PCB設計之電容篇

3.電容的容抗

在電路中電容有一個很重要的作用，就是通交流、隔直流。若一個直流電壓加在電容的一端，則電容穩定后（即充放電過程完成后），在電容的另一端不能感受到這個電壓，即直流被隔開，這一點我們從RC充放電回路也可以看出來；若輸入Vi是一個交流信號，則Vo會輸出同頻率的交流信號，且輸入交流信號頻率越高，輸出Vo的幅度就越大，即交流信號通過了這個電容。

其實我們可以這樣來理解，交流信號的幅度和方向都是隨時間變化的，而電容對電壓的反應是有隋性的，即它兩端的電壓不能突變。當電容器一個極板的電位隨輸入信號變化較快時，電容器兩端的電壓變化較慢，則引起它的另一個極板的電位也跟著以同樣的方式變化。這樣以來，雖然有一些損失（電容兩端電壓畢竟變化了一點），但也相當于交流信號通過了這個電容器。而且，輸入信號變化的越快（即頻率越高），電容器容量越大（即它兩端的電壓變化越慢），就越容易通過。

在電路中，電容器C對信號的容抗為：

式中f為信號的頻率，單位為赫茲，容抗XC的單位為歐姆。

4.電容的濾波作用

利用電容的特性我們可以制作濾波器。如圖4（a）所示的電路就是一個高通濾波器，即輸入信號頻率越高則越容易通過，頻率越低越不容易通過，不允許直流通過，這樣就可濾除信號中的低頻率成份。相反圖4（b）所示的電路則是一個低通濾波器，它可以濾除信號中的高頻成份。

（a）高通濾波器 （b）低通濾波器

圖4 濾波器電路

5.常用電容器的分類

電容的選取要慎重，一般可選擇較知名的電容品牌，如TDK電容、國巨電容等，作為質量的保證。

（1）鋁電解電容

鋁電解電容為有極性電容，在電路中它的“+”極必須要接電位較高的一端。它的實物照片如圖5（a）所示。

優點：容量大，能耐受大的脈動電流。

缺點：容量誤差大，泄漏電流大；普通電解電容器不適于在高頻和低溫下應用，不宜使用在25kHz以上頻率。

圖5 電容實物

用途：低頻旁路、信號耦合、電源濾波。

（2）鉭電解電容

鉭電解電容也為有極性電容。實物照片如圖5（b）所示。

優點：溫度特性、頻率特性和可靠性均優于普通電解電容器，特別是漏電流極小，壽命長，容量誤差小，而且體積小，單位體積下能得到最大的電容電壓乘積。

缺點：對脈動電流的耐受能力差，若損壞易呈短路狀態，價格較高。

用途：在許多場合可替代鋁電解電容，用于超小型高可靠性設備中。

（3）單片陶瓷電容

是目前用量較大的電容。實物照片如圖5（c）所示。

優點：溫度和頻率穩定性都很好，損耗低，壽命長。

缺點：不能做成大容量電容。

用途：高頻濾波、振蕩和耦合等。