在电路设计中，电源与地之间接入电容是一种常见且关键的操作，这些电容在电路中发挥着多种重要作用，对保障电路的稳定运行和性能表现至关重要。下面我们将详细探讨电源与地之间接电容的原理、作用及实际应用。

电容的主要作用

稳压

在电路中，用电设备的耗电量并非恒定不变，有时大有时小。当耗电突然增大时，如果没有电容的存在，电源电压会被拉低，进而产生噪声、振铃等问题，严重时甚至会导致 CPU 重启。此时，大容量的电容就像一个 “水库”，可以暂时把储存的电能释放出来，稳定电源电压，确保电路正常工作。

旁路

电路电流很多时候存在脉动，例如数字电路的同步频率，会造成电源电压的脉动，这实际上是一种交流噪声。小容量的无极电容具有 “通交流，阻直流” 的特性，且其通频带比大电容高得多，因此可以把这种噪声旁路到地，提高电路的稳定性。

电源滤波

电容的容量计算公式为C=dεS（其中C为电容容量，ε为介电常数，S为极板面积，d为极板间距）。通常情况下，ε和d不易改动，只能通过改变S来调整电容量。当电容很大时，极板面积S必然增大，为了减小体积，常常采用卷叠的方式，但这种方式会增加电感量。

实际上，电容可以看作是电阻（R）、电感（L）和电容（C）的组合。大电容相对电感量L也较大，例如，使用 2200μF 电容滤波时，对于低频 50Hz 信号效果很好，但对于高频（K、MHz）信号则几乎没有作用，因为电感L太大。所以在电源滤波设计中，高手通常会采用大、中、小三种电容，分别针对低、中、高频进行滤波。

实际应用

滤波电容与高频去耦电容

在（Vcc）和地之间并接的电容可称为滤波电容，其主要作用是滤除电源的杂波和交流成分，使脉动直流电变得平滑，并储存电能。滤波电容的取值一般在 100 - 4700μF 之间，具体取值与负载电流和对电源的纯净度要求有关，通常容量越大越好。

有时在大电容旁边会并联一个容量较小的电容，称为高频去耦电容，这也是滤波的一种形式。它用于滤除电源中的高频杂波，防止电路产生自激，稳定电路工作状态。高频去耦电容的取值一般在 0.1 - 10μF 之间，具体取值与需要滤除杂波的频率有关。这种接法通常被称为 “退耦”，也叫 “退交连”、“旁路” 电容，常布置在电源供给、IC 和功能模块电路附近，以无感的、为佳。其作用是为高频信号提供通路，减小电源内阻，消除电源和地线在敷铜板上 “走长线” 的影响，防止公用电源的各部分电路之间产生 “有害交连”，常用的容量为 10nF。

开发板上的电容应用

在开发板上，通常会在直流电源和地之间并接多个电容，如 0.1μF 的非和 10μF 的电解电容。这些电容的目的是使和地线之间保持低阻抗，让电源更接近理想电压源。需要注意的是，这里的滤波并非针对电源的纹波，而是为了消除某芯片电流变化在电源线上造成的纹波，避免影响其他芯片。

采用 0.1μF 无极性电容和 10μF 电解电容并联的方式，是因为电解电容的寄生电感比较大，对高频纹波的消除能力较差；而无极性电容寄生电感小，滤除高频纹波的能力较好。但如果仅根据低频要求选择容量，无极性电容体积会太大，成本也较高，而电解电容体积小，相同容量下价格更便宜，所以采用两种电容并联的方式。

电容布局原则

在实际电路设计中，电容的布局也有一定的原则：

1. 各小容量的无极性电容两端到芯片的电源引脚和地引脚的联接线应尽可能短，这样可以减少线路电感对电容滤波效果的影响。
2. 电源通常由其他电路板引入，电解电容通常每块电路板上设置一到两个。如果只有一个电解电容，应放置在电源进入该电路板的位置；如果使用两个电解电容，另一个应放置在耗电多的芯片附近。虽然电解电容离各芯片较远，但由于其主要在较低频率起作用，所以稍远一点影响不大。

此外，对于 10MHz 以下的噪声，0.1μF 电容的滤波效果较好，可根据公式C=F1（即 10MHz 对应取 0.1μF）进行选择。简单来说，就是将干扰通过电容接地，以提高电路的稳定性和抗干扰能力。