為什么電容越大阻抗越小，頻率越高越容易通過

電容器有一個(gè)充放電的時(shí)間問題。當(dāng)交流電的正半周，給電容器充電的瞬間，電路是有電流流過的，相當(dāng)于通路，一旦電容器充電完畢，則電路就沒有電流流過了，相當(dāng)于斷路。當(dāng)交流電的負(fù)半周到來時(shí)，又將產(chǎn)生電流，先抵消掉原來充在電容上的那個(gè)相反的電荷，再繼續(xù)充電至充滿。

現(xiàn)在假設(shè)電容器需要的充電時(shí)間t一定，則當(dāng)一個(gè)頻率較高的交流電正半周結(jié)束時(shí)，假設(shè)電容器容量夠大，還未充滿電，負(fù)半周就到來了，則電路會(huì)一直流著電流，相當(dāng)于電容器對(duì)這個(gè)高頻的交流電來說，是通路的。

如果這個(gè)交流電的頻率較低，正半周將電容器充滿電荷以后，負(fù)半周仍未到來，則電流會(huì)在中途斷流，電容器對(duì)于這個(gè)低頻的交流電來說，就不是完全通路了。

如果充電的時(shí)間相對(duì)于交流電的半周期來講，是有較大比例的，那么這個(gè)電容器對(duì)這個(gè)頻率的交流電來講，還沒有完全斷路，只是有一定的阻抗。

如果充電的時(shí)間相對(duì)于那個(gè)頻率的交流電的半周期來講，是極短的，那么電容器就可以認(rèn)為完全斷路，沒有電流流過。

解釋二：

根據(jù)容抗的公式Xc = 1/(ωC)= 1/(2πfC)可知，頻率f越大，容抗越小，所以越容易通過

同理，頻率越小，容抗越大，所以越不容易通過。

為什么小電容通高頻，大電容通低頻?

解釋一：

大電容需要的介質(zhì)面積比較大，而電極和介質(zhì)是卷在一起或堆疊在一起的，要做到面積比較大，必然卷的或者堆疊的比較多，其分布電感就會(huì)變大，而分布電感越大，高頻越不容易通過。

從理論上(即假設(shè)電容為純電容)說，電容越大，阻抗越小，通過的頻率也越高，但實(shí)際上超過1UF的電容大多為電解電容，有很大的電感成分，所以頻率高后反而阻抗會(huì)比較大，有時(shí)候會(huì)看到有一個(gè)電容量較大的電容并聯(lián)了一個(gè)小電容，這時(shí)大電容通低頻，小電容通高頻。電容的作用就是通高頻阻低頻，電容越大低頻越容易通過，電容越小高頻越容易通過，具體用在濾波中，大電容濾低頻，小電容濾高頻。

解釋二：

理論上電容越大阻抗越小，頻率越高越容易通過，理論是沒錯(cuò)。

低頻通不過小電容：不是絕對(duì)通不過，只是阻抗較大不容易通過。

高頻通不過大電容：理論上大電容高頻更容易通過，只不過由于大電容制造工藝所限，一般都是卷制的，大電容本身分布電感比小電容要大得多，由于感抗與高頻阻抗成反比關(guān)系，所以就限制了高頻信號(hào)的通過，一般電源濾波回路負(fù)責(zé)人的廠家會(huì)在大電容旁邊再裝個(gè)瓷片小電容濾除高頻干擾信號(hào)。

理論上，小電容更傾向于過濾高頻信號(hào)，而大電容則更適合濾除低頻信號(hào)。這一現(xiàn)象的根源在于電容器對(duì)交流信號(hào)的阻抗特性，即容抗X_C。容抗是電容器對(duì)交流信號(hào)的阻礙程度的量度，它的數(shù)值與交流信號(hào)的頻率f以及電容器的容量C有著密切的關(guān)系。具體地，容抗X_C的計(jì)算公式為：X_C = \frac{1}{2 \pi \cdot f \cdot C}。從公式中可以看出，當(dāng)電容器的容量固定時(shí)，頻率越高，容抗就越小;反之，在頻率不變的情況下，電容越大，容抗就越小。特別地，對(duì)于直流信號(hào)(頻率為0)，電容的容抗趨于無窮大，相當(dāng)于電路中的斷路狀態(tài)。

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：

一般的10PF左右的電容用來濾除高頻的干擾信號(hào),0.1UF左右的用來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，也就是各位所說的大容值和小容值的，就是去耦和旁路。原理我就不說了，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說到電容，各種各樣的叫法就會(huì)讓人頭暈?zāi)垦?，旁路電容，去耦電容，濾波電容等等，其實(shí)無論如何稱呼，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)可以通過電容的等效阻抗公式看出來：

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。

不過僅僅是參考而已，用老工程師的話說——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,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.

說的通俗一點(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，沒等第二次來水時(shí)懷中的水位已經(jīng)下降好多了，所以要用大的水懷來緩和因漏水造成的水位下降。

在電子電路中，電容作為一種基本的元件，具有濾波、儲(chǔ)能等多種功能，但在電容的使用上，有種說法是：“大電容濾低頻，小電容濾高頻”，那么這種說法是真的嗎?

在探索這個(gè)問題前，先來了解下電容濾波的原理，電容濾波的基本原理是通過電容的充放電特性，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行平滑處理，當(dāng)輸入信號(hào)為交流信號(hào)時(shí)，電容將根據(jù)輸入信號(hào)的頻率進(jìn)行充放電。

對(duì)高頻信號(hào)，電容的充/放電時(shí)間短，因此高頻信號(hào)通過電容時(shí)被衰減，但對(duì)低頻信號(hào)，電容的充/放電時(shí)間廠，因此低頻信號(hào)也能通過電容。

電容的頻率響應(yīng)是指電容對(duì)不同頻率信號(hào)的衰減程度，一般來說，電容對(duì)高頻信號(hào)的衰減較大，對(duì)低頻信號(hào)的衰減較小，但注意：這個(gè)衰減程度并非簡單的與電容大小成正比，實(shí)際上，電容的頻率響應(yīng)受到多種因素的影響，如電容的容量、等效串聯(lián)電阻(ESR)、等效串聯(lián)電感(ESL)等。

所以，不能認(rèn)為“大電容濾低頻，小電容濾高頻”這個(gè)說法是正確的，實(shí)際上，電容的頻率響應(yīng)是相對(duì)復(fù)雜的問題，需要綜合考慮多種因素。