电容的分类

电容的种类有很多，但电路设计中常用的电容主要有陶瓷电容（Ceramic capacitor）、钽电容（Tantalum）和铝电解电容（Aluminum Eletrolytic Capacitor）。

陶瓷电容及其应用要点

平常见的最多的陶瓷电容是MLCC（Multi-layers ceramic capacitor）电容，内部结构如图：
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优势是体积小、价格低、稳定性好，但容量小。目前常用的陶瓷电容，其容值小的可以到几十皮法，大的可以到几十微法。
平时经常提到的X7R、X5R、X7S、Y5V等，就是陶瓷电容，符号的含义如下表：

NPO 是温度补偿型陶瓷电容，是电容量最稳定的一种陶瓷电容。工作温度范围为-55℃~+125℃，可以认为在这个范围内，电容量基本保持不变。
X7R 表示工作温度范围为-55℃~+125℃，温度稳定性为+/-15%的陶瓷电容。
X5R 表示工作温度范围为-55℃~+85℃，温度稳定性为+/-15%的陶瓷电容。
有效容值
对于X7R /X5R和Y5V这三种类型的陶瓷电容，标称电容值都是在环境温度25℃/工作电压等于0V时得到的值。
如果环境温度和工作电压发生变化，则有效容值将会发生变化。
例如额定电压10V/标称值22uF的Y5V电容，理想状态（即工作电压0V，环境温度25℃）下，有效值为标称值（22uF）.
如果保持其环境温度为25℃不变，仅改变工作电压，当工作电压为5V时，有效电容值为4.4uF,当工作电压达到额定电压10V时，有效电容值仅为2.2uF。不同材质的电容随直流偏置电压变化曲线也不一样。
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钽电容及其应用要点

钽电容使用金属钽作为介质，基于钽的固态特质，具有温度特性好、ESL值小、高频滤波性能好、体积小、节省PCB面积、容值较大等特点。因此，钽电容一般被应用在需要较大容量电容滤波的场合。
缺点是耐电压和耐电流的能力较弱，一般要求钽电容的工作电压相对额定电压降额50%以上。遇到以下三种场合之一，钽电容的额定电压需要降额70%以上使用：
（1）负载呈现较强感性；
（2）串联电阻小；
（3）瞬变电流较大；
其原因在于，感性负载或者较小的串联电阻会导致较大的瞬变电流，造成钽电容的金属钽介质被击穿。如：老化测试、系统开机上电瞬间、单板热拔插瞬间，钽电容失效概率增大。
一般而言，容值越大的钽电容，其ESR值往往越小，ESR相当于电容器件的串联电阻，串联电阻越小越容易造成钽电容失效。因此在应用中需要注意，对于大容量的钽电容，更需要电压降额。从成本上来说，钽电容的价格正比于容值和额定电压的乘积。在使用大容量的钽电容时，还需要增加电压降额的比例，这势必造成成本的上升。因而在设计中，往往将若干小容值的钽电容并联以提供和大容量钽电容相同的容量。这样做既有利于设计的可靠性，也有利于成本的降低。
需要注意，工作瞬间电流较大的场合，钽电容并不一定会发生永久失效。钽电容本身有较好的自愈能力，只要外界环境的影响在一定范围之内，钽电容都能自我恢复。

铝电解电容及其应用要点

铝电解电容使用电解液作为介质，外壳的铝制圆筒作为负极，内部插入一块金属板作为正极。
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铝电解电容容量大，耐压高，但温度稳定性差，精度差，高频滤波性能差，仅使用于低频滤波。
上面提到钽电容不适用于较大瞬变电流的场合，而在这种场合下，就需要用到铝电解电容。
铝电解电容的电压降额要求至少为20%。
铝电解电容一般都是插装式，因此ESR/ESL值都比较大，同时由于采用液体作为介质，在极高温和极低温环境下，性能也极不稳定。
低温下ESR相对常温大很多：
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从产品的长期稳定性来说，铝电解电容也可能成为隐患。因为随着产品使用时间的增加，铝电解电容内部的电解液将逐渐干涸，容量逐渐减少，ESR逐渐增大，滤波效果减弱。

电容的作用

1）电容的作用之一：电荷缓冲池

器件工作时电源的负载时动态的，即运行器件的电流和功耗时不断变化的，为了保证器件工作的电压不随电流和功耗的剧烈变化而同程度变化，我们希望器件的电压尽量稳定。
在这种情况下，需要为器件提供一个缓冲池，以便当外界环境剧烈变化时，器件的工作能够保持相对稳定。
电容的本质是储存电荷和释放电荷，根据公式：
$\Delta$ U = $\Delta$ Q/C
$\Delta$ U 表示电容两端电压的变化量
$\Delta$ Q 表示电容两端电荷的变化量
C为电容容值
当运行器件电流变化时（ $\Delta$ Q= $\Delta$ Ixt,即电荷Q需求不断变化）,根据上述公式可知：通过电容电荷变化来减少电压的变化（电压变化幅度 $\Delta$ U与电容容值有关），从而保持器件工作电压的稳定。
因此，电容的作用之一就是电荷缓冲池，保持工作电压的稳定。

2）电容作用之二：高频噪声的重要泄放通路

对于高速运行的电路而言，无时无刻不存在状态的转变。比如芯片内部开关管状态切换。这种高速的转变将在电路上产生大量的噪声等干扰。从频谱上看，这些干扰在相当大程度上处于有效的2次/3次等倍频频率。在电源传输路径上，需要将这些干扰泄放到相对稳定的地平面上，以免影响器件的工作。根据 Z=1/（jwC)，当频率较高时，电容表现为低阻抗，因此，可将电容作为高频噪声的重要泄放通路。

3）电容的作用之三：实现交流耦合

当两个器件通过高速信号互连时，信号两端的器件可能对直流分量有不同的要求。例如，A和B两个器件之间通过高速差分对信号互连，但A器件工作于1.8V，B器件工作于3.3V，则A器件驱动的差分对信号将携带1.8V直流分量，导致信号到达接收端B器件时无法被识别；对于这种情况，需要将信号所携带的发送端的直流分量在达到接收端前滤除掉，即隔离信号两边器件的直流分量。基于电容的通交流，阻直流的天然特性，电容具有这种隔离功能(交流耦合AC couple 和直流隔离 DC Blocking)。

电容等效电路分析

电容的等效电路如下图所示：

电容器并不是纯粹的电容，而是带有电阻、电感等成分的小电路。
ESL: Equivalent Series Inductance, 等效串联电感
由电容器器件的引脚电感和电容器器件两极间等效电感串联而成，主要取决于封装。
随着封装的增大，ESL值将随之增大。
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ESR: Equivalent Series Resistance, 等效串联电阻
由电容器件的引脚电阻和电容器两极间等效电阻构成。主要取决于电容的工作温度、工作频率以及电容体本身的导线电阻等。
Rleak:并联泄露电阻
取决于电容器件本身特有的泄露特性。

去耦电容和旁路电容

去耦（Decouple）电容和旁路（bypass）电容只是设计者根据电容所起的作用不同而进行的认为划分。

去耦电容

其作用是保证器件稳定工作而给器件电源提供本地“小池塘”。在高速运行的器件上，会不断产生快速变化的电荷需求，对于这种快速的需求，电源模块无法及时给器件提供电流以补给（如电源回路存在寄生电感/电阻，Z=2ΠFxL,频率F越高，回路阻抗Z就越高），只能依靠器件附近的电容给予解决。
去耦电容还有另一个作用，是为高速运行的器件产生的高频噪声提供一条就近流入地平面的低阻抗路径，以避免这些干扰影响该电源的其他负载。