硬件基础知识---电容容量、尺寸及作用

大家好，小科来为大家解答以上问题。硬件基础知识---电容容量、尺寸及作用这个很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

1、电容就像水杯。杯子越大，装的水就越多。电容器的尺寸越大，容量越大。

2、电容的单位是f，法拉，法拉。这是超大单元，一般电容达不到这个尺寸。基本单位是pF、nF和uF。1F=1012pF .

3、但法拉并不是电容器的绝对容量，而是相对值，代表的是在相同电压下能放多少电。即每次放出一定量的电，电压下降一个固定值。

4、可以理解为电容器储存的电量为“电容电压”。这个电压指的是耐受电压，也就是电容能充到最大多少伏。它与容量、电压和体积成正比。越大的价格越贵。

5、比如都是100uF的电解电容，25V 6x 11mm，50V 8x 13mm，200v 16x 25mm。1000uF，450V的电容可以达到35x60mm，比1号电池还大。(直径x高度)

6、电容和电容精度

7、一般陶瓷电容最小值为0.5pF，常用的0402电容最大值一般为10uF10V，0805电容最大值一般为47uF10V。电解电容从10uF开始，没有nF那么小，常用的最大可以达到10000uF左右。

8、通常情况下，为了采购好，成本低，顶格不选电容。设计时，建议0402选用4.7uF，0603选用10uF，0805选用22uF。至于电解电容，同样如此。首先选择电容值和耐压值，然后去说明书里找常用的尺寸。

9、容量值能不能做大，主要看体积。许多用于变电站的高压电容器比一个盒子还大。普通电解电容可以有手臂那么大。

10、所以能不能再小一点，小于0.5pF？是的，但是没有意义。0402电容的焊盘寄生电容接近1pF。如此小的电容主要用于RF部分。

11、陶瓷电容装不下容量，一般是黄色或棕色。电解电容的电容一般按照实际值标注在外壳上，比如220uF 25V的信息。钽电容的电容值和电阻一样标在电容器表面，单位为pF。比如226就是22x106pF=22uF。

12、一般电容的精度都不高。有的陶瓷电容精度更高，5% (J级)，普通的10%(K级)，20%(M级)，有的80% ~-20% (Z级)。pF水平大于5%，nF水平大于10%，uF水平一般为20%。电解电容一般也是20%。

13、为什么几乎不可能使用高精度电容？因为大部分时候都是用电容来稳定电源，电容的差异并不影响使用效果。射频匹配和滤波网络偶尔需要pF级电容，5%就够了，不足以影响滤波器的频点。

14、电容器尺寸：陶瓷电容器和钽电容器，尺寸和电阻都是一样的，英制小尺寸，0201，0402，0603，0805，公制大尺寸，如2520，3525等。对于柱状电解电容器，尺寸一般用“直径高度”来描述。

15、所以在设计硬件的时候，预留电容的大小要考虑的越大越好。如果预留6x11的位置，一般最多用100uF 25V。想换小的节约成本没问题，换大的就很难了。电容厂家做不出6x11的470uF 25V电容。同样的问题在陶瓷电容上也需要注意。比如预留一个0805的电容，最大可以贴22uF 6.3V，所以很难找到更大电容或者更高电压的材料。

16、电容器的耐压值在弱电领域主要有4V、6.3V、10V、16V、20V、25V、35V、50V。几百伏的电容主要用于高压。耐压的选择非常非常重要。如果你犯了一个错误，你将处于危险之中。

17、如果在50V电源中使用25V电容会怎么样？电容可能有机会带，也可能烧坏短路。一般电解电容承载不了，直接击穿短路或者干脆爆炸。钽电容扛不住，一团烟火就烧起来了。

18、在硬件设计中选择电容时，一定要考虑清楚线路的最高电压，一般用一半，即电容的耐压值应该是线路电压的2倍以上。例如，5V电源的电容应该是10V而不是6.3V，20V电源的电容应该是50V而不是3。

经验上看，陶瓷电容可以选择略小一些的，因为陶瓷电容对高压的耐受能力比较好。钽电容一定要严格按照2倍以上来选择，因为钽电容比较容易被击穿。电解电容推荐使用2倍以上，以避免供应商品质控制不严格带来的隐患。

电容的方向：陶瓷电容不分正负极，电解电容和钽电容都有正负极的区分。如果接反了，就会击穿然后起火或者爆炸。

不巧的是，电解电容和钽电容都是对称的，正反都能焊接。在硬件设计的时候，要从原理图、PCB上明确区分电解电容和钽电容的正负极，不能画反了。SMT贴片的时候也要注意不能反着贴。

↑ 图：电解电容的符号和陶瓷电容的符号

电解电容有标识的是负极，钽电容有标识的是正极。两个是相反的。

电容的作用

电容的计算公式：C=εS/4πkd，实话说，我也记不得这是干什么的了>_<||| ，自从高考完，再也没用过，早就还给老师了。在工作的十几年中，压根用不到这些最理论化的计算。

那么电容在硬件设计中应当怎么用呢？前面讲到了电容的基本特性就是储能，一个水杯，不断的充水放水、充电放电。电容的一切应用都是围绕着这个基本特性来开展的。

电阻一般不是用来分压的，同样电容一般也不是用来储能的。纯粹用来储能的场景非常少，这么多年以来，我记得只有一个场景是用来储能的。

电感用的最多的地方：电源稳压、去耦、滤波、去干扰、射频调谐、最后才是储能。

电容的在交流电下的特性

看案例之前，要先了解一下电容这个“水杯”在接水放水状态下的特点：隔绝直流，通过交流。

电容两端的电压恒定之后，电容就无法继续充电，也无法放电。因此电压恒定不变的直流电无法穿过电容。这就是电容“隔绝直流”的作用。

如果电容两端的电压是变化的，外部电压低的时候内部对外放电，外部电压高的时候对内部充电，变化的部分能够穿过电容。这就是电容“通过交流”的作用。

↑ 图：并联电容滤波

电容并联在信号线或电源线上的时候，起到滤波的作用，交流信号导入地上，直流分量通过电容到另一侧。

↑ 图：串联电容隔直

电容串联在信号线上，起到隔直的作用。交流分量穿过电容，直流分量被阻挡下来。

↑ 图： 实际电容在高频下的等效电路

↑ 图： 实际电容的频率响应，在特定频率范围的等效电阻最小

↑ 图：1pF电容的高频频率响应

一个理论的电容，能够通过所有高频的信号。但实际上的电容是有寄生电感的，构成了一个LC谐振电路，这个电路在谐振点周围的等效电阻最小。

就是说，电容能够通过特定频段范围的交流信号，阻断或部分阻断其他频段的交流信号。电容越大，能够滤除的频段越低。

如果有个无限大的电容，永远充不满电的电容，那么连直流（0Hz的交流）也可以完全滤除掉。

因此在使用过程中，要根据信号的频率，来选择合适的电容。滤除低频噪声用大电容，滤除高频噪声用小电容。

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