从电容十说中了解电容

话说电容之三：电容的分类

电容的分类方式及种类很多，基于电容的材料特性，其可分为以下几大类：
1、铝电解电容
电容容量范围为0.1μF ～ 22000μF，高脉动电流、长寿命、大容量的不二
之选，广泛应用于电源滤波、解藕等场合。
2、薄膜电容
电容容量范围为0.1pF ～ 10μF，具有较小公差、较高容量稳定性及极低的
压电效应，因此是X、Y 安全电容、EMI/EMC 的首选。
3、钽电容
电容容量范围为2.2μF ～ 560μF，低等效串联电阻（ESR）、低等效串联
电感（ESL）。脉动吸收、瞬态响应及噪声抑制都优于铝电解电容，是高稳定电
源的理想选择。
4、陶瓷电容
电容容量范围为0.5pF ～ 100μF，独特的材料和薄膜技术的结晶，迎合了
当今“更轻、更薄、更节能“的设计理念。
5、超级电容
电容容量范围为0.022F ～ 70F，极高的容值，因此又称做“金电容”或者
“法拉电容”。主要特点是：超高容值、良好的充/放电特性，适合于电能存储
和电源备份。缺点是耐压较低，工作温度范围较窄。

话说电容之四：多层陶瓷电容（MLCC）

对于电容而言，小型化和高容量是永恒不变的发展趋势。其中，要数多层陶瓷电容（MLCC）的发展最快。
多层陶瓷电容在便携产品中广泛应用极为广泛，但近年来数字产品的技术进步对其提出了新要求。例如，手机要求更高的传输速率和更高的性能；基带处理器要求高速度、低电压；LCD 模块要求低厚度（0.5mm）、大容量电容。 而汽车环境的苛刻性对多层陶瓷电容更有特殊的要求：首先是耐高温，放置于其中的多层陶瓷电容必须能满足150℃ 的工作温度；其次是在电池电路上需要短路失效保护设计。
也就是说，小型化、高速度和高性能、耐高温条件、高可靠性已成为陶瓷电容的关键特性。
陶瓷电容的容量随直流偏置电压的变化而变化。直流偏置电压降低了介电常
数， 因此需要从材料方面，降低介电常数对电压的依赖，优化直流偏置电压特
性。
应用中较为常见的是 X7R（X5R）类多层陶瓷电容， 它的容量主要集中在
1000pF 以上，该类电容器主 要性能指标是等效串联电阻（ESR），在高波纹电
流的电源去耦、滤波及低频信号耦合电路的低功耗表现比较突出。
另一类多层陶瓷电容是 C0G 类，它的容量多在 1000pF 以下， 该类电容
器主要性能指标是损耗角正切值 tgδ(DF)。传统的贵金属电极（NME）的 C0G
产品 DF 值范围是 (2.0 ～ 8.0) × 10-4，而技术创新型贱金属电极（BME）的

C0G 产品 DF 值范围为 (1.0 ～ 2.5) × 10-4， 约是前者的 31 ～ 50%。 该
类产品在载有 T/R 模块电路的 GSM、CDMA、无绳电话、蓝牙、GPS 系统中
低功耗特性较为显著。较多用于各种高频电路，如振荡/同步器、定时器电路等。
话说电容之五：钽电容替代电解电容的误区
通常的看法是钽电容性能比铝电容好，因为钽电容的介质为阳极氧化后生成
的五氧化二钽，它的介电能力（通常用ε 表示）比铝电容的三氧化二铝介质要高。
因此在同样容量的情况下，钽电容的体积能比铝电容做得更小。（电解电容的电
容量取决于介质的介电能力和体积，在容量一定的情况下，介电能力越高，体积
就可以做得越小，反之，体积就需要做得越大）再加上钽的性质比较稳定，所以
通常认为钽电容性能比铝电容好。
但这种凭阳极判断电容性能的方法已经过时了，目前决定电解电容性能的关
键并不在于阳极，而在于电解质，也就是阴极。因为不同的阴极和不同的阳极可
以组合成不同种类的电解电容，其性能也大不相同。采用同一种阳极的电容由于
电解质的不同，性能可以差距很大，总之阳极对于电容性能的影响远远小于阴极。
还有一种看法是认为钽电容比铝电容性能好，主要是由于钽加上二氧化锰阴
极助威后才有明显好于铝电解液电容的表现。如果把铝电解液电容的阴极更换为
二氧化锰， 那么它的性能其实也能提升不少。
可以肯定，ESR 是衡量一个电容特性的主要参数之一。 但是，选择电容，
应避免 ESR 越低越好，品质越高越好等误区。衡量一个产品，一定要全方位、
多角度的去考虑，切不可把电容的作用有意无意的夸大。
---以上引用了部分网友的经验总结。
普通电解电容的结构是阳极和阴极和电解质，阳极是钝化铝，阴极是纯铝，
所以关键是在阳极和电解质。阳极的好坏关系着耐压电介系数等问题。
一般来说，钽电解电容的ESR 要比同等容量同等耐压的铝电解电容小很多，
高频性能更好。如果那个电容是用在滤波器电路（比如中心为50Hz 的带通滤波
器）的话，要注意容量变化后对滤波器性能（通带...）的影响。

话说电容之六：旁路电容的应用问题

嵌入式设计中，要求 MCU 从耗电量很大的处理密集型工作模式进入耗电量
很少的空闲/休眠模式。这些转换很容易引起线路损耗的急剧增加，增加的速率
很高，达到 20A/ms 甚至更快。通常采用旁路电容来解决稳压器无法适应系统中高速器件引起的负载变化，以确保电源输出的稳定性及良好的瞬态响应。旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。为尽量减少阻抗，旁路电容要尽
量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好地防止输入值过大而导致
的地电位抬高和噪声。地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。
应该明白，大容量和小容量的旁路电容都可能是必需的，有的甚至是多个陶
瓷电容和钽电容。这样的组合能够解决上述负载电流或许为阶梯变化所带来的问
题，而且还能提供足够的去耦以抑制电压和电流毛刺。在负载变化非常剧烈的情
况下，则需要三个或更多不同容量的电容，以保证在稳压器稳压前提供足够的电
流。快速的瞬态过程由高频小容量电容来抑制，中速的瞬态过程由低频大容量来
抑制，剩下则交给稳压器完成了。
还应记住一点，稳压器也要求电容尽量靠近电压输出端。