电路设计——电容作用

2017/08/16 电子之路

这几天的工作主要是学习一些模块的原理图,看看数据手册,相对轻松一些。在设计电路时,电容在电源转换,控制器供电,信号的滤波等很多地方都不可或缺,就顺便把电路中电容的主要作用及应用总结一下。

1.容抗计算

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2.电容的特性

(1)隔直流通交流,通高频阻低频;

(2)电容两端的电压不能够突变;

(3)大容值电容滤低频噪声,小容值电容滤高频噪声。

(3)电容的工作的实质是充电和放电的过程,它是一种储能元件:电容在某时刻储存的电场能量只与该时刻其端电压有关。当电压增加时,电容元件从电源吸收能量,储存在电场中的能量增加,这个过程称为电容的充电过程。当电压减小时,电容元件向外释放电场能量,这个过程称为电容的放电过程。电容在充放电过程中并不消耗能量。

3.常见电容的作用

主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、滤波、补偿、充放电、储能、旁路、隔直等电路中。

1.电源滤波:

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滤波是电容的作用中很重要的一部分。几乎所有的电源电路中都会用到,以滤除直流电源中不需要的交流成分,使直流电变平滑。。从理论上说,电容越大,阻抗越小,通过的频率也越高。但实际上超过1uF 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。电容越大低频越容易通过,电容越小高频越容易通过。

2.去耦电容和旁路:

旁路电容是主要是把输入信号的高频噪声滤除,而去耦电容是把输出信号的干扰去除。

通常旁路电容的大小0.1u,0.01u;去耦电容大小为10uF。

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去耦电容:一般接在电源线和地线之间

1)作为集成电路的蓄能电容;

2)滤除该器件的高频噪声;

3)防止电源携带高频噪声对电路构成干扰;

关于蓄能的理解:

由于电源离芯片电源的引脚有一定距离,为了保证器件需要电流的时候,电流能够即使供给,所以在器件的vcc引脚加上一个电容,提供电流。芯片电源引脚连接的电容尽量要靠近,电源输出时,电容也要尽量靠近电源输出引脚。

旁路电容:一般接在信号端与地之间,主要功能是产生一个交流分路,从而消去进入易感区的那些不需要的能量。接在交、直流信号的电路中,将电容并接在电阻两端或由电路的某点跨接到公共电位上,为交流信号或脉冲信号设置一条通路,避免交流信号成分因通过电阻产生压降衰减。

旁路电容一般作为高频旁路器件来减小对电源模块的瞬态电流需求。通常铝电解电容和钽电容比较适合作旁路电容,其电容值取决于PCB 板上的瞬态电流需求,一般在10 至470μF 范围内。若PCB 板上有许多集成电路、高速开关电路和具有长引线的电源,则应选择大容量的电容。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一样,旁路被充电,并向器件进行放电。

区别:在电路电路中,去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用,电容所处的位置不同,就是称呼的不一样,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。

3.耦合

接在交流信号处理电路中,用于连接信号源和信号处理电路或者作两放大器的级间连接,用以隔断直流,让交流信号或脉冲信号通过,使前后级放大电路的直流工作点互不影响。

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4.谐振

包括RC、LC振荡器及晶体的负载电容都属于这一范畴。对与频率相关的电路进行系统调谐,比如收音机、电视机。

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5.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为较常见的规格。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。

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6.信号滤波

常和运放,电感构成滤波器(高通、低通、带通、带阻)

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并联的电容器C在输入电压升高时,给电容器充电,可把部分能量存储在电容器中。而当输入电压降低时,电容两端电压以指数规律放电,就可以把存储的能量释放出来。经过滤波电路向负载放电,负载上得到的输出电压就比较平滑,起到了平波作用。若采用电感滤波,当输入电压增高时,与负载串联的电感L中的电流增加,因此电感L将存储部分磁场能量,当电流减小时,又将能量释放出来,使负载电流变得平滑,因此,电感L也有平波作用。

利用储能元件电感器L的电流不能突变的特点,在整流电路的负载回路中串联一个电感,使输出电流波形较为平滑。因为电感对直流的阻抗小,交流的阻抗大,因此能够得到较好的滤波效果而直流损失小。电感滤波缺点是体积大,成本高。

运放设计的滤波器(有源):

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7.时间常数

这就是常见的 R、C 串联构成的积分电路。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。

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4.极性电容

1.钽电容的正负极

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有条纹一端为正极

2.电解电容的正负极

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黑色标识一端为负极

参考:

1.(笔记)电路设计(四)之电容的应用

2. 电容器在电路中的作用(很全)

3.电容在电路中的作用及电容滤波原理

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