摘要

本文介绍了电容器的基本特点、电容器的主要作用和电容器的功能分类，以实际应用电路为例，对耦合电容器、去耦电容器、旁路电容器、滤波器电容器的作用和应用进行了详细的分析和解释，非常适合电子技术爱好者参考学习，帮助您快速理解和掌握电容器的基本知识和应用经验，具有很大的实用价值。

前言

学习电子技术的朋友经常在电路中看到很多电容器。在进行电路分析时，他们总是无法正确理解其功能，有时甚至被耦合电容器、去耦电容器、旁路电容器、滤波器电容器等名称术语所迷惑。在本文中，德力威王术平带您了解电容器的基本特征、主要功能、功能分类和应用实例，帮助您快速理解和掌握电容器的基本知识和应用经验。

一. 电容器和电容器的区别

电容器是一种能储存电荷的电子元件。

电容器是电容器储存电荷能力的一种测量；表示每单位电压下储存的总电荷，表示符号C，单位为F。

实际情况是，我们经常习惯性地将电容器称为电容器，这与电容器的真实定义混淆。因此，我们必须根据不同的表达语境来区分这两个电容器的含义。例如：这个电容器的电容器是10uF。” 应理解为：这个电容器的电容是10uF。”

本文还将电容器简称为电容器，请自行区分真正的电容定义。

二. 电容器的基本特性

电容器具有以下基本特性：

①电容器两端的电压不能突变；

②电容交流，隔直流；

③电容通高频，阻低频；

④电容电压滞后于电流；

⑤电容刚通电瞬间，相当于短路；

⑥随着信号频率的增加，电容的容抗随信号频率的增加而降低。

二. 电容的主要功能

人们利用电容器的基本特性，设计了许多实际应用电路，实现了许多产品的功能。电容器在电路中的主要作用有：耦合、去耦（旁路）、滤波、储能、延迟（定时）、降压、谐振、缓冲吸波（RC Snubber）、波形变化(积分、微分、整形)等。(注:有时候，同一个电路中的同一个电容起着多种作用)。

三. 电容的分类

根据电容器在实际电路中的主要作用和人们的命名习惯，我们将电容器分为耦合电容器、去耦电容器、旁路电容器、滤波电容器、储能电容器、延迟（定时）电容器、降压电容器、谐振电容器、吸波电容器、积分电容器、微分电容器等。

需要注意的是：

①连接到不同电路的电容器有不同的名称；

②连接在同一电路中的同一电容器名称不同；

③某个电路中的电容器可能起到多种作用，所以它的名字也可能有多种名称；

④不同国家和地区的人对电容有不同的习惯。

简而言之，上述电容器的命名和分类主要基于电路中电容器的主要作用和人们的习惯，所以不是很严格，我们不必扣各种电容器的名称，即使电容器的名称是错误的，只要你知道它的原理，将应用。

四. 耦合电容（Coupling Capacitor）

4.1 耦合的含义

Coupling，翻译为连接和耦合。

耦合，在物理学中，是指两个或两个以上的系统或运动形式通过各种相互作用相互影响。如果一条线连接之间连接一条线，它们的振动就会耦合。

图1-1 光电耦合

图1-2 电磁耦合

图1-3 电场耦合

耦合，在电子学中，表示能量从一个电路传输到另一个电路。例如，光能可以通过发光二极管传输到光敏三极管（如图1-1所示），磁能可以通过一个电感传输到另一个电感器（如图1-2所示），电能可以通过一个电容器从电容器的一端传输到电容器的另一端（如图1-3所示）。上述能量的传输可称为耦合。

电容耦合：交流信号的能量通过电容器从一个电路传输到另一个电路。这是一种能量耦合，其他能量耦合包括电感耦合、光耦合、导线耦合等耦合。

耦合电容：将交流信号的能量从一个电路传输到另一个电路。

4.2 耦合电容的作用

利用电容交流，隔离直流；通过高频、阻低频的基本特性，我们将电容串联在电路的前后中间，然后将耦合电容串联在前后电路中间，我们需要的交流信号可以从前电路耦合到后电路，我们不需要的直流信号可以去耦(隔断)。

式中，Xc为容抗，单位是Ω；π为圆周率；f单位为信号频率HZ；C单位电容，单位是F。

根据容抗公式（1-1），电容值越大，容抗越小，阻碍信号衰减越小，耦合效果越好；电容值越小，容抗越大，阻碍信号衰减越大，耦合效果越差。

如果我们不需要的交流信号(噪声信号)叠加在我们需要的交流信号(有用信号)中，参数得当的耦合电容可以阻碍低于有用信号频率的低频噪声的衰减，减少干扰(不能消除)；对于高于有用信号频率的高频噪声，耦合电容不能有效阻碍和衰减；消除干扰，适当的滤波电路(如高通、低通、带通等)需要添加到耦合电容的前后电路中。

4.3 耦合电容应用例

图1-4 音频功率放大器输出电路中耦合电容

在图1-4中，输出端为前电路，扬声器为后电路，电容C7串联在前后级之间，起到隔断偏置直流信号、耦合交流音频信号的目的。人耳能听到的声音频率为20Hz~20KHZ之间，音频可以根据1-1计算C7的阻抗为7.96Ω~0.008Ω。可见，音频信号频率越低，耦合电容阻抗越高，衰减越大；音频信号频率越高，耦合电容阻抗越低，衰减越小。

五. 旁路电容（Bypass Capacitor）与去耦电容（Decoupling Capacitor）

5.1 旁路和去耦的含义

Bypass，翻译成旁路，绕过，避开。

Decoupling，翻译为去耦、解耦、退耦。

旁路，在电子学中，它提供了一条比原来传输路径阻抗更低的新路径，允许能量绕过原来的高阻抗路径，从新的低阻抗路径传输。

在电子学中，去耦意味着能量不会通过一个电路传递到另一个电路。

起旁路电容称为旁路电容，起去耦电容称为去耦电容。

5.2 旁路与去耦的异同

让我们比较一下旁路和去耦的异同。相同之处在于，它们都表示阻止意想不到的信号从一个电路传输到另一个电路。不同之处在于，如果有低阻抗的新道路可以走，就不会走高阻抗的旧道路。因此，意想不到的信号会走另一条路，阻止其向后传输；去耦，旧道路阻抗无限大，无法通行，没有新道路可走。意想不到的信号被直接阻断。

其实旁路和去耦意思近似，都表示滤除不期望的信号。所以，很多国内外文献资料对旁路和去耦的概念没有严格区分，去耦和旁路的称谓可以互换，去耦可被称为旁路，旁路又可被称为去耦，随人们的习惯而已。因为它们的本质都是“不让能量通过一个电路传递到另一个电路”。

因此，出于习惯，有的称旁路电容为去耦电容，有的称旁路电容为去耦电容。

有些人区分旁路和去耦：对于同一电路，旁路（bypass）电容器以输入信号中的高频噪声为过滤对象，过滤前级携带的高频杂波，去耦（decoupling，也称为退耦)电容器是过滤输出信号的干扰。” 对于这种说法，不要相信，否则头晕。比如LDO芯片电源输入脚的电容器通常称为旁路电容器，而单片机电源输入脚的电容器通常称为去耦电容器；此外，同一电容器有时可以过滤前输入的干扰和后反向输入的干扰。我们该怎么办？现在，你觉得有点晕吗？笔者认为，既然要严格区分旁路和去耦，就要按照以下规则区分:直接阻断预期信号称为去耦，通过低阻抗路径过滤预期信号以阻断原路径称为旁路。

本文称旁路电容或去耦电容。

5.3 去耦(旁路)电容的作用

图1-5 去耦(旁路)电容

利用电容交流隔离直流；通过高频和低频阻力的基本特性，我们将电容并联接近后电路（如图1-5所示）。然后，并联电容是去耦（旁路）电容，其主要功能如下：

(1)旁路前电路输入的高频交流信号(噪声)阻碍其传输到后电路，使直流或低频信号通过，达到去耦噪声和过滤干扰的目的。

(2)旁路后电路反向输出的高频交流噪声(电源和地面噪声)阻碍其传输到前电路，起到去耦电源和地面噪声、过滤干扰的作用。原理如下:

若为前级供电路径ESR和ESL较大，当后负载电路电流变化时间快，变化幅度大时，即△i/△t 结果越大，前电源路径等效阻抗Z越大，不能满足后负载高频突变电流的电力需求，导致负载电源输入端轨道坍塌（电源噪声）和负载地面输出端地弹（地面噪声），负载本身不能正常工作，负载的电源噪声和地面噪声通过后电路反向传输到前网络，对整个电路造成电磁干扰。

与负载并联的去耦电容缩短了与负载电源和地面的路径ESR和ESL，降低等效阻抗Z，去耦电容器中存储的电荷可以实时满足负载的高频突电流之需求，就不会产生电源噪声和地噪声，从而提高电源完整性，保证负载正常工作，并抑制电磁干扰。

（3）为后级电路储能稳压。当前级电路出现电压暂降、短时中断以及电压渐变时，由该电容上存储的电荷继续为后级电路供电，起到稳定电压的作用；另一方面，正是由于该电容具有储能的作用，才能满足后级电路的瞬时突变电流之用电需求，原理和上述第（2）条相同。

由此可见，去耦电容具有去耦、旁路及储能作用。

5.4 去耦（旁路）电容应用举例

5.4.1 三端电压调节器中的去耦（旁路）电容

图1-6 三端调节器中的去耦（旁路）电容

图1-6中的输入电容，我们习惯称之为旁路电容（也可叫去耦电容），既能滤除来自电源输入端的交流噪声，又能滤除来自芯片内部反向输出（倒灌）的电源噪声，同时也为芯片储能。

图1-6中的输出电容，我们习惯称之为滤波稳压电容（也可叫去耦电容），起到平滑输出纹波，稳定电压的作用，同时为后级电路存储能量，以满足后级电路的瞬时突变电流之用电需求。

5.4.2 音频功放电路中的去耦（旁路）电容

图1-7 音频功放电路中的去耦（旁路）电容

图1-7中的电容作用如下：

C1：习惯称之为交流耦合电容，又可称之为直流去耦电容；其其作用是通交流，隔直流；

C5、C3、C4、C6：习惯称之为旁路电容，又可称之为去耦电容。C5、C6 Bulk电容滤低频噪声，同时存储较多的能量；C3、C4小电容滤高频噪声，同时存储较少的能量。

C2：习惯称之为交流耦合电容，又可称之为直流去耦电容，形成交流负反馈电路，从而放大交流信号。

C7：RC Snubber电路中的缓冲吸收电容，用它来降低谐振频率，降低谐振Q值，降低振荡电压，起到稳定频率，抑止高频谐振，吸收瞬态尖峰电压的作用。

5.4.3 三极管放大电路中的旁路（去耦）电容

图1-9 三极管放大电路中的旁路（去耦）电容

图1-9中的CE为旁路电容，其隔直通交的基本特性起到了稳定直流工作点、提高交流放大增益的作用。

稳定直流工作点：直流静态工作电流从RE流过，形成负反馈，稳定直流工作点。如果温度升高，放大倍数β将增大，IC电流将增大，IE电流就增大，IE流经RE产生压降Ue增大，Ub不变，Ue升高，Ube减小，IC就减小，从而稳定IC；如果温度降低，放大倍数β减小，IC电流减小，IE电流就减小，IE流经RE产生压降Ue减小，Ub不变，Ue减小，Ube就增大，IC就增大，又稳定IC。直流放大倍数β=RC/RE，直流放大倍数受到了衰减，但稳定了工作电流。

提高交流放大增益：交流信号近乎无衰减通过CE到地，不会在RE上形成负反馈，所以IE不会受到衰减，从而提高了三极管的交流增益。

关于旁路电容CE得取值，使交流信号流过CE的感抗Xc小于等于电阻RE的1/10即可。

5.4.4 微处理器电源引脚上的去耦（旁路）电容

图1-9 手机基带芯片电源引脚去耦（旁路）电容群

图1-9红框中，由不同大小的电容组成了去耦电容群。大电容（Bulk Capacitor）主要起到滤低频噪声和储能作用；小电容主要起到滤高频噪声的作用，这个高频噪声也许是电源到芯片，更多的是芯片反向输出的电源噪声。不同大小容量的电容并联，可以滤除不同频率段的噪声，增加了滤波的带宽，另外，多个电容器并联，电容的ESL和ESR越并越小，高频滤波效果就越好。

设计去耦电容群，是手机、平板等大功率MPU电源供电设计的通用手法。

六. 滤波电容（Filter Capacitor）

6.1 滤波的含义

滤波，通俗来讲就是对波形进行过滤和选择。一个波形是由一种或多种频率成分构成的（由傅里叶级数展开可知），滤波就是去除其中某些频率成分，不让其通过，保留某些频率成分并让其通过。

在电源网络中的滤波电容我们习惯称之为滤波稳压电容，例如整流电压输出滤波、开关电源输出滤波、LDO调节器输出滤波等。

在信号网络中的滤波电容我们习惯称之为滤波选频电容，例如低通滤波、高通滤波、带通滤波、带阻滤波等。

6.2 滤波电容的应用举例

6.2.1 整流电路中的滤波稳压电容

图1-10 桥式整流电路中的滤波稳压电容

图1-10中的滤波电容，主要作用是将整流二极管输出的单向脉动直流电压进行平滑滤波，使电压更稳定，同时存储能量，以满足后级负载实时瞬态用电需求。

6.2.2 开关电源中的滤波稳压电容

图1-11 开关电源中的滤波稳压电容

图1-11中的滤波电容，主要作用如下三点：

①平滑电感输出的脉动直流电压，滤除纹波，使电压更稳定。

②为调节器提供一个稳定的Feedback回路，抑制反馈噪声，使调节器根据负载变化做出的调节响应更实时、更精准，使输出电压更加平稳、精准。

③存储能量，实时满足后级负载瞬态用电需求。

6.2.3 LDO电路中的滤波稳压电容

图1-12 LDO电路中的滤波稳压电容

图1-12中的输出电容就是滤波电容，其主要作用是平滑调节器输出纹波、滤除交流噪声、稳定电压，同时为后级电路存储能量，满足后级负载突变电流用电需求。LDO内部根据输出电压的变化实时动态调节输出，以满足负载用电需求，所以内部也会产生细小纹波，通过输出电容将其平滑、滤除，从而稳定电压。

6.2.4 音频功放电路中的滤波选频电容

图1-13 音频功放电路中的滤波选频电容

图1-13中的R1、C7组成低通滤波电路，滤除高频噪声，通过低频噪声；C4、R3组成高通滤波电路，滤除低频，通过高频；低通电路和高通电路组成一个带通电路。

6.2.5 手机射频功放电路中的滤波选频电容

图1-13 手机射频功放电路中的滤波选频电容

图1-13中红框里面是π型低通滤波电路，并联的电容就是滤波电容，其作用是，将右边输入的高频信号滤除，让低频信号通过π型滤波器进入左边的射频功放，实现滤波选频的功能。

图中π型滤波器的截止频率可以用如下公式计算：

式中，fc为截止频率，单位是HZ；π为圆周率；L为电感，单位是H；C为两个并联电容的和，单位是F。

在已知负载阻抗和截止频率的情况下，可以根据如下公式计算电感和电容的值：

式中，L为电感（如果是T型滤波器，L为两个电感的和），单位是H；Ro为输出阻抗，单位是Ω；π为圆周率；fc为截止频率，单位是Hz。

式中，C为电容（如果是π型滤波器，C为两个电容的和），单位是F；Ro为输出阻抗，单位是Ω；π为圆周率；fc为截止频率，单位是Hz。

结语

电容器是一种最常见的电子无源器件，在电路中应用非常广泛。本文仅对耦合电容、旁路电容、去耦电容及滤波电容做了详细介绍，供大家参考。