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,容量值一般大于 1 μ F ,比如常用的 10 μ F 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。電容上标有耐壓值上 25V ,容量是 10 μ F 。
瓷片電容一般是無極性電容,容量值一般小于 1 μ F ,比如常用的瓷片電容 0.1UF ( 104 )。
作為無源元件之一的電容,其作用不外乎應用于放大電路、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、應用于電源電路,實現旁路、去藕、濾波和儲能的作用。
1、旁路
可将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”。對于同一個電路來說,旁路(bypass)電容是把輸入信号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)電容是把輸出信号的幹擾作為濾除對象。
旁路電容的主要功能是産生一個交流分路,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号經過放大器被放大時,要求通過某一級時隻允許低頻信号輸入到下一級,而不需要高頻信号進入,則在該級的輸入端加一個适當大小的接地電容,使較高頻率的信号很容易通過此電容被旁路掉(這是因為電容對高頻阻抗小),而低頻信号由于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,并向器件進行放電。為盡量減少阻抗,旁路電容要盡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緻的低電位擡高和噪聲。地彈是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。
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, 才能完成信号的跳變,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,由于電路中的電感,電阻(特别是芯片管腳上的電感,會産生反彈),這種電流相對于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,避免相互間的耦合幹擾。将旁路電容和去藕電容結合起來将更容易理解。旁路電容實際也是去藕合的,隻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,依據電路中分布參數、以及驅動電流的變化大小來确定。
旁路是把輸入信号中的幹擾作為濾除對象,而去耦是把輸出信号的幹擾作為濾除對象,防止幹擾信号返回電源。這應該是他們的本質區别。
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。這個電容的分布電感的典型值是5nH。0.1μF的去耦電容有5nH的分布電感,它的并行共振頻率大約在7MHz左右,也就是說,對于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,并行共振頻率在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卷起來的,這種卷起來的結構在高頻時表現為電感。要使用钽電容或聚碳酸酯電容。去耦電容的選用并不嚴格,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并聯了一個小電容,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。曾有網友形象地将濾波電容比作“水塘”。由于電容的兩端電壓不會突變,由此可知,信号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,從而緩沖了電壓。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,并将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,器件有時會采用串聯、并聯或其組合的形式, 對于功率級超過10KW 的電源,通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。
三、應用于信号電路,主要完成耦合、振蕩 / 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,它同時又使信号産生壓降反饋到輸入端形成了輸入輸出信号耦合, 這個電阻就是産生了耦合的元件,如果在這個電阻兩端并聯一個電容, 由于适當容量的電容器對交流信号
較小的阻抗,這樣就減小了電阻産生的耦合效應,故稱此電容為去耦電容。
2 、振蕩 / 同步
包括RC、LC 振蕩器及晶體的負載電容都屬于這一範疇。
3 、時間常數
這就是常見的 R、C 串聯構成的積分電路。當輸入信号電壓加在輸入端時,電容(C)上的電壓逐漸上升。而其充電電流則随着電壓的上升而減小。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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