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很有用的電路知識寶典

作者:  來源: 日期:2016-05-06 10:01:13

電容

所謂電容,就是容納和釋放電荷的電子元器件。

電容的基本工作原理就是充電放電,當然還有整流、振蕩以及其它的作用。

另外電容的結構非常簡單,主要由兩塊正負電極和夾在中間的絕緣介質組成。

作為無源元件之一的電容,其作用不外乎以下幾種:



1、應用于電源電路,實現旁路、去藕、濾波和儲能的作用


1)旁路 旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件,它能使穩壓器的輸出均勻化,降低負載需求。

就像小型可充電電池一樣,旁路電容能夠被充電,并向器件進行放電。為盡量減少阻抗,旁路電容 要盡量靠近負載器件的供電電源管腳和地管腳。這能夠很好地防止輸入值過大而導致的地電位抬高 和噪聲。地彈是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。

2)去藕 去藕,又稱解藕。從電路來說,總是可以區分為驅動的源和被驅動的負載。如果負載電容比較大,驅動電路要把電容充電、放電,才能完成信號的跳變,在上升沿比較陡峭的時候,電流比 較大,這樣驅動的電流就會吸收很大的電源電流,由于電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的 電感,會產生反彈),這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲,會影響前級的正常工作。 這就是耦合。去藕電容就是起到一個電池的作用,滿足驅動電路電流的變化,避免相互間的耦合干 擾。將旁路電容和去藕電容結合起來將更容易理解。旁路電容實際也是去藕合的,只是旁路電容一 般是指高頻旁路,也就是給高頻的開關噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小, 根據諧振頻率一般是 0.1u,0.01u 等,而去耦合電容一般比較大,是 10uF 或者更大,依據電路中 分布參數,以及驅動電流的變化大小來確定。 總的來說旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象,而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象,防 止干擾信號返回電源。這應該是他們的本質區別。

3)濾波 從理論上(即假設電容為純電容)說,電容越大,阻抗越小,通過的頻率也越高。但實際上超過 1uF 的電容大多為電解電容,有很大的電感成份,所以頻率高后反而阻抗會增大。有時會 看到有一個電容量較大電解電容并聯了一個小電容,這時大電容通低頻,小電容通高頻。電容的作 用就是通高阻低,通高頻阻低頻。電容越大低頻越容易通過,電容越小高頻越容易通過。具體用在 濾波中,大電容(1000uF)濾低頻,小電容(20pF)濾高頻。由于電容的兩端電壓不會突變,由此可知, 信號頻率越高則衰減越大,可很形象的說電容像個水塘,不會因幾滴水的加入或蒸發而引起水量的 變化。它把電壓的變動轉化為電流的變化,頻率越高,峰值電流就越大,從而緩沖了電壓。濾波就 是充電,放電的過程。

在電源電路中,整流電路將交流變成脈動的直流,而在整流電路之后接入一個較大容量的 電解電容,利用其充放電特性,使整流后的脈動直流電壓變成相對比較穩定的直流電壓。在實際中, 為了防止電路各部分供電電壓因負載變化而產生變化,所以在電源的輸出端及負載的電源輸入端一 般接有數十至數百微法的電解電容.由于大容量的電解電容一般具有一定的電感,對高頻及脈沖干 擾信號不能有效地濾除,故在其兩端并聯了一只容量為 0.001--0.lpF 的電容,以濾除高頻及脈沖 干擾.

4)儲能 儲能型電容器通過整流器收集電荷,并將存儲的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出端。

電壓額定值為 40~450VDC、電容值在 220~150 000uF 之間的鋁電解電容器(如 EPCOS 公司的 B43504 或 B43505)是較為常用的。根據不同的電源要求,器件有時會采用串聯、并聯或其組合的 形式,對于功率級超過 10KW 的電源,通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。

2、應用于信號電路,主要完成耦合、振蕩/同步及時間常數的作用:

1)去耦

舉個例子來講,晶體管放大器發射極有一個自給偏壓電阻,它同時又使信號產生壓降反饋到 輸入端形成了輸入輸出信號耦合,這個電阻就是產生了耦合的元件,如果在這個電阻兩端并聯一個 電容,由于適當容量的電容器對交流信號較小的阻抗,這樣就減小了電阻產生的耦合效應,故稱此 電容為去耦電容。

2)振蕩/同步

包括 RC、LC 振蕩器及晶體的負載電容都屬于這一范疇。 3)時間常數

這就是常見的 R、C 串聯構成的積分電路。當輸入信號電壓加在輸入端時,電容(C)上的 電壓逐漸上升。而其充電電流則隨著電壓的上升而減小。電流通過電阻(R)、電容(C)的特性 通過下面的公式描述: i = (V/R)e-(t/CR)

最后說下電解電容的使用注意事項: 1、電解電容由于有正負極性,因此在電路中使用時不能顛倒聯接。在電源電路中,輸出正電壓時電解電容的正極接電源輸出端,負極接地,輸出負電壓時則負極接輸出端,正極接地.當電源 電路中的濾波電容極性接反時,因電容的濾波作用大大降低,一方面引起電源輸出電壓波動,另一 方面又因反向通電使此時相當于一個電阻的電解電容發熱.當反向電壓超過某值時,電容的反向漏 電電阻將變得很小,這樣通電工作不久,即可使電容因過熱而炸裂損壞.

關于濾波電容、去耦電容、旁路電容作用

濾波電容用在電源整流電路中,用來濾除交流成分。使輸出的直流更平滑。 去耦電容用在放大電路中不需要交流的地方,用來消除自激,使放大器穩定工作。 旁路電容用在有電阻連接時,接在電阻兩端使交流信號順利通過。


1.關于去耦電容蓄能作用的理解

1)去耦電容主要是去除高頻如 RF 信號的干擾,干擾的進入方式是通過電磁輻射。 而實際上,芯片附近的電容還有蓄能的作用,這是第二位的。

你可以把總電源看作密云水庫,我們大樓內的家家戶戶都需要供水, 這時候,水不是直接來自于水庫,那樣距離太遠了, 等水過來,我們已經渴的不行了。 實際水是來自于大樓頂上的水塔,水塔其實是一個 buffer 的作用。

如果微觀來看,高頻器件在工作的時候,其電流是不連續的,而且頻率很高, 而器件 VCC 到總電源有一段距離,即便距離不長,在頻率很高的情況下, 阻抗 Z=i*wL+R,線路的電感影響也會非常大, 會導致器件在需要電流的時候,不能被及時供給。 而去耦電容可以彌補此不足。

這也是為什么很多電路板在高頻器件 VCC 管腳處放置小電容的原因之一

(在 vcc 引腳上通常并聯一個去藕電容,這樣交流分量就從這個電容接地。)

2)有源器件在開關時產生的高頻開關噪聲將沿著電源線傳播。去耦電容的主要功能就是提供一個局部的直流電源給有源器件,以減少開關噪聲在板上的傳播和將噪聲引導到地。

2.旁路電容和去耦電容的區別

去耦:去除在器件切換時從高頻器件進入到配電網絡中的 RF 能量。去耦電容還可以為器件提 供局部化的 DC 電壓源,它在減少跨板浪涌電流方面特別有用。

旁路:從元件或電纜中轉移出不想要的共模 RF 能量。這主要是通過產生 AC 旁路消除無意的 能量進入敏感的部分,另外還可以提供基帶濾波功能(帶寬受限)。


 

 

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