電容在電路中的典型作用

電容在電路中的典型作用

電容器,簡稱電容,用字母C表示,國際單位是法拉,簡稱法,用F表示,在實際應用中,電容器的電容量往往比1法拉小得多,常用較小的單位,如微法(μF)、皮法(pF)等。電容一般可以分為有極性電容和無極性電容。

電解電容一般是有極性電容,容量值一般大於1μF,比如常用的 10μF的電解電容,引腳長的為正,短的為負;旁邊有一條白色的為負,另一引腳為正。電容上標有耐壓值上25V,容量是10μF。

瓷片電容一般是無極性電容,容量值一般小於1μF,比如常用的瓷片電容0.1UF(104)。

電容在電路中的典型作用

電容在電路中的典型作用

電容在電路中的典型作用

作為無源元件之一的電容,其作用不外乎應用於放大電路、電源電路等,實現旁路、去藕、濾波和儲能、分壓等作用,常見的電容有電解電容、瓷片電容、獨石電容。

二、應用於電源電路,實現旁路、去藕、濾波和儲能的作用。

1、旁路

可將混有高頻電流和低頻電流的交流電中的高頻成分旁路掉的電容,稱做"旁路電容"。 對於同一個電路來說,旁路(bypass)電容是把輸入信號中的高頻噪聲作為濾除對象,把前級攜帶的高頻雜波濾除,而去耦(decoupling,也稱退耦)電容是把輸出信號的干擾作為濾除對象。

旁路電容的主要功能是產生一個交流分路,從而消去進入易感區的那些不需要的能量,即當混有高頻和低頻的信號經過放大器被放大時,要求通過某一級時只允許低頻信號輸入到下一級,而不需要高頻信號進入,則在該級的輸入端加一個適當大小的接地電容,使較高頻率的信號很容易通過此電容被旁路掉(這是因為電容對高頻阻抗小),而低頻信號由於電容對它的阻抗較大而被輸送到下一級放大。

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樣,旁路電容能夠被充電,並向器件進行放電。 為儘量減少阻抗,旁路電容要儘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低電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。

電容在電路中的典型作用

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,由於電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的電感,會產生反彈),這種電流相對於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,這就是所謂的"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高一條低阻抗洩防途徑。高頻旁路電容一般比較小,根據諧振頻率一般取0.1μF、0.01μF 等;而去耦合電容的容量一般較大,可能是10μF 或者更大,依據電路中分佈參數、以及驅動電流的變化大小來確定。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。

一方面是集成電路的蓄能電容,另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數字電路中典型的去耦電容值是0.1μF。這個電容的分佈電感的典型值是5nH。0.1μF的去耦電容有5nH的分佈電感,它的並行共振頻率大約在7MHz左右,也就是說,對於10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果,對40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。1μF、10μF的電容,並行共振頻率在20MHz以上,去除高頻噪聲的效果要好一些。每10片左右集成電路要加一片充放電電容,或1個蓄能電容,可選10μF左右。最好不用電解電容,電解電容是兩層薄膜捲起來的,這種捲起來的結構在高頻時表現為電感。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。去耦電容的選用並不嚴格,可按C=1/F,即10MHz取0.1μF,100MHz取0.01μF。

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1μF 的電容大多為電解電容,有很大的電感成份,所以頻率高後反而阻抗會增大。有時會看到有一個電容量較大電解電容並聯了一個小電容,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(1000μF)濾低頻,小電容(20pF)濾高頻。曾有網友形象地將濾波電容比作"水塘"。由於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,從而緩衝了電壓。濾波就是充電,放電的過程。

4、儲能

儲能型電容器通過整流器收集電荷,並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 000μF 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,器件有時會採用串聯、並聯或其組合的形式, 對於功率級超過10KW 的電源,通常採用體積較大的罐形螺旋端子電容器。

三、應用於信號電路,主要完成耦合、振盪/同步及時間常數的作用:

1、耦合

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並聯一個電容, 由於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、振盪/同步

包括RC、LC 振盪器及晶體的負載電容都屬於這一範疇。

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)


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