滤波电容在处理低频和高频信号时的作用

在我们学生时期学习物理的时候，遇到电路章节总会看到一个名词：电容。电容作为应用非常广泛的电子元器件之一，具备非常多的功能。其中滤波，是电容器非常常见的作用之一。那么你是否知道什么是滤波电容呢?还有滤波电容的作用是什么?

电容是两个彼此靠近又相互绝缘的导体。

滤波电容是指安装在整流电路两端用以降低交流脉动波纹系数提升高效平滑直流输出的一种储能器件。由于滤波电路要求储能电容有较大电容量。所以，绝大多数滤波电路使用电解电容。电解电容由于其使用电解质作为电极(负极)而得名。

滤波电容器与其他配件，例如电抗器和电阻器连接在一起，对一种或多种谐波提供一低阻抗通道的电容器(或电容器组)。具有体积小、重量轻、携带方便，泄漏电流甚微等特点。

滤波电容器的作用：电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号，但即使是低频信号，其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用，电解电容也分为高频电容和低频电容(这里的高频是相对而言)。

低频滤波电容器主要用于是电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz;而高频滤波电容器主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时，由于低频滤波电容高频特性不好，它在高频充放电时内阻较大，等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化，电容内压力升高，终导致电容的鼓包和爆裂

滤波电容的作用主要就是用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。而且对于精密电路而言，往往这个时候会采用并联电容电路的组合方式来提高滤波电容的工作效果。

滤波电容的作用根据低频和高频的不同而产生不同的工作频率：

低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz;而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。

滤波电容在开关电源中起著非常重要的作用，如何正确选择滤波电容，尤其是输出滤波电容的选择则是每个工程技术人员十分关心的问题。

50赫兹工频电路中使用的普通电解电容器，其脉动电压频率仅为100赫兹，充放电时间是毫秒数量级。

为获得更小的脉动系数，所需的电容量高达数十万微法，因此普通低频铝电解电容器的目标是以提高电容量为主，电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。

而开关电源中的输出滤波电解电容器，其锯齿波电压频率高达数万赫兹，甚至是数十兆赫兹。

这时电容量并不是其主要指标，衡量高频铝电解电容优劣的标准是“阻抗- 频率”特性。要求在开关电源的工作频率内要有较低的等效阻抗，同时对于半导体器件工作时产生的高频尖峰信号具有良好的滤波作用。

普通的低频电解电容器在万赫兹左右便开始呈现感性，无法满足开关电源的使用要求。

而开关电源专用的高频铝电解电容器有四个端子，正极铝片的两端分别引出作为电容器的正极，负极铝片的两端也分别引出作为负极。电流从四端电容的一个正端流入，经过电容内部，再从另一个正端流向负载;从负载返回的电流也从电容的一个负端流入，再从另一个负端流向电源负端。

滤波电容的作用如名称所述显然主要是用于滤波。

在不同的应用电路中，滤波电容有不同的名称和叫法，一般我们常见的滤波电容包含旁路电容、滤波电容、去耦电容三种称呼。

滤波电容通常是指用在电源整流后的电容，它可以将整流电路交流整流为脉动直流，通过充放电加以平滑的电容，这种电容大部分都是电解电容，而且容量值较大，为微法级的电容。

灯泡上下两端箭头可以看出电流只能从上往下流了，它把两个方向的交流电变成了固定方向的直流电，这就是滤波电容的作用。

要了解旁路电容(Bypass Capacitor)和去耦电容(Decoupling Capacitor)，需要先谈两个比较重要的概念。

Bypass：pass是通过的意思，by pass 从靠近的地方，从旁边通过。

Decoupling：Couple 一对，一双。动词引申为配对，连接的意思。如果系统A中出现的事物(信号)引起了系统B中一事物(信号)的出现，或者反过来，那么我们就说系统A与系统B出现了耦合(Coupling)。Decoupling 即减弱这种耦合。

电源旁路和去耦电路的例子，直流电源 (Power) 给芯片 (IC) 供电。

a. 如果电源受到了干扰 (可能通过220V市电进入电源系统，一般为频率比较高的信号)，那么干扰信号会通过Power 和IC之间的电源线传导到IC，如果干扰过强可能导致IC芯片不能正常工作。现在在靠近电源输出的位置加入一个电容C1，因为电容对直流呈开路，对交流呈低阻，频率较高的干扰信号通过C1回流到地。本来会从IC走的干扰信号此时绕过IC直接到地了，所以称C1为旁路电容 (Bypass Capacitor)，即把IC旁路掉了。

b. 现在的集成电路工作频率一般比较高。当IC瞬间启动，或切换工作频率时，会在供电导线上造成较大的电流波动。这种波动沿着导线反向传导到电源后，会造成电源的波动。即IC 的波动耦合到了电源。当在贴近IC的电源端口VCC放置一个电容C2后，电容有储能的作用，可以给IC提供瞬时电流，减弱了IC 电流波动向电源的传导。所以称C2为去耦电容。当然旁路电容C1同时也有去耦的作用，去耦电容 C2同时也有旁路的作用。

旁路电容、滤波电容、去耦电容工作示意图

a.旁路电容主要对输入信号进行滤波处理;功能主要是要减小电路里面纹波的幅值，从而保证电路正常工作。

b.滤波电容主要对电源进行滤波处理，功能主要是要减小电源纹波的幅值，从而保证电路正常工作。

c.去耦电容主要对输出信号的干扰作为滤除对象;功能主要有两个;1、储能，主要是负载瞬态电流发生变化时，电容对负载放，担负局部电源作用;2、阻抗，主要是降低电源系统的交流阻抗。