單片機中去耦電容在電路中的應用

首先來看圖 1，這是 USB 接口和供電電路。

圖 1 USB 接口和供電電路

左邊這張圖，過了保險絲以后，接了一個 470uF 的電容 C16，右邊這張圖，經過開關后，接了一個 100uF 的電容 C19，并且并聯了一個 0.1uF 的電容 C10。其中 C16 和 C19 起到的作用是一樣的，C10 的作用和他們兩個不一樣，我們先來介紹這 2 個大一點的電容。

容值比較大的電容，理論上可以理解成水缸或者水池子，同時，大家可以直接把電流理解成水流，其實大自然萬物的原理都是類似的。

作用一，緩沖作用。當上電的瞬間，電流從電源處流下來的時候，不穩定，容易沖擊電子器件，加個電容可以起到緩沖作用。就如同我們直接用水龍頭的水澆地，容易沖壞花花草草。我們只需要在水龍頭處加個水池，讓水經過水池后再緩慢流進草地，就不會沖壞花草，起到有效的保護作用。

作用二，穩定作用。我們的一整套電路，后級電子器件的功率大小都不一樣，而器件正常工作的時候，所需電流的大小也不是一成不變的。比如后級有個器件還沒有工作的時候，電流消耗是 100mA，突然它參與工作了，電流猛的增大到了 150mA，這個時候如果沒有一個水缸的話，電路中的電壓（水位）就會直接突然下降，比如我們的 5V 電壓突然降低到 3V了。而我們系統中有些電子元器件，必須高于一定的電壓才能正常工作，電壓太低就直接不工作了，這個時候水缸就必不可少了。電容會在這個時候把存儲在里邊的電量釋放一下，穩定電壓，當然，隨后前級的電流會及時把水缸充滿的。

有了這個電容，可以說我們的電壓和電流就會很穩定了，不會產生大的波動。

這三種電容是最常用的三種，其中第一種個頭大，占空間大，單位容量價格最便宜，第 二種和第三種個頭小，占空間小，性能一般也略好于第一種，但是價格也貴不少。當然，除 了價格，還有一些特殊參數，在通信要求高的場合也要考慮很多，這里暫且不說。我們板子 上現在用的是第一種，在同樣的符合條件的耐壓值和容值下，第一種 470uF 的電容不到一毛錢，而第二種和第三種可能要 1 塊錢左右了。

電容的選取，第一個參數是耐壓值的考慮。我們用的是 5V 系統，電容的耐壓值要高于5V，一般推薦 1.5 倍到 2 倍即可，有些場合稍微再高點也可以。我們板子上用的是 10V 耐壓的。第二個參數是電容容值，這個就需要根據經驗來選取了，選取的時候，要看這個電容起作用的整套系統的功率消耗情況，如果系統耗電較大，波動可能比較大，那么容值就要選大一些，反之可以小一些。

同學們剛開始設計電路也是要模仿別人，別人用多大自己也用多大，慢慢積累。比如咱上邊講電容作用二的時候，電流從 100mA 突然增大到 150mA 的時候，其實即使加上這個電容，電壓也會輕微波動，比如從 5V 波動到 4.9V，但是只要我們板子上的器件在電壓 4.9V 以上也可以正常工作的話，這點波動是被容許的，但是如果不加或者加的很小，電壓波動比較大，有些器件的工作就會不正常了。但是如果加的太大，占空間并且價格也高，所以這個地方電容的選取多參考經驗。

我們再來看圖 1 中的另一種電容 C10，它容值較小，是 0.1uF，也就是 100nF，是用來濾除高頻信號干擾的。比如 ESD，EFT 等。我們初中學過電容的特性——可以通交流隔直流，但是電容的參數對不同頻率段的干擾的作用是不一樣的。這個 100nF 的電容，是我們的前輩根據干擾的頻率段，根據板子的參數，根據電容本身的參數所總結出來的一個值。也就是說，以后大家在設計數字電路的時候，在電源處的去耦高頻電容，直接用這個 0.1uF 就可以了，不需要再去計算和考量太多。

還有一點，大家可以仔細觀察我們的 KST-51 開發板，在電路中需要較大電流供給的器件附近，會加一個大電容，比如在 1602 液晶左上角的 C18，靠近單片機的 VCC 以及 1602液晶背光的 VCC，起到穩定電壓的作用，而圖 3-1 中的 C19 的實際位置也是放在了在左上角電機和蜂鳴器附近，因為它們所需的電流都比較大，而且工作時電流的波動也很大。還有在所有的 IC 器件的 VCC 和 GND 之間，都會放一個 0.1uF 的高頻去耦電容，特別在布板的時候，這個 0.1uF 電容要盡可能的靠近 IC，盡量很順利的與這個 IC 的 VCC 和 GND 連到一起，這個大家先了解，細節以后再討論。
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