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电容是电路设计中最为普通常用的器件,是无源元件之一。有源器件简单地说就是需要能源的器件叫有源器件,不需要能源的器件就是无源器件。电容也常常在高速电路中扮演重要角色。

电容的作用和用途,一般都有好多种,如:在旁路、去藕、滤波、储能方面的作用;在完成振荡、同步以及时间常数的作用等。

01

隔直流

电容的作用之一,阻止直流通过而让交流通过。

02

旁路(去耦)

电容的另一个作用电容,为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。

▶旁路电容

旁路电容,又称为退耦电容,是为某个器件提供能量的储能器件。它利用了电容的频率阻抗特性(理想电容的频率特性随频率的升高,阻抗降低),就像一个水塘,它能使输出电压输出均匀,降低负载电压波动。旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚,这是阻抗要求。

在画 PCB 时候特别要注意,只有靠近某个元器件时候才能抑制,电压或其他输信号因过大而导致的地电位抬高和噪声。说白了就是把直流电源中的交流分量,通过电容耦合到电源地中,起到了净化直流电源的作用。如图 1 为旁路电容,画图时候要尽量靠近 IC1.

图 1

▶去藕电容

去耦电容是把输出信号的干扰作为滤除对象。去耦电容相当于电池,利用其充放电,使得放大后的信号不会因电流的突变而受干扰。它的容量根据信号的频率、抑制波纹程度而定,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。图 2 为去耦电容

图 2

▶两者区别

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提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 0.1F、0.01F 等;而去耦合电容的容量一般较大,可能是 10F 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。

03

耦合

电容的还有耦合作用,即作为两个电路之间的连接,允许交流信号通过并传输到下一级电路 。

电容做耦合的元件,是为了将前级信号传递到后一级,并且隔断前一级的直流对后一级的影响,使电路调试简单,性能稳定。

如果不加电容交流信号放大不会改变,只是各级工作点需重新设计,由于前后级影响,调试工作点非常困难,在多级时几乎无法实现。

04

滤波

这个对电路而言很重要,CPU 背后的电容基本都是这个作用。

即频率 f 越大,电容的阻抗 Z 越小。当低频时,电容 C 由于阻抗 Z 比较大,有用信号可以顺利通过;当高频时,电容 C 由于阻抗 Z 已经很小了,相当于把高频噪声短路到 GND 上去了。

滤波作用:理想电容电容越大,阻抗越小,通过的频率也越高。电解电容一般都是超过 1uF,其中的电感成份很大,因此频率高后反而阻抗会大。

我们经常看见,有时会看到有一个电容量较大的电解电容并联了一个小电容,其实大的电容通低频,小电容通高频,这样才能充分滤除高低频。电容频率越高则衰减越大,电容像一个水塘,几滴水不足以引起它的很大变化,也就是说电压波动不是很大的时候电容,电压可以缓冲,如图 3。

图 3

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温度补偿

针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响,而进行补偿,改善电路的稳定性。

由于定时电容的容量决定了行振荡器的振荡频率,所以要求定时电容的容量非常稳定,不随环境湿度变化而变化,这样才能使行振荡器的振荡频率稳定。因此采用正、负温度系数的电容释联,进行温度互补。

当工作温度升高时,C1 的容量在增大,而 C2 的容量在减小,两只电容并联后的总容量为两只电容容量之和,由于一个容量在增大而另一个在减小,所以总容量基本不变。

同理,在温度降低时,一个电容的容量在减小而另一个在增大,总的容量基本不变,稳定了振荡频率,实现温度补偿目的。


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