电容的电路应用
电容的电路应用
电容是电子电路中常见的元器件之一，广泛应用于滤波、储能、自举、旁路、震荡等场景。本文将详细介绍电容在各种电路中的具体应用和工作原理。
1. 陶瓷电容应用于滤波
电源电路中，当负载电流较小时，可以使用陶瓷电容进行滤波。例如，C18电容起到滤波作用，因为负载电流比较小，所以可以用小容量的电容，比如经典的10uF、1uF、4.7uF都是可以的。
滤波过程如下：当右边负载开始工作时，会耗电，电流从0~100mA，这个电流是会变化的，相当于一个水龙头的出水量大小。中间的LDO相当于一个水泵，输出3.3V电压，与最左边的电源有电压差。假如没有滤波电容C18，则负载开始工作时，瞬间需要的电流较大，因为没有储能，电流需要直接从最左边的电源处流到LDO，此处需要消耗一定的时间，LDO再降压到3.3V。因为瞬间需要的电流大，但源头处电流又不能瞬间补上，所以Vout的电压会被拉低，可能会降到3V，待左边电流慢慢补上时，电压才升回3.3V，这样就会产生由3V到3.3V的纹波。
加上电容C18后，该电容相当于一个水槽，储能用的。当负载不工作时，左边电源经过LDO降压后给电容充电，待电容充满后其电压也达到了3.3V。当负载再次工作耗电时，此时电流就直接从电容流出，供给负载（负载需要的电流越大，则电容的容量就要越大）。由于有电容先给负载输出了电流，电源再补给上来，所以电压就不会被拉低，纹波就减小，起到滤波作用。
2. 铝电解电容用于滤波
电源电路中，当负载电流较大时（例如2A），使用铝电解电容进行滤波。为了降低ESR（等效串联电阻），提升滤波效果，需要并联陶瓷电容。陶瓷电容很难做到大容量，所以需要容量大时则可使用铝电解电容。
3. 钽电解电容用于滤波
在GPRS模块电源管脚的应用中，模块在启动时瞬间电流可达2A。根据功率公式P = I*U，在功率P不变的情况下，电流增大，那电压就会往下降。本来4V的电压可能会被拉低到3V，导致模块重启。因此需要加容量大点的电容作储能用。
选择低ESR、高容量的钽电解电容，可以避免压降过大导致模块重启。
4. LC滤波
在PWM（脉宽调制）电源中，使用LC进行滤波，将PWM波形滤成直流电压，达到调压的目的。
需要注意的是，如果滤波只使用电容，上电瞬间，电源芯片内部NMOS管导通时，滤波电容C9瞬间充电电流很大，将烧毁内部NMOS管或出现短路保护，无法正常工作。使用LC进行滤波，电感起到限制电流的作用，电感电流不能突变，很好的限制了滤波电容的充电电流，同时电感也是可以储能的，也可以起到滤波作用，构成LC滤波器。
D9是续流二极管，是因为加了电感才需要此二极管。
5. 储能电容
电容C55给VOUT1提供能量缓冲，避免VOUT1负载电流变化时干扰VCC电源。可以把VOUT1比喻成水龙头，C55比喻成蓄水池，当瞬间打开水龙头时，蓄水池提供足够的水，不影响其他地方用水。
需要注意的是，C55不能放在U12后面。如果放在U12后面，当U12关断时，电容给负载放电，放完之后电压就变为0V了。U12打开时，C55充电电流很大，会下拉VCC电压，同时，有可能烧毁U12。
6. 储能电容2
C1作为U2储能电容，避免后面的数码管打开时，瞬间耗电较大影响3.3V电源。3.3V电源可能会给主控单片机供电，因为P = I * U ，如果这里的数码管芯片瞬间启用电流大，则会拉低3.3V电源，造成单片机供电电压不足，可能会重启。
7. 储能电容3
数字IC和单片机的电源管脚一般需要放置储能电容。因为IC内部有很多开关信号，频率比较大，可能有100MHz，所以这里需要并一个小容量的电容C13。
- 小电容：为高频信号（内部开关信号）提供瞬间能量，通常为0.1uF。因为高频信号是一瞬间开启，需要电压，然后又瞬间关断，小容量的电容充电快，放电也快，可以适应这些高频的供电需求；频率越高，电容越小。
- 大电容：为低频信号（内部外设耗电）提供能量
需要注意的是，在IC供电的电路中，PCB布局时，电容与IC电源引脚要尽可能的贴近，尽可能让环路最小，这样辐射最小。
8. 自举电路
利用电容C73的充放电特性构成自举电路，驱动芯片内部的功率NMOS管。芯片内部NMOS管开启时需要Vgs > V开启电压，源极s一般接到VCC，栅极g就需要通过电容，将电容的电压加到栅极g上，一般为4V ~ 10V，导通NMOS管。
9. 旁路电容
C25为高频信号提供低阻抗回路，提高电源稳定性。如果高频信号通过电阻R23流到FB，可能在电阻处会产生一些压降，影响反馈，加了电容后就从电容流过，影响较小。
10. 振荡电路
电容C39、C52与晶体构成震荡电路，提供时钟信号输出。