去耦电容的应用
第一个知识点，去耦电容的应用，那首先要介绍一下去耦电容的应用背景，这个背景就是电磁干扰，也就是传说中的EMI。1、冬天的时候，尤其是空气比较干燥的内陆城市，很多朋友都有这样的经历，手触碰到电脑外壳、铁柜子等物品的时候会被电击，实际上这就是“静电放电”现象，也称之为ESD。
2、不知道有没有同学有这样的经历，早期我们使用电钻这种电机设备，并且同时在听收音机或者看电视的时候，收音机或者电视会出现杂音，这就是“快速瞬间群脉冲”的效果，也称之为EFT。
3、以前的老电脑，有的性能不是很好，带电热插拔优盘、移动硬盘等外围设备的时候，内部会产生一个百万分之一秒的电源切换，直接导致电脑出现蓝屏或者重启现象，就是热插拔的“浪涌”效果，称之为Surge。
电磁干扰的内容有很多，我们这里不能一一列举，但是有些内容非常重要，后边我们要一点点的了解。这些问题大家不要认为是小问题，比如一个简单的静电放电，我们用手能感觉到的静电，可能已经达到3KV以上，如果用眼睛能看得到的，至少是5KV了，只是因为这个电压虽然很高，电量却很小，因此不会对人体造成伤害。但是我们应用的这些半导体元器件就不一样了，一旦瞬间电压过高，就有可能造成器件的损坏。而且，即使不损坏，在2、3里边介绍的两种现象，也严重干扰到我们正常使用电子设备了。 基于以上的这些问题，就诞生了电磁兼容(EMC)这个名词。这节课我们仅仅讲一下去耦电容的应用，电磁兼容的处理在我们今后设计电路，对PCB画板布局中应用尤为重要，那是后话，暂且不说。 首先我们来看图1。
图1 去耦电容应用
上边这张图，过了保险丝以后，接了一个470uF的电容C16，下边这种图，经过开关后，接了一个100uF的电容C19，并且并联了一个0.1uF的电容C10。其中C16和C19起到的作用是一样的，C10的作用和他们两个不一样，我们先来介绍这2个大一点的电容。
容值比较大的电容，理论上可以理解成水缸或者水池子，同时，大家可以直接把电流理解成水流，其实大自然万物的原理都是类似的。
作用一，缓冲作用。当上电的瞬间，电流从电源处流下来的时候，不稳定，容易冲击电子器件，加个电容可以起到缓冲作用。就如同我们直接用水龙头的水浇地，容易冲坏花花草草的。我们只需要在水龙头处加个水池，让水经过水池后再缓慢流进草地，就不会冲坏花草，起到有效的保护作用。
作用二，稳定作用。我们一整套电路，后级的电子器件功率大小、电流大小也不一样，器件工作的时候，电流大小不是一直持续不变的。比如后级有个器件还没有工作的时候，电流消耗是100mA，突然它参与工作了，电流猛的增大到150mA了，这个时候如果没有一个水缸的话，电路中的电压(水位)就会直接突然下降，比如我们的5V电压突然降低到3V了。而我们系统中有些电子元器件，必须高于一定的电压才能正常工作，电压太低就直接不工作了，这个时候水缸就必不可少了。电容会在这个时候把存储在里边的电流释放一下，稳定电压，当然，随后前级的电流会及时把水缸充满的。
有了这个电容，可以说我们的电压和电流就会很稳定了，不会产生大的波动。这种电容常用的有以下三种：
图2 铝电解电容
图3 钽电容
图4 陶瓷电容
这三种电容是我们常用的三种电容，其中第一种个头大，占空间大，单位容量价格最便宜，第二种和第三种个头小，占空间小，性能一般也略好于第一种，但是价格也贵不少。当然，除了价格，还有一些特殊参数，在通信要求高的场合也要考虑很多，这里暂且不说。我们板子上现在用的是第一种，只要在符合条件的情况下，第一种470uF的电容不到一毛钱，同样的耐压和容值，第二种和第三种可能得1块钱左右。
电容的选取，第一个参数是耐压值的考虑。我们用的是5V系统，电容的耐压值要高于5V，一般推荐1.5倍到2倍即可，有些场合稍微高于也可以。我们板子上用的是10V耐压的。第二个参数是电容容值，这个就需要根据经验来选取了，选取的时候，要看这个电容起作用的这块系统的功率消耗情况，如果系统耗电较大，波动可能比较大，那么容值就要选大一些，反之，可以小一些。
刚开始同学们设计电路也模仿别人，别人用多大自己也用多大，慢慢积累。比如咱上边讲电容作用二的时候，电流从100mA突然增大到150mA的时候，其实即使加上这个电容，电压也会轻微波动，比如从5V波动到4.9V，但是只要我们板子上的器件在电压4.9V以上也可以正常工作的话，这点波动是没有问题的，但是如果不加或者加的很小，电压波动比较大，有些器件就会工作不正常了。但是如果加的太大，占空间并且价格也高，所以这个地方电容的选取多参考经验。
第二个电容，容值较小，是0.1uF，也就是100nF，是用来滤除高频信号干扰的。比如ESD，EFT等。有一点大家要清楚，我们初中学过电容可以通交流隔直流，但是电容的参数对不同频率段的干扰的作用是不一样的。这个100nF的电容，是我们的前辈根据干扰的频率段，根据板子的参数，根据电容本身的参数所总结出来的一个值。也就是说，以后大家在设计数字电路的时候，在电源处的去耦高频电容，直接用这个0.1uF就可以了，不需要去计算。
还有一点，就是大家看我们的电路图可以看出来，通常在电路中可能瞬间电流较大的地方，会加一个大电容，比如在1602液晶左上角的那个，靠近了单片机的VCC以及1602液晶背光的VCC，起到稳定电压的作用，在左上角电机和蜂鸣器位置有一个，也是起到稳定电压的作用。还有在所有的IC器件的VCC和GND之间，都会放一个0.1uF的高频去耦电容，特别在布板的时候，这个0.1uF电容要尽可能的靠近IC，尽量很顺利的将这个IC的VCC和GND连到一起，这个大家先了解，细节以后再讨论。
编辑：admin 最后修改时间：2018-05-08
