注:主要用于電源濾波,、信號(hào)濾波、信號(hào)耦合,、諧振,、濾波、補(bǔ)償,、充放電,、儲(chǔ)能、隔直流等電路中,。以下介紹基于電容常用功能,,詳細(xì)介紹各功能應(yīng)用,。
電容特性:通交流阻直流,通高頻阻低頻,!
電容在大家平時(shí)的電路設(shè)計(jì)中是不可缺少的,,但是很多的人都會(huì)進(jìn)入一個(gè)電容使用的誤區(qū),就是電容的容值越大越好,,濾波效果越好,。其實(shí)并不是這樣的,簡(jiǎn)單的說,,就是大容值電容濾低頻噪聲,,小容值電容濾高頻噪聲。
電容的工作的實(shí)質(zhì)是充電和放電的過程,。以電容不存儲(chǔ)任何電量為初始狀態(tài),,大容值的電容在電路中達(dá)到與電路中的電壓平衡需要充入的電荷量就要多,,就需要更長(zhǎng)的時(shí)間,,低頻噪聲能夠滿足其時(shí)間上的要求,但如果放在高頻率噪聲的電路中,,頻率高,,大容值電容的充放電反應(yīng)不過來,達(dá)不到濾波的目的,,這時(shí)候就要采用小容值的電容,。小容值的電容,充放電時(shí)間短,,能夠滿足濾波的目的,。總之,,濾波的頻率隨電容值的增大而減少,。所以在使用時(shí)要根據(jù)自己的電路的需要選取合適的容值,達(dá)到想要的濾波目的,,又減少了成本,。
在電路中最常見到的電容使用方法是“去耦電容”和“旁路電容”。作為無源元件之一的電容,,其作用不外乎以下幾種:
1,、應(yīng)用于電源電路,實(shí)現(xiàn)旁路,、去藕,、濾波和儲(chǔ)能方面電容的作用,下面分類詳述之:
① 濾波
濾波是電容的作用中很重要的一部分,。幾乎所有的電源電路中都會(huì)用到,。從理論上(即假設(shè)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(shí)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(huì)增大,。有時(shí)會(huì)看到有一個(gè)電容量較大電解電容并聯(lián)了一個(gè)小電容,這時(shí)大電容通低頻,,小電容通高頻,。電容越大低頻越容易通過,電容越小高頻越容易通過,。
以上圖為例:C5將濾除前一級(jí)U2輸出中的低頻成分,、C7濾除其高頻成分,C3,、C4類似,。
曾有網(wǎng)友將濾波電容比作“水塘”。由于電容的兩端電壓不會(huì)突變,,由此可知,,信號(hào)頻率越高則衰減越大,可很形象的說電容像個(gè)水塘,,不會(huì)因幾滴水的加入或蒸發(fā)而引起水量的變化,。 電容把電壓的變動(dòng)轉(zhuǎn)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。注:濾波就是充電,,放電的過程,。
② 旁路
旁路電容一般接在信號(hào)端與地之間,主要功能是產(chǎn)生一個(gè)交流分路,,從而消去進(jìn)入易感區(qū)的那些不需要的能量,。
旁路電容一般作為高頻旁路器件來減小對(duì)電源模塊的瞬態(tài)電流需求。通常鋁電解電容和鉭電容比較適合作旁路電容,,其電容值取決于PCB 板上的瞬態(tài)電流需求,,一般在10 至470μF 范圍內(nèi)。若PCB 板上有許多集成電路,、高速開關(guān)電路和具有長(zhǎng)引線的電源,,則應(yīng)選擇大容量的電容。旁路電容是為本地器件提供能量的儲(chǔ)能器件,,它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化,,降低負(fù)載需求,。就像小型可充電電池一樣,旁路被充電,,并向器件進(jìn)行放電,。
注:為盡量減少阻抗,旁路電容要盡量靠近負(fù)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(dǎo)致地電位抬高和噪聲,。
③ 去藕
去耦電容實(shí)際上是根據(jù)電容的使用的實(shí)際效果來命名的,一般接在電源線和地線之間,,起作用主要有兩方面:濾波作用和蓄能作用,。
具體的作用結(jié)合以下幾點(diǎn)來解釋:
1、當(dāng)電源引進(jìn)電路時(shí),,電源的電壓不是恒定的,,是處在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),其中帶有很多的噪聲,,如果讓這些噪聲進(jìn)入到電路中就會(huì)對(duì)電路造成影響,,特別是對(duì)電壓敏感的器件對(duì)電路電壓的穩(wěn)定性要求更高,以及有用到作為參考電壓的一端,,影響其精確性,,所以加電容能能保證電路的線性關(guān)系。(簡(jiǎn)單的理解就是電壓多了我就吸收,,少了我就補(bǔ)充,,保持在一個(gè)平衡的狀態(tài))
2、有源器件在開關(guān)時(shí)產(chǎn)生高頻的開關(guān)噪聲,,將會(huì)沿著電源線傳播,這時(shí)電容提供一個(gè)局部的直流電源給有源器件,,以減少開關(guān)噪聲在電源線的傳播,,并將噪聲接引到地。
3,、在空間中存在很多的電磁波,,往往會(huì)干擾到芯片工作的穩(wěn)定性,芯片周圍的去耦電容能夠很好的濾除這些干擾,,從另一方面說,,高頻電路中,導(dǎo)線產(chǎn)生的電感效應(yīng)對(duì)電流的阻礙作用是很大的,,會(huì)導(dǎo)致電流不足,,如果器件在這時(shí)候剛好就需要足夠的電流驅(qū)動(dòng),就不能及時(shí)供給,,這時(shí),,去耦電容中儲(chǔ)存的能量就能及時(shí)的補(bǔ)充這些不足,,保證器件正常的工作。
注:在電路電路中,,去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用,,電容所處的位置不同,就是稱呼的不一樣,,旁路是把輸入信號(hào)中的干擾作為濾除對(duì)象,,而去耦是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象,防止干擾信號(hào)返回電源,,這是他們的本質(zhì)區(qū)別,。
④ 儲(chǔ)能
儲(chǔ)能型電容器通過整流器收集電荷,并將存儲(chǔ)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(jù)不同的電源要求,,器件有時(shí)會(huì)采用串聯(lián),、并聯(lián)或其組合的形式, 對(duì)于功率級(jí)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(yīng)用于信號(hào)電路,,主要完成耦合,、振蕩/同步及時(shí)間常數(shù)的作用:
① 耦合
舉個(gè)例子來講,晶體管放大器發(fā)射極有一個(gè)自給偏壓電阻,,它同時(shí)又使信號(hào)產(chǎn)生壓降反饋到輸入端形成了輸入輸出信號(hào)耦合,,這個(gè)電阻就是產(chǎn)生了耦合的元件,如果在這個(gè)電阻兩端并聯(lián)一個(gè)電容,,由于適當(dāng)容量的電容器對(duì)交流信號(hào)較小的阻抗,這樣就減小了電阻產(chǎn)生的耦合效應(yīng),,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(fù)載電容都屬于這一范疇,。
③ 時(shí)間常數(shù)
這就是常見的 R、C 串聯(lián)構(gòu)成的積分電路,。當(dāng)輸入信號(hào)電壓加在輸入端時(shí),,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:
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