電容(Capacitance)亦稱作“電容量”,是指在給定電位差下的電荷儲藏量,記為C,國際單位是法拉(F)。一般來說,電荷在電場中會受力而移動,當導體之間有了介質,則阻礙了電荷移動而使得電荷累積在導體上,造成電荷的累積儲存,儲存的電荷量則稱為電容。
電容是指容納電場的能力。任何靜電場都是由許多個電容組成,有靜電場就有電容,電容是用靜電場描述的。一般認為:孤立導體與無窮遠處構成電容,導體接地等效于接到無窮遠處,并與大地連接成整體。
電容(或稱電容量)是表現電容器容納電荷本領的物理量。電容從物理學上講,它是一種靜态電荷存儲介質,可能電荷會永久存在,這是它的特征,它的用途較廣,它是電子、電力領域中不可缺少的電子元件。主要用于電源濾波、信号濾波、信号耦合、諧振、濾波、補償、充放電、儲能、隔直流等電路中。
電容的作用
1)旁路
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一樣,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地電位擡高和噪聲。地電位是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降 。
2)去耦
去耦,又稱解耦。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”。去耦電容就是起到一個“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,在電路中進一步減小電源與參考地之間的高頻幹擾阻抗。将旁路電容和去耦電容結合起來将更容易理解。旁路電容實際也是去耦合的,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提供一條低阻抗洩放途徑。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。
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,這時大電容濾低頻,小電容濾高頻。電容的作用就是通交流隔直流,通高頻阻低頻。電容越大高頻越容易通過。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。
高頻電容
高頻電容基本上是由無源元件、有源器件和無源網絡組成的。高頻電路中使用的元器件與低頻電路中使用的元器件頻率特性是不同的。高頻電路中無源線性元件主要是電阻(器)、電容(器)和電感(器)。
高頻電容特點:
1. 高Q值C0G系列MLCC,屬于微波陶瓷多層片式瓷介電容器;
2. 采用順電體微波介質材料;
3. 具有極高的穩定性,其電容量幾乎不受時間、交流、直流信号的影響;
4. 具有極低的介質損耗,即極高的Q值,超低的ESR。
5. 适用于要求Hi-Q、超低ESR的射頻微波線路。
高頻電容和低頻電容适用場合
高頻電容适合用于高頻濾波的場合 --- 比如電腦主闆和開關電源的二次輸出整流;
低頻電容适合用于低頻濾波的場合 --- 比如交流電整流以後的濾波。
高頻電容和低頻電容區别
任何制造出來的電容器都不是理想的電容器,都存在電介質損耗,電介質損耗小的電容器适用于高頻電路,電介質損耗大的隻能工作于低頻,這就叫電容器的頻率特性,電容器頻率特性是指電容器工作在交流電路(尤其在高頻電路中)時,其電容量等參數将随着頻率的變化而變化的特性。電容器在高頻電路工作時,構成電容器材料的介電常數将随着工作電路頻率的升高而減小。此時的電損耗也将增加。不同種類的電容器介電參數不一樣,它們在很多情況下都不可互相替代。
不是産生高頻或低頻,而是電容器适用于高頻或低頻電路。獨石電容、紙介電容、電解電容、低頻瓷介--也稱為鐵電電容、滌綸電容(一般是容量較大,體積較小),因介質損耗大,不适用于高、中頻電路。可用于低頻、電源濾波等電路中;雲母電容、聚苯乙烯電容、高頻瓷介、空氣介質電容等(一般是容量較小,相對體積較大),介質損耗小,适合在高頻、中頻電路中使用。
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