电子电路中电容的作用

一、电容的分类和作用电容(Electriccapacity)，由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。由于绝缘材料的不同，所构成的电容器的种类也有所不同。按结构可分为：固定电容，可变电容，微调电容。按介质材料可分为：气体介质电容，液体介质电容，无机固体介质电容，有机固体介质电容电解电容。按极性分为：有极性电容和无极性电容。我们最常见到的就是电解电容。电容在电路中具有隔断直流电，通过交流电的作用，因此常用于级间耦合、滤波、去耦、旁路及信号调谐。二、电容的单位电阻的基本单位是：F（法），此外还有μF（微法）、pF（皮法），另外还有一个用的比较少的单位，那就是：nF（纳法），由于电容F的容量非常大，所以我们看到的一般都是μF、nF、pF的单位，而不是F的单位。他们之间的具体换算如下：1F＝1000000μF1μF=1000nF=1000000pF三、电容的耐压单位：V（伏特）每一个电容都有它的耐压值，这是电容的重要参数之一。电解电容的耐压值是一个设计标称值，表明这种类型的电容器能够在此电压以下长期工作，如果要进行检验的话，是在该电容器两端施加超过这个数值的电压（比如：标称耐压200V的电容器施加500V一分钟或几分钟没有发生放电或炸裂等现象，则说明其在200V电压下能够长期工作，以上举例只是假设数值，为了能够形象了解耐压参数，具体的施加电压要看制造厂的标准，也有可能不是逐个检验，只是抽样检验）。这是检验电容器的常规做法，因此，在使用中如果不知道电容器的具体耐压值，就没有办法测定它的标称耐压数值。普通无极性电容的标称耐压值有：63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V等，有极性电容的耐压值相对要比无极性电容的耐压要低，一般的标称耐压值有：4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V、100V、220V、400V等。四、电容的种类电容的种类有很多，可以从原理上分为：无极性可变电容、无极性固定电容、有极性电容等，从材料上可以分为：CBB电容（聚乙烯），涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等。五、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、应用于电源电路，实现旁路、去藕、滤波和储能方面电容的作用，下面分类详述之：1）滤波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。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的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(1000uF)滤低频，小电容(20pF)滤高频。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。2）旁路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。3）去耦电容去藕，又称解藕。从电路来说，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，驱动电路要把电容充电、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，由于电路中的电感，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。这就是耦合。去藕电容就是起到一个电池的作用，满足驱动电路电流的变化，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提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合电容一般比较大，是10uF或者更大，依据电路中分布参数，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。去耦电容和旁路电容的区别旁路电容不是理论概念，而是一个经常使用的实用方法，在50—60年代，这个词也就有它特有的含义，现在已不多用。电子管或者晶体管是需要偏置的，就是决定工作点的直流供电条件。例如电子管的栅极相对于阴极往往要求加有负压，为了在一个直流电源下工作，就在阴极对地串接一个电阻，利用板流形成阴极的对地正电位，而栅极直流接地，这种偏置技术叫做“自偏”，但是对（交流）信号而言，这同时又是一个负反馈，为了消除这个影响，就在这个电阻上并联一个足够大的点容，这就叫旁路电容。后来也有的资料把它引申使用于类似情况。去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容值是0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是5μH。0.1μF的去耦电容有5μH的分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz左右，也就是说，对于10MHz以下的噪声有较好的去耦效果，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1μF、10μF的电容，并行共振频率在20MHz以上，去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片充放电电容，或1个蓄能电容，可选10μF左右。最好不用电解电容，电解电容是两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格，可按C=1/F，即10MHz取0.1μF，100MHz取0.01μF。一般来说，容量为uF级的电容，像电解电容或钽电容，他的电感较大，谐振频率较小，对低频信号通过较好，而对高频信号，表现出较强的电感性，阻抗较大，同时，大电容还可以起到局部电荷池的作用，可以减少局部的干扰通过电源耦合出去；容量为0.001~0.1uf的电容，一般为陶瓷电容或云母电容，电感小，谐振频率高，对高频信号的阻抗较小，可以为高频干扰信号提供一条旁路，减少外界对该局部的耦合干扰。旁路是把前级或电源携带的高频杂波或信号滤除；去藕是为保正输出端的稳定输出（主要是针对器件的工作）而设的“小水塘”，在其他大电流工作时保证电源的波动范围不会影响该电路的工作；补充一点就是所谓的藕合：是在前后级间传递信号而不互相影响各级静态工作点的元件。有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。从电路来说，总是存在驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、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，由于电路中的电感，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。这就是耦合。去耦电容就是起到一个电池的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。旁路电容实际也是去耦合的，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提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合电容一般比较大，是10u或者更大，依据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。在电子电路中，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，称呼就不一样了。对于同一个电路来说，旁路（bypass）电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦（decoupling）电容也称退耦电容，是把输出信号的干扰作为滤除对象。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220～150000uF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。电路设计中的注意问题：1）在接地线上,为什么有的也要通过电容后再接地？答：在直流电路中是抗干扰，把干扰脉冲通过电容接地（在这次要作用是隔直——电路中的电位关系）；交流电路中也有这样通过电容接地的，一般容量较小，也是抗干扰和电位隔离作用.2）在一个大的电容上还并联一个小电容的原因？大电容由于容量大，所以体积一般也比较大，且通常使用多层卷绕的方式制作，这就导致了大电容的分布电感比较大（也叫等效串联电感，英文简称ESL）。电感对高频信号的阻抗是很大，所以，大电容的高频性能不好。而一些小容量电容则刚刚相反，由于容量小，因此体积可以做得很小（缩短了引线，就减小了ESL，因为一段导线也可以看成是一个电感的），而且常使用平板电容的结构，这样小容量电容就有很小ESL这样它就具有了很好的高频性能，但由于容量小的缘故，对低频信号的阻抗大。所以，如果我们为了让低频、高频信号都可以很好的通过，就采用一个大电容再并上一个小电容的方式。常使用的小电容为0.1uF的瓷片电容，当频率更高时，还可并联更小的电容，例如几pF，几百pF的。而在数字电路中，一般要给每个芯片的电源引脚上并联一个0.1uF的电容到地（这个电容叫做退耦电容，当然也可以理解为电源滤波电容,越靠近芯片越好），因为在这些地方的信号主要是高频信号，使用较小的电容滤波就可以了。3）常见电容符号的含义：上述四个电容均为有极性电解电容。在orCAD中经常遇到的电容符号为：表示无极性电容。在电容的命名中，通常使用ＮＰ（ｎｏｐｏｌｅ）表示无极性，POL表示有极性，如图中电容的命名为：CAP_NP。由于关于电容的符号表示比较混乱，因此许多关于电容的特性，如耐压值、材质、大小、类型等信息都在具体电容的属性里进行标注。关于电容的应用技巧有待在工程中完善，欢迎各位不吝赐教！谢谢！阻流电感器阻流电感器是指在电路中用以阻塞交流电流通路的电感线圈，它分为高频阻流线圈和低频阻流线圈。1．高频阻流线圈高频阻流线圈也称高频扼流线圈，它用来阻止高频交流电流通过。高频阻流线圈工作在高频电路中，多用采空心或铁氧体高频磁心，骨架用陶瓷材料或塑料制成，线圈采用蜂房式分段绕制或多层平绕分段绕制如图6-10所示。2．低频阻流线圈低频阻流线圈也称低频扼流圈，它应用于电流电路、音频电路或场输出等电路，其作用是阻止低频交流电流通过。通常，将用在音频电路中的低频阻流线圈称为音频阻流圈，将用在场输出电路中的低频阻流线圈称为场阻流圈，将用在电流滤波电路中的低频阻流线圈称为滤波阻流圈。低频阻流圈一般采用E形硅钢片铁心（俗称矽钢片铁心）、坡莫合金铁心或铁淦氧磁心。为防止通过较大直流电流引起磁饱和，安装时在铁心中要留有适当空隙。图6-11是低频阻流线圈的外地人形与结构。当电流增加时电感阻碍电流的增加，当电流减小时，电感阻碍电流的减小