在电子电路设计中，电容作为一种基础电子元件，常常被工程师们所忽视。电容既没有数十亿计的晶体管，也未采用的亚微米制造工艺，在许多工程师的认知里，它不过是由两个导体和中间的隔离电解质构成，属于较为基础的电子元件。然而，电容的选择对于电路的性能却起着至关重要的作用。
工程师们在解决噪声问题时，通常会采用添加电容的方法，他们普遍将电容视为解决噪声相关问题的 “药”，却很少考虑电容除额定电压之外的其他参数。但实际上，和其他电子元器件一样，电容也存在一些缺陷，例如寄生电阻、电感、电容温漂和电压偏移等非理想特性。在为旁路应用或对电容实际容值要求较高的应用选择电容时，必须充分考虑这些因素。电容选择不当可能会导致电路不稳定、噪声或功耗过大、产品寿命缩短以及电路行为不可预测等问题。
电容具有多种尺寸、额定电压和其他特性，以满足不同应用的具体需求。常用的电介质材料包括油、纸、玻璃、空气、云母、各种聚合物薄膜和金属氧化物等。每种电解质都有其特定的属性，可满足不同应用的独特需求。在稳压器中，多层陶瓷电容、固态钽电解电容和铝电解电容这三大类电容通常被用作电压输入和输出旁路电容。
多层陶瓷电容
多层陶瓷电容（MLCC）具有体积小、有效串联电阻和电感（ESR 和 ESL）低、工作温度范围宽等优点，通常是旁路电容的。不过，它也并非十全十美。根据所用的电介质材料，电容可能会随温度变化和交直流偏置发生较大偏移。此外，由于许多陶瓷电容的介质材料具有压电性，振动或机械冲击可能会转化为电容上的交流噪声电压。在大部分情况下，此噪声一般处于微伏范围内，但在极端情况下，可能会产生毫伏级的噪声。像 VCO、PLL、RF PA 以及低电平模拟信号链等应用对电源轨上的噪声非常敏感。这种噪声在 VCO 和 PLL 中表现为相位噪声，在 RF PA 中则为载波振幅调制。在 EEG、超声波和 CAT 扫描前置放大器等低电平信号链应用中，噪声会导致这些仪器的输出出现杂散噪声。因此，在所有这些噪声敏感应用中，必须认真评估多层陶瓷电容。在选择陶瓷电容时，考虑温度和电压效应非常重要。多层陶瓷电容选型部分会涉及根据公差和直流偏置特性来确定某个电容的电容值的过程。尽管陶瓷电容存在缺点，但对于许多应用而言，它能够实现尺寸、性价比的解决方案，因此在当今几乎各类电子设备中都能看到它的身影。
固态钽电解电容
固态钽电解电容的单位体积电容（CV 乘积），只有双层或超级电容才具有更高的 CV 乘积。在 1 μF 范围内，陶瓷电容体积更小且 ESR 低于钽电容，但固态钽电容受温度、偏置电压或震动效应的影响较小。钽电容的价格比陶瓷电容贵好几倍，但在无法容忍压电效应的低噪声应用中，钽电容常常是可行的选择。市面上传统的低容值固态钽电容所用外壳一般较小，等效串联电阻（ESR）较高。大容值（>68 μF）钽电容可具有低于 1 Ω 的 ESR，但通常体积较大。近市场上出现了一种新的钽电容，它使用导电聚合物电解质代替普通的二氧化锰固态电解质。过去，固态钽电容的浪涌电流能力有限，需要一个串联电阻将浪涌电流限制在安全值内。而导电聚合物钽电容不受浪涌电流限制，且电容 ESR 更低。不过，任何钽电容的泄漏电流比等值陶瓷电容大好几倍，可能不适合超低电流应用。例如，在 85°C 工作温度下，1 μF/25 V 钽电容在额定电压下的泄漏电流为 2.5 μA。多家厂商提供 0805 外壳、1 μF/25 V、500 mΩ ESR 的导电聚合物钽电容。虽然比 0402 或 0603 外壳的典型 1 μF 陶瓷电容更大一些，但在 RF 和 PLL 等以低噪声为主要设计目标的应用中，电容尺寸还是明显有所缩小。由于固态钽电容的电容值可以相对于温度和偏置电压保持稳定的电容特性，因此选择标准仅包括容差、工作温度范围内的降压情况以及 ESR。固态聚合物电解质技术的一大缺点是，这类钽电容在无铅焊接工艺中更容易受高温影响。一般情况下，制造商会详细说明电容不得暴露于三个以上的焊接周期。如果在装配工艺中忽视这一要求，就会导致长期可靠性问题。
铝电解电容
传统的铝电解电容通常体积较大、ESR 和 ESL 较高、漏电流相对较高且使用寿命有限（以数千小时计）。OS - CON 型电容是一种与固态聚合物钽电容有关的技术，实际上比钽电容早 10 年或更早就问世了。它们采用有机半导体电解质和铝箔阴极，以实现较低的 ESR。由于不存在液态电解质逐渐变干的问题，OS - CON 型电容的使用寿命比传统铝电解电容有了很大的提高。目前市面上的 OS - CON 型电容可承受 125°C 高温，但大多数仍停留在 105°C。虽然 OS - CON 型电容的性能比传统的铝电解电容明显改善，但是与陶瓷电容或固态聚合物钽电容相比，往往体积更大、ESR 更高。与固态聚合物钽电容一样，它们不受压电效应影响，适合要求低噪声的应用场合。
多层陶瓷电容选型
输出电容
ADI 公司 LDO 设计采用节省空间的小型陶瓷电容工作，但只要考虑 ESR 值，它们便可以采用大多数常用电容。输出电容的 ESR 会影响 LDO 控制环路的稳定性。为了确保 LDO 稳定工作，推荐使用至少 1 μF、ESR 为 1 Ω 或更小的电容。输出电容还会影响负载电流变化的瞬态响应。采用较大的输出电容值可以改善 LDO 对大负载电流变化的瞬态响应。图 1 至 3 所示为输出电容值分别为 1 μF、10 μF 和 20 μF 的 ADP151 的瞬态响应。因为 LDO 控制环路的带宽有限，因此输出电容必须提供快速瞬变所需的大多数负载电流。1 μF 电容无法持续很长时间供应电流，会产生约 80 mV 的负载瞬变。10 μF 电容将负载瞬变降低至约 70 mV。将输出电容提高至 20 μF，LDO 控制回路就能快速响应并主动降低负载瞬变。测试条件如表 1 所示。
条件值
UUTADP151 - 3.3
VOUT3.3 V
VIN5 V
负载瞬变1 mA 至 200 mA，500 mA/?s
通道 1负载电流
通道 2VOUT（交流耦合）
输入旁路电容
在 VIN 和 GND 之间连接一个 1F 电容可以降低电路对 PCB 布局的敏感性，特别是在长输入走线或高源阻抗的情况下。如果要求输出电容大于 1 μF，应选用更高的输入电容。
输入和输出电容特性
只要符合电容和 ESR 要求，LDO 可以采用任何质量良好的电容。陶瓷电容可采用各种各样的电介质制造，温度和所施加的电压不同时其特性也不相同。电容必须具有足以在工作温度范围和直流偏置条件下确保电容的电介质。建议在 5V 应用中使用电压额定值为 6.3 V 或 10 V 的 X5R 或 X7R 电介质。Y5V 和 Z5U 电介质的温度和直流偏置特性不佳，建议不要使用。图 4 所示为 0402、1 μF、10 V、X5R 电容的电容与电压偏置特性关系图。电容的电压稳定性受电容封装尺寸和电压额定值影响极大。一般来说，封装较大或电压额定值较高的电容具有更好的电压稳定性。X5R 电介质的温度变化率在?40°C 至 + 85°C 温度范围内约为 ±15%，与封装或电压额定值没有函数关系。考虑电容随温度、元件容差和电压的变化时，可以利用公式 1 确定差情况下的电容。其中，CBIAS 是工作电压下的有效电容，TVAR 为差情况下电容随温度的变化量（几分之一），TOL 为差情况下的元件容差（几分之一）。在此示例中，假定 X5R 电介质在?40°C 至 + 85°C 范围内的差情况电容 (TVAR) 为 0.15 (15%)。假设电容容差 (TOL) 为 0.10 (10%)，CBIAS 在 1.8 V 下为 0.94 μF。将这些值代入公式 1 中可得到相应结果。在此示例中，LDO 指定在期望工作电压和温度范围内的输出旁路电容为 0.70 μF。因此，针对此应用所选的电容满足此要求。
