R和X7R属于二类稳定级别，容量随温度变化不是特别
6.Y5V和Z5U属于可用级别，容量随温度变化特别大，适用于要求大容量，温度变化不大的电路。
四、铝电解电容器
1.铝电解电容
优点：电容容量大，耐压好，价格便宜
缺点：ESR（等效串联电阻）大，耐温差
2.铝电解电容的结构
三部分构成：
正导电极板：铝箔
电介质：阳极铝箔表面形成的氧化膜（Al2O3)
负导电极板：电解液+铝箔
铝箔是铝电解电容器主要材料，将铝箔设置为阳极，在电解液中通电后，铝箔的表面会形成氧化膜(Al2O3)，此氧化膜的功能为电介质。
氧化膜（Al2O3)特性：
1.厚度与耐压成正比
2.介电常数8-10
3.绝缘电阻与耐压成正比
4.正向电压（相当于二极管导体）会导致氧化铝被破坏
如下图示例：
1.正导电极板：铝箔
电介质：阳极铝箔表面进行氧化工艺形成的氧化膜（Al2O3)
负导电极板：电解液+铝箔
2.氧化膜（Al2O3)也不是绝对绝缘的，与耐压成正比，大概是10的八次方到10的九次方欧姆每米，这个绝缘电阻也就是漏电流的由来
3.阴极铝箔是没有氧化的程序。因此，阴极铝箔表面只有少量的自然氧化形成的(Al2O3)，能承受的电压只有0.5V 左右。
4.正常使用：DA方向截止，DC导通，DC失效了但也无所谓，所有正常使用电容器
5.接反使用：DA被正向导通了，DA失效，DC反向截止但是DC能够承受的电压只有0.5V，所以很快DC也会被击穿，这个时候电容内部会产生热量和气体，电容就会爆炸
3.铝电解电容器的损耗角
什么叫损耗角呢？
损耗角也叫损耗正切值。是有功功率和无功功率之比。
有功功率就是对外做功的部分，也可理解为电路中电阻部分消耗的功率。
无功功率主要是在有电容和电感元件的电路中产生电场和磁场所需要的功率，它始终存在，但不会被消耗。
实际的电容具有ESR（等效串联电阻）和ESL（等效串联电感）。
4.铝电解电容器的漏电流
漏电流是铝电解电容器特性之一，当施加直流电压时，电介质氧化层允许很小的电流通过，这一部分小电流称为漏电流。
理想的电容器是不会产生漏电流的情况（和充电电流不一样，即使电压恒定，这个电流也是持续存在的）。
漏电流会随时间而变化，如图所示、随时间而减小后会达到一个稳定值。因此，漏电流的规格值为20℃下施加额定电压一段时间之后所测量的值。
当温度升高时，漏电流增加；温度降低，漏电流减少施加的电压降低，漏电流值也会减少。
五、安规电容
安规电容是指电容器失效后，不会导致电击，不危及人身安全的安全电容器。
任何两根电源线或通信线上所存在的干扰，均可用共模干扰和差模干扰来表示：
共模干扰在导线与地（机壳）之间传输，属于非对称性干扰，它定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差。
差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰,它定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。在一般情况下，共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小。
1、差模干扰（Differential-mode Interference）定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。
2、共摸干扰（Common- mode Interference）定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差；
六、电容与电感对比图
七、电容充电放电仿真
打开仿真软件multisim14.0，打开分析和模拟设置如下：
使用示波器电容充电仿真：
使用示波器电容放电仿真：
