硬件基础知识---电容容量、尺寸及作用
电容就像水杯一样，越大的水杯，装的水越多。电容尺寸越大，容量越大。
电容的单位是f，farad，法拉。这是个超大的单位，一般电容达不到这么大，基本单位为pf、nf和uf。1f=1012pf。
但是法拉并不是电容的绝对容量，而是相对值，代表相同电压下能放出去多少电。即每放出一定的电量，电压下降一个定值。
由此可以理解，电容中存储的电量是“容值x电压”。这个电压指的是耐压值，就是电容最高能充电充到多少伏。电量和容值成正比，和电压成正比，和体积也成正比，价格嘛，也是越大越贵。
例如同样都是100uf的电解电容，25v的有6x11mm，50v的有8x13mm，200v的有16x25mm。一颗1000uf、450v的电容，可达35x60mm，比一节一号电池还大。（直径x高度）
电容的容值和精度
一般陶瓷电容最小有0.5pf的，常用的0402电容最大一般是10uf10v，0805的电容最大一般是47uf10v。电解电容都是10uf起步，没有nf这么小的，常用的最大可以到10000uf左右。
通常选型的时候为了好采购、成本低，一般都不会顶格选电容，设计的时候推荐0402最大选4.7uf，0603最大选10uf，0805最大选22uf。至于电解电容，也是一样的，先选定容值和耐压值，然后去规格书上找常用的尺寸。
容值能不能做的更大，主要看体积。变压器站用的高压电容，有很多比一个箱子还要大。普通电解电容最大也可以做到手臂那么大颗。
那么能不能做的更小，比0.5pf还小呢？能，但是没有意义。一个0402的电容的焊盘寄生电容就有接近1pf了。这么小的电容，主要是给射频部分使用的。
陶瓷电容标不下容值，一般通体黄色或褐色。电解电容的容值一般按照实际值标注在外壳上，如220uf 25v的信息。钽电容的容值标在电容表面，用和电阻一样的标注方式，单位是pf。例如226，就是22x106pf=22uf。
电容的精度普遍都不高，陶瓷电容精度高一些的有5%的（j档），普通的10%（k档）、20%（m档），还有些+80%～-20%（z档）。pf级别的5%比较多，nf级别的10%比较多，uf级别的普遍都是20%。电解电容普遍也都是20%。
为什么几乎用不到高精度电容呢？因为电容大部分时候是用来给电源稳压的，容值差一点不影响使用效果。偶尔有射频匹配和滤波网络需要用到pf级别的电容，5%也足够用了，不足以对滤波器的频点造成影响。
电容的尺寸：对于陶瓷电容和钽电容，其尺寸和电阻一样，小尺寸的用英制，0201、0402、0603、0805，大尺寸的用公制，如2520、3525等。对于柱状的电解电容，一般是用“直径x高度”的方式来描述尺寸。
因此硬件设计的时候，要考虑预留的电容的尺寸尽可能的大。如果你预留6x11的位置，一般最大也就用100uf 25v的了，想换小的节省成本没有问题，但想换大的就很难了，电容厂家做不出来6x11的470uf 25v的电容。同样的问题在陶瓷电容上也需要注意，例如预留一个0805的电容，一般最大也就能贴22uf 6.3v的了，想要更大容值或更高电压就很难找到物料了。
电容的耐压值，在弱电领域主要有4v、6.3v、10v、16v、20v、25v、35v、50v这些档位。上百伏的电容主要用在强电上。耐压值的选择非常非常重要，选错了会有生命危险。
如果把25v的电容，用在50v的电源上，会怎么样？陶瓷电容有机会扛得住，也可能被烧掉短路了。电解电容一般扛不住，直接击穿短路或干脆爆炸了。钽电容一定扛不住，升起一团烟火就烧掉了。
硬件设计选择电容的时候，务必要考虑清楚线路的最高电压，通常是折半使用，就是电容耐压值要达到线路电压的2倍或更多。例如5v电源上的电容要选择10v的，而不是6.3v的。20v的电源上的电容要选择50v的电容，而不是35v的。
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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电容的单位是f，farad，法拉。这是个超大的单位，一般电容达不到这么大，基本单位为pf、nf和uf。1f=1012pf。
但是法拉并不是电容的绝对容量，而是相对值，代表相同电压下能放出去多少电。即每放出一定的电量，电压下降一个定值。
由此可以理解，电容中存储的电量是“容值x电压”。这个电压指的是耐压值，就是电容最高能充电充到多少伏。电量和容值成正比，和电压成正比，和体积也成正比，价格嘛，也是越大越贵。
例如同样都是100uf的电解电容，25v的有6x11mm，50v的有8x13mm，200v的有16x25mm。一颗1000uf、450v的电容，可达35x60mm，比一节一号电池还大。（直径x高度）
电容的容值和精度
一般陶瓷电容最小有0.5pf的，常用的0402电容最大一般是10uf10v，0805的电容最大一般是47uf10v。电解电容都是10uf起步，没有nf这么小的，常用的最大可以到10000uf左右。
通常选型的时候为了好采购、成本低，一般都不会顶格选电容，设计的时候推荐0402最大选4.7uf，0603最大选10uf，0805最大选22uf。至于电解电容，也是一样的，先选定容值和耐压值，然后去规格书上找常用的尺寸。
容值能不能做的更大，主要看体积。变压器站用的高压电容，有很多比一个箱子还要大。普通电解电容最大也可以做到手臂那么大颗。
那么能不能做的更小，比0.5pf还小呢？能，但是没有意义。一个0402的电容的焊盘寄生电容就有接近1pf了。这么小的电容，主要是给射频部分使用的。
陶瓷电容标不下容值，一般通体黄色或褐色。电解电容的容值一般按照实际值标注在外壳上，如220uf 25v的信息。钽电容的容值标在电容表面，用和电阻一样的标注方式，单位是pf。例如226，就是22x106pf=22uf。
电容的精度普遍都不高，陶瓷电容精度高一些的有5%的（j档），普通的10%（k档）、20%（m档），还有些+80%～-20%（z档）。pf级别的5%比较多，nf级别的10%比较多，uf级别的普遍都是20%。电解电容普遍也都是20%。
为什么几乎用不到高精度电容呢？因为电容大部分时候是用来给电源稳压的，容值差一点不影响使用效果。偶尔有射频匹配和滤波网络需要用到pf级别的电容，5%也足够用了，不足以对滤波器的频点造成影响。
电容的尺寸：对于陶瓷电容和钽电容，其尺寸和电阻一样，小尺寸的用英制，0201、0402、0603、0805，大尺寸的用公制，如2520、3525等。对于柱状的电解电容，一般是用“直径x高度”的方式来描述尺寸。
因此硬件设计的时候，要考虑预留的电容的尺寸尽可能的大。如果你预留6x11的位置，一般最大也就用100uf 25v的了，想换小的节省成本没有问题，但想换大的就很难了，电容厂家做不出来6x11的470uf 25v的电容。同样的问题在陶瓷电容上也需要注意，例如预留一个0805的电容，一般最大也就能贴22uf 6.3v的了，想要更大容值或更高电压就很难找到物料了。
电容的耐压值，在弱电领域主要有4v、6.3v、10v、16v、20v、25v、35v、50v这些档位。上百伏的电容主要用在强电上。耐压值的选择非常非常重要，选错了会有生命危险。
如果把25v的电容，用在50v的电源上，会怎么样？陶瓷电容有机会扛得住，也可能被烧掉短路了。电解电容一般扛不住，直接击穿短路或干脆爆炸了。钽电容一定扛不住，升起一团烟火就烧掉了。
硬件设计选择电容的时候，务必要考虑清楚线路的最高电压，通常是折半使用，就是电容耐压值要达到线路电压的2倍或更多。例如5v电源上的电容要选择10v的，而不是6.3v的。20v的电源上的电容要选择50v的电容，而不是35v的。
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。
微软计划为ARM开发一个微软版本团队
PLC可以代替安全控制器吗？电气工程师告诉你
Intel传夺苹果基带肥单 台积电代工、6月大扩产
影像测量仪怎么测量？
pwm芯片，pwm控制芯片SG3525介绍
硬件基础知识---电容容量、尺寸及作用
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