一文解释电路中常用电子元器件应用和选型01

电容和二极管是电路中最常用的两个电子元器件，种类和系列众多，这里简单总结一下应用场景和选型方式

电容（Capacitor）

电容的种类（20种以上）和应用非常广泛，但是我经常遇到的无非就是下面这几种：

应用

1．隔直流。

2．旁路（去耦)

3．耦合

4．滤波

5．温度补偿

6．计时

7．调谐

8．整流

9．储能

种类

1. 陶瓷电容

2. 云母电容

3. 铝电解电容

4. 钽电解电容

5. 安规电容

1、隔直流

2、旁路（去耦）

旁路电容：旁路电容，又称为退耦电容，它利用了电容的频率阻抗特性（理想电容的频率特性随频率的升高，阻抗降低）。旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚，这是阻抗要求，在画PCB时候特别要注意，只有靠近某个元器件时候才能抑制电压或其他输信号因过大而导致的地电位抬高和噪声，说白了就是把直流电源中的交流分量，通过电容耦合到电源地中，起到了净化直流电源的作用。如图C1为旁路电容，画图时候要尽量靠近IC1

图C1

去藕电容：去耦电容，是把输出信号的干扰作为滤除对象，去耦电容相当于电池，利用其充放电，使得放大后的信号不会因电流的突变而受干扰。它的容量根据信号的频率、抑制波纹程度而定，去藕电容就是起到一个“电池”的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。

旁路电容实际也是去藕合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般取 0.1F、0.01F 等；而去耦合电容的容量一般较大，可能是 10F 或者更大，依据电路中分布参数、以及驱动电流的变化大小来确定。如图C3为去耦电容

图C3

它们的区别：旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源。

3、耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路。

用电容做耦合的元件，是为了将前级信号传递到后一级，并且隔断前一级的直流对后一级的影响，使电路调试简单，性能稳定。

如果不加电容交流信号放大不会改变，只是各级工作点需重新设计，由于前后级影响，调试工作点非常困难，在多级时几乎无法实现。

4、滤波：这个对电路而言很重要，CPU背后的电容基本都是这个作用。

根据 Z（阻抗）=1/（2Pi*f*C）

即频率f越大，电容的阻抗Z越小。当低频时，电容C由于阻抗Z比较大，有用信号可以顺利通过；当高频时，电容C由于阻抗Z已经很小了，相当于把高频噪声短路到GND上去了。

滤波作用：理想电容，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。电解电容一般都是超过 1F ，其中的电感成份很大，因此频率高后反而阻抗会大。我们经常看见有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容，其实大的电容通低频，小电容通高频，这样才能充分滤除高低频。电容频率越高时候则衰减越大，电容像一个水塘，几滴水不足以引起它的很大变化，也就是说电压波动不是你很大时候电压可以缓冲，如图C2

图C2

5、温度补偿：针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响，而进行补偿，改善电路的稳定性。

分析：由于定时电容的容量决定了行振荡器的振荡频率，所以要求定时电容的容量非常稳定，不随环境湿度变化而变化，这样才能使行振荡器的振荡频率稳定。因此采用正、负温度系数的电容释联，进行温度互补。

当工作温度升高时，Cl的容量在增大，而C2的容量在减小，两只电容并联后的总容量为两只电容容量之和，由于一个容量在增大而另一个在减小，所以总容量基本不变。

同理，在温度降低时，一个电容的容量在减小而另一个在增大，总的容量基本不变，稳定了振荡频率，实现温度补偿目的。

6、计时：电容器与电阻器配合使用，确定电路的时间常数。

输入信号由低向高跳变时，经过缓冲1后输入RC电路。电容充电的特性使B点的信号并不会跟随输入信号立即跳变，而是有一个逐渐变大的过程。当变大到一定程度时，缓冲2翻转，在输出端得到了一个延迟的由低向高的跳变。

时间常数：以常见的 RC 串联构成积分电路为例，当输入信号电压加在输入端时，电容上的电压逐渐上升。而其充电电流则随着电压的上升而减小，电阻R和电容C串联接入输入信号VI，由电容C输出信号V0，当RC (τ)数值与输入方波宽度tW之间满足：τ》》tW，这种电路称为积分电路

7、调谐：对与频率相关的电路进行系统调谐，比如手机、收音机、电视机。

变容二极管的调谐电路

因为lc调谐的振荡电路的谐振频率是lc的函数，我们发现振荡电路的最大与最小谐振频率之比随着电容比的平方根变化。此处电容比是指反偏电压最小时的电容与反偏电压最大时的电容之比。因而，电路的调谐特征曲线（偏压一谐振频率）基本上是一条抛物线。

8、整流：在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。

9、储能：储存电能，用于必须要的时候释放。

例如相机闪光灯，加热设备等等．（如今某些电容的储能水平己经接近锂电池的水准，一个电容储存的电能可以供一个手机使用一天。

reference: https://zhuanlan.zhihu.com/p/51761646

设计完电路原理图，后面做电容选型的时候，要从下面几个方面考虑

1. 首先选择的参数当然是电容值，根据你的应用，如果是滤波电容可能选择电容值比较小的，如果是高频信号可以选择0.01uF或者p，nF这种量级，如果是低频信号可以选择0.1uF或更加这种量级的；如果是整流滤波，则需要更大的电容，可以根据公式Cmin = Load Current / (Ripple Voltage X Frequency)进行选择。

2. 电容的极性。有些时候，比如电路中存在感性原件，比如最常见的RLC电路，启动过程中电压会存在一个波动，电动势方向会有一个变化，通过电路分析，这样的电路中就需要使用无极电容。

3. 根据使用的场景，选择电容的公差5%， 10%， 20%属于比较常见的公差。

4. 选择电容的额定电压值，一般都不会超过这个值的75%。所以在进行选型的时候，会选择电压rms*1.414/0.75这样的额定电压值的电容

5. 额定电流值，这种要求一般会出现在整流器里面，对波纹电路进行清洗。根据电容特性方程Iripple = C X dV X Frequency可以得到波纹电流值最大值，在加上75%的安全系数，则可以得到额定电流值。

6. 使用环境温度，使用材料，和元器件寿命

7. 最后根据实际安装方式和物理尺寸，比如手机中有很多高频通讯电路，需要多个精密的电容，同样物理尺寸要求非常小，相对应的，相同功能的情况下物理尺寸越小，价格越高。

我们下面来看一个实际的铝点解电容Spec

二极管（Diode）

应用

1. 整流

2. 检波

3. 开关

4. 稳压

5. 变容

6. 发光二极管

种类

1. Zener diode

2. PN junction diode

3. Tunnel diode

4. Varactor diode

5. Schottky diode

6. Photodiode

7. PIN diode

8. Laser diode

9. Avalanche diode

10. light emitting diode

二极管的基本构成就是里面有一个硅原子参杂的PN结，参杂元素作为载流子。参杂元素在PN节会形成内场，当朝二极管导通方向通电时，内场缩小，相反，内场扩大，二极管则处于断开状态。

Zener diode 稳压二极管又叫齐纳二极管，符号就很像一个Z字形。Zener是在反向导通的，在电流一个很大跨度内，两端电压都处于一个稳定状态，所以起到电路里面稳压的作用。

PN junction diode就是我们最常见的二极管，

该二极管正向导通的时候，会有一个导通压降。可以看到正向导通电压远小于反向导通电压。反向是不导通的。

Schottky diode 是肖特基二极管，经常用到，它的正向导通压降非常小（0.15-0.45V），传统PN junction diode则是（0.6 - 0.75V），而且导通速度非常快，作为二极管开关。

photodiode 光电二极管，

avalanche diode 雪崩二极管，主要应用的是反向电压，可以看到反向导通电压大于齐纳二极管。该二极管相对于齐纳，提供了更好的涌浪保护机制。另外breakdown电压随着温度的升高而升高，而齐纳二极管则相反。还有就是雪崩后二极管的PN节将会永久性损伤，所以反向导通是不可逆的，而齐纳是可逆的。

Tunnel diode

varactor diode 变容二极管，该二极管的电容量和反向电压有关，