濾波電容

電容是兩個(gè)彼此靠近又相互絕緣的導(dǎo)體。

濾波電容是指安裝在整流電路兩端用以降低交流脈動(dòng)波紋系數(shù)提升高效平滑直流輸出的一種儲(chǔ)能器件。由于濾波電路要求儲(chǔ)能電容有較大電容量。所以，絕大多數(shù)濾波電路使用電解電容。電解電容由于其使用電解質(zhì)作為電極（負(fù)極）而得名。

作用

濾波電容用在電源整流電路中，用來(lái)濾除交流成分。使輸出的直流更平滑。而且對(duì)于精密電路而言，往往這個(gè)時(shí)候會(huì)采用并聯(lián)電容電路的組合方式來(lái)提高濾波電容的工作效果。

低頻濾波電容主要用于市電濾波或變壓器整流后的濾波，其工作頻率與市電一致為50Hz；而高頻濾波電容主要工作在開(kāi)關(guān)電源整流后的濾波，其工作頻率為幾千Hz到幾萬(wàn)Hz。濾波電容在開(kāi)關(guān)電源中起著非常重要的作用，如何正確選擇濾波電容，尤其是輸出濾波電容的選擇則是每個(gè)工程技術(shù)人員十分關(guān)心的問(wèn)題。

50赫茲工頻電路中使用的普通電解電容器，其脈動(dòng)電壓頻率僅為100赫茲，充放電時(shí)間是毫秒數(shù)量級(jí)。為獲得更小的脈動(dòng)系數(shù)，所需的電容量高達(dá)數(shù)十萬(wàn)微法，因此普通低頻鋁電解電容器的目標(biāo)是以提高電容量為主，電容器的電容量、損耗角正切值以及漏電流是鑒別其優(yōu)劣的主要參數(shù)。而開(kāi)關(guān)電源中的輸出濾波電解電容器，其鋸齒波電壓頻率高達(dá)數(shù)萬(wàn)赫茲，甚至是數(shù)十兆赫茲。這時(shí)電容量并不是其主要指標(biāo)，衡量高頻鋁電解電容優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是“阻抗- 頻率”特性。要求在開(kāi)關(guān)電源的工作頻率內(nèi)要有較低的等效阻抗，同時(shí)對(duì)于半導(dǎo)體器件工作時(shí)產(chǎn)生的高頻尖峰信號(hào)具有良好的濾波作用。

普通的低頻電解電容器在萬(wàn)赫茲左右便開(kāi)始呈現(xiàn)感性，無(wú)法滿足開(kāi)關(guān)電源的使用要求。而開(kāi)關(guān)電源專用的高頻鋁電解電容器有四個(gè)端子，正極鋁片的兩端分別引出作為電容器的正極，負(fù)極鋁片的兩端也分別引出作為負(fù)極。電流從四端電容的一個(gè)正端流入，經(jīng)過(guò)電容內(nèi)部，再?gòu)牧硪粋€(gè)正端流向負(fù)載；從負(fù)載返回的電流也從電容的一個(gè)負(fù)端流入，再?gòu)牧硪粋€(gè)負(fù)端流向電源負(fù)端 ［3］ 。

分類

一般情況下，電解電容的作用是過(guò)濾掉電流中的低頻信號(hào)，但即使是低頻信號(hào)，其頻率也分為了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。因此為了適合在不同頻率下使用，電解電容也分為高頻電容和低頻電容（這里的高頻是相對(duì)而言）：

（1）低頻濾波電容主要用于市電濾波或變壓器整流后的濾波，其工作頻率和市電一致為50Hz。

（2）高頻濾波電容主要工作在開(kāi)關(guān)電源整流后的濾波，其工作頻率為幾千Hz到幾萬(wàn)Hz。

特點(diǎn)

溫升低

諧波濾波器回路由電容器串聯(lián)電抗器組成，在某一諧波階次形成最低阻抗，用以吸收大量諧波電流，電容器的質(zhì)量會(huì)影響諧波濾波器的穩(wěn)定吸收效果，電容器的使用壽命跟溫度有很大的關(guān)系，溫度越高壽命越低，濾波全膜電容器具有溫升低等特點(diǎn)，可以保證其使用壽命。

損耗低

介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）：≤0.0003。

安全性

符合GB、IEC標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)部單體電容器均附裝保護(hù)裝置；當(dāng)線路或單體電容器發(fā)生異常時(shí)，該保護(hù)裝置將會(huì)立即動(dòng)作，自動(dòng)切斷電源，以防二次災(zāi)害的發(fā)生。附裝放電電阻，可確保用電及維護(hù)保養(yǎng)之安全。外殼采用鋼板沖壓而成，內(nèi)外部涂上耐候性良好之高溫烤漆安全性特高。

便捷性

體積小且重量輕，搬運(yùn)安裝極為方便

一直有個(gè)疑惑：電容感抗是1/jwC，大電容C大，高頻時(shí) w也大，阻抗應(yīng)該很小，不是更適合濾除高頻信號(hào)？

然而事實(shí)卻是：大電容濾除低頻信號(hào)。

今天找到解答如下：

般的10PF左右的電容用來(lái)濾除高頻的干擾信號(hào)，0.1UF左右的用來(lái)濾除低頻的紋波干擾，還

可以起到穩(wěn)壓的作用

濾波電容具體選擇什么容值要取決于你PCB上主要的工作頻率和可能對(duì)系統(tǒng)造成影響的諧波

頻率，可以查一下相關(guān)廠商的電容資料或者參考廠商提供的資料庫(kù)軟件，根據(jù)具體的需要

選擇。至于個(gè)數(shù)就不一定了，看你的具體需要了，多加一兩個(gè)也挺好的，暫時(shí)沒(méi)用的可以

先不貼，根據(jù)實(shí)際的調(diào)試情況再選擇容值。如果你PCB上主要工作頻率比較低的話，加兩個(gè)

電容就可以了，一個(gè)慮除紋波，一個(gè)慮除高頻信號(hào)。如果會(huì)出現(xiàn)比較大的瞬時(shí)電流，建議

再加一個(gè)比較大的鉭電容。

其實(shí)濾波應(yīng)該也包含兩個(gè)方面，也就是各位所說(shuō)的大容值和小容值的，就是去耦和旁路。

原理我就不說(shuō)了，實(shí)用點(diǎn)的，一般數(shù)字電路去耦0.1uF即可，用于10M以下；20M以上用1

到10個(gè)uF，去除高頻噪聲好些，大概按C=1/f 。旁路一般就比較的小了，一般根據(jù)諧振

頻率

一般為0.1或0.01uF

說(shuō)到電容，各種各樣的叫法就會(huì)讓人頭暈?zāi)垦＃月冯娙?，去耦電容，濾波電容等等，其

實(shí)無(wú)論如何稱呼，它的原理都是一樣的，即利用對(duì)交流信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗的特性，這一點(diǎn)可

以通過(guò)電容的等效阻抗公式看出來(lái)：Xcap=1/2лfC，工作頻率越高，電容值越大則電容的

阻抗越小。。在電路中，如果電容起的主要作用是給交流信號(hào)提供低阻抗的通路，就稱為旁

路電容；如果主要是為了增加電源和地的交流耦合，減少交流信號(hào)對(duì)電源的影響，就可以

稱為去耦電容；如果用于濾波電路中，那么又可以稱為濾波電容；除此以外，對(duì)于直流電

壓，電容器還可作為電路儲(chǔ)能，利用沖放電起到電池的作用。而實(shí)際情況中，往往電容的

作用是多方面的，我們大可不必花太多的心思考慮如何定義。本文里，我們統(tǒng)一把這些應(yīng)

用于高速PCB設(shè)計(jì)中的電容都稱為旁路電容。

電容的本質(zhì)是通交流，隔直流，理論上說(shuō)電源濾波用電容越大越好。

但由于引線和PCB布線原因，實(shí)際上電容是電感和電容的并聯(lián)電路，

（還有電容本身的電阻，有時(shí)也不可忽略）

這就引入了諧振頻率的概念：ω=1/（LC）1/2

在諧振頻率以下電容呈容性，諧振頻率以上電容呈感性。

因而一般大電容濾低頻波，小電容濾高頻波。

這也能解釋為什么同樣容值的STM封裝的電容濾波頻率比DIP封裝更高。

至于到底用多大的電容，這是一個(gè)參考

電容諧振頻率

電容值 DIP （MHz） STM （MHz）

1.0μF 2.5 5

0.1μF 8 16

0.01μF 25 50

1000pF 80 160

100 pF 250 500

10 pF 800 1.6（GHz）

不過(guò)僅僅是參考而已，用老工程師的話說(shuō)——主要靠經(jīng)驗(yàn)。

更可靠的做法是將一大一小兩個(gè)電容并聯(lián)，

一般要求相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，以獲得更大的濾波頻段。

一般來(lái)講，大電容濾除低頻波，小電容濾除高頻波。電容值和你要濾除頻率的平方成反比

。

具體電容的選擇可以用公式C=4Pi*Pi /（R * f * f ）

電源濾波電容如何選取，掌握其精髓與方法，其實(shí)也不難。

1）理論上理想的電容其阻抗隨頻率的增加而減少（1/jwc），但由于電容兩端引腳的電感效應(yīng)

，這時(shí)電容應(yīng)該看成是一個(gè)LC串連諧振電路，自諧振頻率即器件的FSR參數(shù)，這表示頻率大于

FSR值時(shí)，電容變成了一個(gè)電感，如果電容對(duì)地濾波，當(dāng)頻率超出FSR后，對(duì)干擾的抑制就大打

折扣，所以需要一個(gè)較小的電容并聯(lián)對(duì)地，可以想想為什么？

原因在于小電容，SFR值大，對(duì)高頻信號(hào)提供了一個(gè)對(duì)地通路，所以在電源濾波電路中我們常

常這樣理解：大電容慮低頻，小電容慮高頻，根本的原因在于SFR（自諧振頻率）值不同，當(dāng)然也

可以想想為什么？如果從這個(gè)角度想，也就可以理解為什么電源濾波中電容對(duì)地腳為什么要

盡可能靠近地了。

2）那么在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，我們常常會(huì)有疑問(wèn)，我怎么知道電容的SFR是多少？就算我知道SFR值

，我如何選取不同SFR值的電容值呢？是選取一個(gè)電容還是兩個(gè)電容？

電容的SFR值和電容值有關(guān)，和電容的引腳電感有關(guān)，所以相同容值的0402，0603，或直插式電

容的SFR值也不會(huì)相同，當(dāng)然獲取SFR值的途徑有兩個(gè)，1）器件Data sheet，如22pf0402電容的

SFR值在2G左右， 2）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀直接量測(cè)其自諧振頻率，想想如何量測(cè)？S21？

知道了電容的SFR值后，用軟件仿真，如RFsim99，選一個(gè)或兩個(gè)電路在于你所供電電路的工作

頻帶是否有足夠的噪聲抑制比。仿真完后，那就是實(shí)際電路試驗(yàn)，如調(diào)試手機(jī)接收靈敏度時(shí)，

LNA的電源濾波是關(guān)鍵，好的電源濾波往往可以改善幾個(gè)dB.

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說(shuō)的通俗一點(diǎn)，把電容當(dāng)作一個(gè)正在漏水的懷子，把交流電的峰值到來(lái)時(shí)看作給懷子加水，

在漏水量相等的情況下，那么加水次數(shù)的頻率高就多用小點(diǎn)的懷子，這樣就能保準(zhǔn)水位是高的，相反，

在加水次數(shù)低頻下懷子小了，沒(méi)等第二次來(lái)水時(shí)懷中的水位已經(jīng)下降好多了，所以要用大的水懷來(lái)緩

和因漏水造成的水位下降。