51单片机学习笔记（5）——去耦电容的相关知识介绍
①去耦电容的应用背景——电磁干扰EMI
现实生活中的电磁干扰种类很多，包括静电放电ESD、快速瞬间群脉冲EFT、浪涌Surge等等。电磁干扰是我们在电路分析和设计中必须要注意的问题，比如一个简单的静电放电，我们用手能够感觉到的静电，可能已经达到3KV以上了，如果能够用眼睛看到，那至少是5KV以上了，虽然电压很高，但是持续的时间非常短，能量很小，因此不会对人体造成伤害。但是对于半导体器件就不一样了，一旦瞬间电压过高，就可能造成器件的损坏，对电路进行破坏。基于电磁干扰的相关问题，就诞生了电磁兼容EMC这个名词。电磁兼容在设计电路、PCB画板布局中都非常重要，因此我们必须重视。
②去耦电容的应用
上图是51单片机开发板的USB接口电路（左）和供电电路（右）。
在USB接口电路中，过了保险丝F1后，接了一个470uF的电容C16；在供电电路中，经过开关后，接了一个100uF的电容C19。这两个大电容的作用就是去耦（耦可以理解为噪声或者波动）
分析：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，我们可以直接把电流理解成水流，这样就更容易明白去耦电容的作用。
（1）缓冲作用。当电路上电的瞬间，电流从电源处流向各个元器件的时候，不稳定，容易冲击电子器件，对电子器件造成破坏。加上一个大电容可以起到缓冲的作用（电容有充放电的性质）。打个比方，我们直接用水龙头的水浇地，容易冲坏花花草草。我们只需要在水龙头处加个水缸，水龙头里面的水就会流到水缸里面去，当水缸里的水满了过后就会慢慢溢出，缓慢地流进草地，这样就不会冲坏花草，起到有效的保护作用。
（2）稳定作用。在一个完整的电路系统中，后级电子器件的功率大小往往都不一样，并且器件正常工作的时候，所需电流的大小也不是一成不变的。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，电流猛的增大到了 150mA，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量（相当于水缸里的水）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。
③去耦电容的选择
去耦电容可以使我们的电路中的电压和电流相对稳定，不会产生太大的波动。常见的去耦电容有铝电解电容、钽电容和陶瓷电容。如下图：
铝电解电容： 优点是有极性、容量大、能够耐受大的脉动电流；缺点是容量误差大、泄露电流大、损耗大、高频特性不好；应用场合为电源滤波、低频耦合、低频去耦、低频旁路等。
钽电容： 优点是漏电流极小、贮存性良好、寿命长、容量误差小、体积小、稳定性好、高频特性好；缺点容量较小、价格也比铝电解电容贵，而且耐电压及电流能力较弱；应用场合为电源滤波、去耦、交流旁路等。
陶瓷电容： 优点是电容容量具有稳定性、适用于长期工作可靠性；缺点是容量比较小；应用场合为耦合、滤波、去耦、振荡、消除高频干扰等。
（电容的选取第一是看耐压值，第二是看电容容值，这就需要一定的电路设计经验了）
④供电电路中C10电容的分析
电容 C10，它容值较小，是 0.1uF，也就是 100nF，是用来滤除高频信号干扰的。比如 ESD， EFT 等。我们学过电容的特性——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，是一个经验值。也就是说，以后大家在设计电路的时候，在电源处要加一个0.1uF的高频去耦电容，不需要再去计算和考量太多。
在电路中需要较大电流供给的器件附近，通常都会加一个大电容，起到稳定电压的作用，而在所有的 IC 器件的 VCC 和 GND 之间，都会放一个 0.1uF 的高频去耦电容，滤除高频信号的干扰，特别在PCB布板的时候，这个 0.1uF 电容要尽可能的靠近 IC，尽量很顺利的与这个 IC 的 VCC 和 GND 连到一起。
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