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很有用的電路知識(shí)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(dāng)然還有整流、振蕩以及其它的作用。

另外電容的結(jié)構(gòu)非常簡單,主要由兩塊正負(fù)電極和夾在中間的絕緣介質(zhì)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(yīng)用于電源電路,實(shí)現(xiàn)旁路、去藕、濾波和儲(chǔ)能的作用


1)旁路 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,旁路電容能夠被充電,并向器件進(jìn)行放電。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(shí)的電壓降。

2)去藕 去藕,又稱解藕。從電路來說,總是可以區(qū)分為驅(qū)動(dòng)的源和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大,驅(qū)動(dòng)電路要把電容充電、放電,才能完成信號(hào)的跳變,在上升沿比較陡峭的時(shí)候,電流比 較大,這樣驅(qū)動(dòng)的電流就會(huì)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(huì)產(chǎn)生反彈),這種電流相對(duì)于正常情況來說實(shí)際上就是一種噪聲,會(huì)影響前級(jí)的正常工作。 這就是耦合。去藕電容就是起到一個(gè)電池的作用,滿足驅(qū)動(dòng)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(jié)合起來將更容易理解。旁路電容實(shí)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(guān)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(jù)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(jù)電路中 分布參數(shù),以及驅(qū)動(dòng)電流的變化大小來確定。 總的來說旁路是把輸入信號(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。這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別。

3)濾波 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(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。它把電壓的變動(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。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(dòng)的直流,而在整流電路之后接入一個(gè)較大容量的 電解電容,利用其充放電特性,使整流后的脈動(dòng)直流電壓變成相對(duì)比較穩(wěn)定的直流電壓。在實(shí)際中, 為了防止電路各部分供電電壓因負(fù)載變化而產(chǎn)生變化,所以在電源的輸出端及負(fù)載的電源輸入端一 般接有數(shù)十至數(shù)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(duì)高頻及脈沖干 擾信號(hào)不能有效地濾除,故在其兩端并聯(lián)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(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)去耦

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: i = (V/R)e-(t/CR)

最后說下電解電容的使用注意事項(xiàng): 1、電解電容由于有正負(fù)極性,因此在電路中使用時(shí)不能顛倒聯(lián)接。在電源電路中,輸出正電壓時(shí)電解電容的正極接電源輸出端,負(fù)極接地,輸出負(fù)電壓時(shí)則負(fù)極接輸出端,正極接地.當(dāng)電源 電路中的濾波電容極性接反時(shí),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(dòng),另一 方面又因反向通電使此時(shí)相當(dāng)于一個(gè)電阻的電解電容發(fā)熱.當(dāng)反向電壓超過某值時(shí),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(guān)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(wěn)定工作。 旁路電容用在有電阻連接時(shí),接在電阻兩端使交流信號(hào)順利通過。


1.關(guān)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(hào)的干擾,干擾的進(jìn)入方式是通過電磁輻射。 而實(shí)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(nèi)的家家戶戶都需要供水, 這時(shí)候,水不是直接來自于水庫,那樣距離太遠(yuǎn)了, 等水過來,我們已經(jīng)渴的不行了。 實(shí)際水是來自于大樓頂上的水塔,水塔其實(shí)是一個(gè) buffer 的作用。

如果微觀來看,高頻器件在工作的時(shí)候,其電流是不連續(xù)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(huì)非常大, 會(huì)導(dǎo)致器件在需要電流的時(shí)候,不能被及時(shí)供給。 而去耦電容可以彌補(bǔ)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(lián)一個(gè)去藕電容,這樣交流分量就從這個(gè)電容接地。)

2)有源器件在開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開關(guān)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(gè)局部的直流電源給有源器件,以減少開關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地。

2.旁路電容和去耦電容的區(qū)別

去耦:去除在器件切換時(shí)從高頻器件進(jìn)入到配電網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)移出不想要的共模 RF 能量。這主要是通過產(chǎn)生 AC 旁路消除無意的 能量進(jìn)入敏感的部分,另外還可以提供基帶濾波功能(帶寬受限)。