電路設(shè)計(jì)——電容作用

2022-06-24 11:59 作者:信盈達(dá) 0人讀過 | 我要投稿

一.容抗計(jì)算

二.電容的特性

（1）隔直流通交流，通高頻阻低頻；

（2）電容兩端的電壓不能夠突變；

（3）大容值電容濾低頻噪聲，小容值電容濾高頻噪聲。

（4）電容的工作的實(shí)質(zhì)是充電和放電的過程，它是一種儲(chǔ)能元件：電容在某時(shí)刻儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量只與該時(shí)刻其端電壓有關(guān)。當(dāng)電壓增加時(shí)，電容元件從電源吸收能量，儲(chǔ)存在電場(chǎng)中的能量增加，這個(gè)過程稱為電容的充電過程。當(dāng)電壓減小時(shí)，電容元件向外釋放電場(chǎng)能量，這個(gè)過程稱為電容的放電過程。電容在充放電過程中并不消耗能量。

三.常見電容的作用

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、旁路、隔直等電路中。

1.電源濾波：

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，以濾除直流電源中不需要的交流成分，使直流電變平滑。從理論上說，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。

2.去耦電容和旁路:

旁路電容是主要是把輸入信號(hào)的高頻噪聲濾除，而去耦電容是把輸出信號(hào)的干擾去除。

通常旁路電容的大小0.1u，0.01u;去耦電容大小為10uF。

去耦電容：一般接在電源線和地線之間

1）作為集成電路的蓄能電容;

2）濾除該器件的高頻噪聲;

3）防止電源攜帶高頻噪聲對(duì)電路構(gòu)成干擾;

關(guān)于蓄能的理解：

由于電源離芯片電源的引腳有一定距離，為了保證器件需要電流的時(shí)候，電流能夠即使供給，所以在器件的vcc引腳加上一個(gè)電容，提供電流。芯片電源引腳連接的電容盡量要靠近，電源輸出時(shí)，電容也要盡量靠近電源輸出引腳。

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。接在交、直流信號(hào)的電路中，將電容并接在電阻兩端或由電路的某點(diǎn)跨接到公共電位上，為交流信號(hào)或脈沖信號(hào)設(shè)置一條通路，避免交流信號(hào)成分因通過電阻產(chǎn)生壓降衰減。

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。

區(qū)別：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。

3.耦合

接在交流信號(hào)處理電路中，用于連接信號(hào)源和信號(hào)處理電路或者作兩放大器的級(jí)間連接，用以隔斷直流，讓交流信號(hào)或脈沖信號(hào)通過，使前后級(jí)放大電路的直流工作點(diǎn)互不影響。

4.諧振

包括RC、LC振蕩器及晶體的負(fù)載電容都屬于這一范疇。對(duì)與頻率相關(guān)的電路進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)諧，比如收音機(jī)、電視機(jī)。

5.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 000μF 之間的鋁電解電容器為較常見的規(guī)格。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。

6.信號(hào)濾波

常和運(yùn)放，電感構(gòu)成濾波器（高通、低通、帶通、帶阻）

并聯(lián)的電容器C在輸入電壓升高時(shí)，給電容器充電，可把部分能量存儲(chǔ)在電容器中。而當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，電容兩端電壓以指數(shù)規(guī)律放電，就可以把存儲(chǔ)的能量釋放出來。經(jīng)過濾波電路向負(fù)載放電，負(fù)載上得到的輸出電壓就比較平滑，起到了平波作用。

若采用電感濾波，當(dāng)輸入電壓增高時(shí)，與負(fù)載串聯(lián)的電感L中的電流增加，因此電感L將存儲(chǔ)部分磁場(chǎng)能量，當(dāng)電流減小時(shí)，又將能量釋放出來，使負(fù)載電流變得平滑，因此，電感L也有平波作用。

利用儲(chǔ)能元件電感器L的電流不能突變的特點(diǎn)，在整流電路的負(fù)載回路中串聯(lián)一個(gè)電感，使輸出電流波形較為平滑。因?yàn)殡姼袑?duì)直流的阻抗小，交流的阻抗大，因此能夠得到較好的濾波效果而直流損失小。電感濾波缺點(diǎn)是體積大,成本高。

運(yùn)放設(shè)計(jì)的濾波器（有源）：