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电容在电路中的典型作用介绍

返回列表来源:壹芯微 发布日期 2020-07-29 浏览:-

电容在电路中的典型作用介绍

电容在电路中的作用

电容在电路中的典型作用

电容器,简称电容,用字母C表示,国际单位是法拉,简称法,用F表示,在实际应用中,电容器的电容量往往比1法拉小得多,常用较小的单位,如微法(μF)、皮法(pF)等。电容一般可以分为有极性电容和无极性电容。

电解电容一般是有极性电容,容量值一般大于1μF,比如常用的 10μF的电解电容,引脚长的为正,短的为负;旁边有一条白色的为负,另一引脚为正。电容上标有耐压值上25V,容量是10μF。

瓷片电容一般是无极性电容,容量值一般小于1μF,比如常用的瓷片电容0.1UF(104)。

作为无源元件之一的电容,其作用不外乎应用于放大电路、电源电路等,实现旁路、去藕、滤波和储能、分压等作用,常见的电容有电解电容、瓷片电容、独石电容。

二、应用于电源电路,实现旁路、去藕、滤波和储能的作用。

1、旁路

可将混有高频电流和低频电流的交流电中的高频成分旁路掉的电容,称做"旁路电容"。 对于同一个电路来说,旁路(bypass)电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象,把前级携带的高频杂波滤除,而去耦(decoupling,也称退耦)电容是把输出信号的干扰作为滤除对象。

旁路电容的主要功能是产生一个交流分路,从而消去进入易感区的那些不需要的能量,即当混有高频和低频的信号经过放大器被放大时,要求通过某一级时只允许低频信号输入到下一级,而不需要高频信号进入,则在该级的输入端加一个适当大小的接地电容,使较高频率的信号很容易通过此电容被旁路掉(这是因为电容对高频阻抗小),而低频信号由于电容对它的阻抗较大而被输送到下一级放大。

旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件,它能使稳压器的输出均匀化,降低负载需求。 就像小型可充电电池样,旁路电容能够被充电,并向器件进行放电。 为尽量减少阻抗,旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。 这能够很好地防止输入值过大而导致的低电位抬高和噪声。地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。

2、去藕去藕,又称解藕。 从电路来说, 总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大, 驱动电路要把电容充电、放电, 才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候, 电流比较大, 这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感,电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声,会影响前级的正常工作,这就是所谓的"耦合"。

去藕电容就是起到一个"电池"的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰。将旁路电容和去藕电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般取0.1μF、0.01μF 等;而去耦合电容的容量一般较大,可能是10μF 或者更大,依据电路中分布参数、以及驱动电流的变化大小来确定。旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象,防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。

一方面是集成电路的蓄能电容,另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容值是0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是5nH。0.1μF的去耦电容有5nH的分布电感,它的并行共振频率大约在7MHz左右,也就是说,对于10MHz以下的噪声有较好的去耦效果,对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1μF、10μF的电容,并行共振频率在20MHz以上,去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片充放电电容,或1个蓄能电容,可选10μF左右。最好不用电解电容,电解电容是两层薄膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格,可按C=1/F,即10MHz取0.1μF,100MHz取0.01μF。

3、滤波

从理论上(即假设电容为纯电容)说,电容越大,阻抗越小,通过的频率也越高。但实际上超过1μF 的电容大多为电解电容,有很大的电感成份,所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容,这时大电容通低频,小电容通高频。电容的作用就是通高阻低,通高频阻低频。电容越大低频越容易通过,电容越小高频越容易通过。具体用在滤波中,大电容(1000μF)滤低频,小电容(20pF)滤高频。曾有网友形象地将滤波电容比作"水塘"。由于电容的两端电压不会突变,由此可知,信号频率越高则衰减越大,可很形象的说电容像个水塘,不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。它把电压的变动转化为电流的变化,频率越高,峰值电流就越大,从而缓冲了电压。滤波就是充电,放电的过程。

4、储能

储能型电容器通过整流器收集电荷,并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。 电压额定值为40~450VDC、电容值在220~150 000μF 之间的铝电解电容器(如EPCOS 公司的 B43504 或B43505)是较为常用的。根据不同的电源要求,器件有时会采用串联、并联或其组合的形式, 对于功率级超过10KW 的电源,通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。

三、应用于信号电路,主要完成耦合、振荡/同步及时间常数的作用:

1、耦合

举个例子来讲,晶体管放大器发射极有一个自给偏压电阻,它同时又使信号产生压降反馈到输入端形成了输入输出信号耦合, 这个电阻就是产生了耦合的元件,如果在这个电阻两端并联一个电容, 由于适当容量的电容器对交流信号

较小的阻抗,这样就减小了电阻产生的耦合效应,故称此电容为去耦电容。

2、振荡/同步

包括RC、LC 振荡器及晶体的负载电容都属于这一范畴。

3、时间常数

这就是常见的 R、C 串联构成的积分电路。当输入信号电压加在输入端时,电容(C)上的电压逐渐上升。而其充电电流则随着电压的上升而减小。电流通过电阻(R)、电容(C)的特性通过下面的公式描述:

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

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