资料介绍
二、电容的工作原理、分类选择与应用
话说电容之一:电容的作用
作为无源元件之一的电容,其作用不外乎以下几种:
1、应用于电源威廉希尔官方网站
,实现旁路、去藕、滤波和储能的作用。下面分类详述之:
1)旁路
旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件,它能使稳压器的输出均匀化,降低负载需求。 就像小型可充电电池样,旁路电容能够被充电,并向器件进行放电。 为尽量减少阻抗,旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。 这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。
2)去藕
去藕,又称解藕。 从威廉希尔官方网站
来说, 总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大, 驱动威廉希尔官方网站
要把电容充电、放电, 才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候, 电流比较大, 这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于威廉希尔官方网站
中的电感,电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声,会影响前级的正常工作,这就是所谓的“耦合”。
去藕电容就是起到一个“电池”的作用,满足驱动威廉希尔官方网站
电流的变化,避免相互间的耦合干扰。将旁路电容和去藕电容结合起来将更容易理解。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0.1μF、0.01μF 等;而去耦合电容的容量一般较大,可能是10μF 或者更大,依据威廉希尔官方网站
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。这应该是他们的本质区别。
3)滤波
从理论上(即假设电容为纯电容)说,电容越大,阻抗越小,通过的频率也越高。但实际上超过1μF 的电容大多为电解电容,有很大的电感成份,所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容,这时大电容通低频,小电容通高频。电容的作用就是通高阻低,通高频阻低频。电容越小低频越容易通过,电容越大高频越容易通过。具体用在滤波中,大电容(1000μF)滤低频,小电容(20pF)滤高频。曾有网友形象地将滤波电容比作“水塘”。由于电容的两端电压不会突变,由此可知,信号频率越高则衰减越大,可很形象的说电容像个水塘,不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。它把电压的变动转化为电流的变化,频率越高,峰值电流就越大,从而缓冲了电压。滤波就是充电,放电的过程。
4)储能
储能型电容器通过整流器收集电荷,并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。 电压额定值为40~450VDC、电容值在220~150 000μF 之间的铝电解电容器(如EPCOS 公司的 B43504 或B43505)是较为常用的。根据不同的电源要求,器件有时会采用串联、并联或其组合的形式, 对于功率级超过10KW 的电源,通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。
2、应用于信号威廉希尔官方网站
,主要完成耦合、振荡/同步及时间常数的作用:
1)耦合
举个例子来讲,晶体管放大器发射极有一个自给偏压电阻,它同时又使信号产生压降反馈到输入端形成了输入输出信号耦合, 这个电阻就是产生了耦合的元件,如果在这个电阻两端并联一个电容, 由于适当容量的电容器对交流信号 较小的阻抗,这样就减小了电阻产生的耦合效应,故称此电容为去耦电容。
2)振荡/同步
包括RC、LC 振荡器及晶体的负载电容都属于���一范畴。
3)时间常数
这就是常见的 R、C 串联构成的积分威廉希尔官方网站
。当输入信号电压加在输入端时,电容(C)上的电压逐渐上升。而其充电电流则随着电压的上升而减小。电流通过电阻(R)、电容(C)的特性通过下面的公式描述:
i = (V / R)e - (t / CR)
话说电容之二:电容的选择
通常,应该如何为我们的威廉希尔官方网站
选择一颗合适的电容呢?笔者认为,应基于以 下几点考虑:
1、静电容量;
2、额定耐压;
3、容值误差;
4、直流偏压下的电容变化量;
5、噪声等级;
6、电容的类型;
7、电容的规格。
那么,是否有捷径可寻呢?其实,电容作为器件的外围元件,几乎每个器件的 Datasheet 或者 Solutions,都比较明确地指明了外围元件的选择参数,也就是说,据此可以获得基本的器件选择要求,然后再进一步完善细化之。其实选用电容时不仅仅是只看容量和封装,具体要看产品所使用环境,特殊的威廉希尔官方网站
必须用特殊的电容。
下面是 chip capacitor 根据电介质的介电常数分类, 介电常数直接影响威廉希尔官方网站
的稳定性。
NP0 or CH (K 《 150): 电气性能最稳定,基本上不随温度﹑电压与时间的改变而改变,适用于对稳定性要求高的高频威廉希尔官方网站
。鉴于K 值较小,所以在0402、0603、0805 封装下很难有大容量的电容。如 0603 一般最大的 10nF以下。X7R or YB (2000 《 K 《 4000): 电气性能较稳定,在温度﹑电压与时间改变时性能的变化并不显著(?C 《 ±10%)。适用于隔直、偶合、旁路与对容量稳定性要求不太高的全频鉴威廉希尔官方网站
。Y5V or YF(K 》 15000): 容量稳定性较 X7R 差(?C 《 20% ~ -80%),容量﹑损耗对温度、电压等测试条件较敏感,但由于其K 值较大,所以适用于一些容值要求较高的场合。
话说电容之三:电容的分类
电容的分类方式及种类很多,基于电容的材料特性,其可分为以下几大类:
1、铝电解电容
电容容量范围为0.1μF ~ 22000μF,高脉动电流、长寿命、大容量的不二之选,广泛应用于电源滤波、解藕等场合。
2、薄膜电容
电容容量范围为0.1pF ~ 10μF,具有较小公差、较高容量稳定性及极低的压电效应,因此是X、Y 安全电容、EMI/EMC 的首选。
3、钽电容
电容容量范围为2.2μF ~ 560μF,低等效串联电阻(ESR)、低等效串联 电感(ESL)。脉动吸收、瞬态响应及噪声抑制都优于铝电解电容,是高稳定电源的理想选择。
4、陶瓷电容
电容容量范围为0.5pF ~ 100μF,独特的材料和薄膜技术的结晶,迎合了当今“更轻、更薄、更节能“的设计理念。
5、超级电容
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