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关于电赛公开课 《模拟电路基础知识讲座》由TI邀请青岛大学傅强老师录制，深入浅出的介绍了模拟电路及电源相关的基础知识，帮助大家由浅入深地了解产品，更轻松的进行产品的选型和设计。 本课程共计80节视频内容，视频解析文字课40节，每周二、周四更新，欢迎同学观看学习。
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在低频条件下，实际电容特性比较接近理想元件，但频率稍高时，就必须考虑他们的高频等效模型了。电容在电路中一个用途是滤波，必须将电容的寄生参数考虑进去，才能分析和设计出正确的滤波器。
1电容的等效模型 如图1所示，实际电容可以看成是电容、电阻、电感三者的串联。其中等效串联电阻ESR（EquivalentSeries Resistance）和等效串联电感ESL（EquivalentSeries Inductance）分别从两个方面对电容的特性产生影响。
先来看ESR的影响。电容除了储能应用之外，大部分应用是滤波。大容量的滤波电容有钽电容和铝电解电容两种，其中钽电容性能更好更贵。其实钽电容也是有极性的电解电容，两种电容的性能主要差别就是ESR不同。 （1）理想电容C的两端电压绝不会产生“突变”，再大的充放电电流也只能产生“渐变”的电压，所以理论上并联电容的电路，其端电压是不会产生“毛刺”电压的。 （2）实际滤波电容两端的电压会产生如图2所示的毛刺（中间波形，直流负压）。
（3）电容端毛刺电压产生的原因就是电容的等效ESR。电容吞吐电流来保持自身端电压的稳定，但是吞吐电流会在ESR上产生压降，于是形成总的电压纹波乃至电压“毛刺”。 （4）相同容量的钽电解电容的ESR要远小于铝电解电容，所以同容量钽电容滤波的纹波电压要远小于铝电解电容。这就是为什么很多时候，我们把1μF的钽电容的滤波效果等效为10μF的铝电解电容。 （5）钽电容作为极性电容，特别需要提醒的是其外观标注，针插封装钽电容为正常的长引脚为阳极，但贴片钽电容的阳极却是划横线的那一端！ 接下来看ESL的影响。由于ESL的存在，电容中容抗和感抗分量会随电信号频率变化。如图3所示：
（1） 在低频段，所有电容毫无例外的均表现为电容特性（频率越高阻抗越低）。但是，当频率高于LC谐振频率f0时，电容转变成电感特性，即频率越高阻抗反而越高。而电感的特性不仅不会稳定电压，还会产生感应电压。 （2）不同材料和构造电容，其转折频率f0差别很大，一般说来，大容量的电容频率特性差（转折频率f0低），小容量的电容频率特性好（转折频率f0高）。 （3）值得庆幸的是，高频电容的容量虽小，但高频时真正起滤波作用的容抗却很小，“高频小容量”电容与“低频大容量”电容可以互为补充。 （4）实际电路中并联不同种类的电容，可以实现全频率范围内的滤波。多个电容并联滤原则上相差至少10倍，一般100倍为宜。
2电源线耦合干扰 “干扰”一词在初学者看来就是“无名肿痛”，能够想象到的就是“无所不在”又“无计可施”的电磁辐射之类的。其实电路中绝大部分的干扰都是来自电路自身的电源线（VCC和GND）。 （1）如图4所示，电源给多个芯片供电。芯片2为数字芯片，输出方波信号给负载RL。 （2）由于负载电流为方波，所以芯片2向电源索取的电流将不是恒流，产生了ΔI2。理想电源是不存在的，所有电源均有内阻，ΔI2会在电源内阻r上产生压降，从而导致VCC的变化。 （3）由于滤波电容C的稳压作用，ΔVCC不至于是方波，但是会像图4右所示的波形，产生毛刺电压（突变电流在ESR上的压降）。毛刺的位置对应了芯片2输出电流的开关时刻（突变时刻）。 （4）城门失火、殃及池鱼，芯片1的供电VCC不再是恒定直流，而是图4右所示那样的受到芯片2干扰的电源电压，这就是电源线耦合干扰，即芯片2通过电源线将干扰传递给了芯片1。
要减缓乃至消除电源线耦合干扰的影响，就需要用到去耦电容，其作用和水库非常类似，起到调节水流（电流）盈亏的作用。芯片配上去耦电容以后，既不干扰别人，也不被别人干扰。 （1） 当芯片自身用电量突然增加时，可以借去耦电容的电荷应急，而不会影响主回路供电。去耦电容损失的电荷，可以慢慢由主供电回路补充。 （2） 当芯片自身用电量突然减少时，多余的电荷可以往去耦电容里灌，而不影响主回路的用电。去耦电容多余的电荷，可以慢慢泄放到主供电回路。 （3） 当主供电电压发生突变（电压毛刺）时，芯片将受到去耦电容的“隔离”保护，减缓影响。 “去耦”电容的布置应尽量靠近本器件的VCC引脚和GND引脚。 如图5所示，由于线路是有电阻的，电容C1和C2仅能稳定UAB和UEF两端电压，芯片处的供电电压UCD和UGH仍然是波动的。
如图6所示，由于采用了就近单点接法，芯片供电电压UAB和UCD就是电容C1和C2两端电压，供电电压自然就能达到稳定。
滤波电容和去耦电容本质都是一样的，用于稳定电压的作用。两者的区别只是观察的视角不同，滤波电容是对电源而言的，去耦电容是针对用电器（芯片）而言。所以，选择ESR尽量小的电容的原则也适用于去耦电容。
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课后问答
问题1：陶瓷电容、钽电容、铝电解电容哪一种ESR最低？哪一种最高？ 参考答案：陶瓷电容最低，铝电解电容最高 问题2：滤波时为什么要把低频大电容和高频小电容同时使用？ 参考答案：因为二者ESL的转折频率不同，组合使用才能实现全频率范围内的滤波 问题3：去耦电容为什么要尽量靠近芯片Vcc和GND？ 参考答案：因为如果远离Vcc和GND，线路上的电阻会产生压降，导致芯片供电电压不稳定
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