《电容特性 (2).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电容特性 (2).doc（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 滤波电容，去耦电容，旁路电容2 电容特性3 电容滤波电路 关于滤波电容、去耦电容、旁路电容作用（转）2007-07-28 11:10滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。 去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。 旁路电容用在有电阻连接时，接在电阻两端使交流信号顺利通过。1.关于去耦电容蓄能作用的理解1）去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰，干扰的进入方式是通过电磁辐射。而实际上，芯片附近的电容还有蓄能的作用，这是第二位的。你可以把总电源看作密云水库，我们大楼内的家家户户都需要供水，这时候，水不是直接来自于水库，那样距离太远了，
2、等水过来，我们已经渴的不行了。实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer的作用。如果微观来看，高频器件在工作的时候，其电流是不连续的，而且频率很高，而器件VCC到总电源有一段距离，即便距离不长，在频率很高的情况下，阻抗Zi*wL+R，线路的电感影响也会非常大，会导致器件在需要电流的时候，不能被及时供给。而去耦电容可以弥补此不足。这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一（在vcc引脚上通常并联一个去藕电容，这样交流分量就从这个电容接地。）。2）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
3、关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。2.旁路电容和去耦电容的区别 去耦：去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。去耦电容还可以为器件供局部化的DC电压源，它在减少跨板浪涌电流方面特别有用。 旁路：从组件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。这主要是通过产生AC旁路消除无意的能量进入敏感的部分，另外还可以提供基带滤波功能（带宽受限）。 我们经常可以看到，在电源和地之间连接着去耦电容，它有三个方面的作用：一是作为本集成电路的蓄能电容；二是滤除该器件产生的高频噪声，切断其通过供电回路进行传播的通路；三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。 在电子电路中，去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作
4、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。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。数字电路中典型的去耦电容值是0.1F。这个电容的分布电感的典型值是5H。0.1F的去耦电容有5H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
5、噪声几乎不起作用。1F、10F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10F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0.1F，100MHz取0.01F。电容器选用及使用注意事项：1，一般在低频耦合或旁路，电气特性要求较低时，可选用纸介、涤纶电容器；在高频高压电路中，应选用云母电容器或瓷介电容器；在电源滤波和退耦电路中，可选用电解电容器。2，在振荡电路、延时电路、音调电路中，电容器容
6、量应尽可能与计算值一致。在各种滤波及网（选频网络），电容器容量要求精确；在退耦电路、低频耦合电路中，对同两级精度的要求不太严格。 3，电容器额定电压应高于实际工作电压，并要有足够的余地，一般选用耐压值为实际工作电压两倍以上的电容器。4，优先选用绝缘电阻高，损耗小的电容器，还要注意使用环境。BACK电容特性：在消费类电子产品系统中，体积越来越小，器件摆放越来越密，模拟、数字部分已很难通过布局有效分开，系统设计工程师往往在电源网络中使用很多电容，衰减高频数字噪声，期望能“净化”电源，减少对模拟电路的干扰。 在电压调整器中，在输入、输出端通常都各有一只电容，跨接在输入、输出管脚和地(GND)之间。输
7、入电容的主要作用是滤除交流噪声，抑制输入端的电压变化。而输出电容的作用，除了构成反馈环路的一部分之外(增加一个额外的零点，当然不可避免的也要带来一个极点，提高环路的相位裕量)，还可以抑制由于负载电流或者输入电压瞬变引起的输出电压变化。从某种角度来说，滤除交流噪声与抑制电压突变在本质上是一回事，那就是去除交流信号。 电容的特性 不同介质种类的电容，其自身特性相差甚远。在描述电容的特性之前，我们需要了解以下几个参数： 电阻符号R，是指通过导体的直流电压与电流之比，单位为欧姆。 电抗符号X，是交流电路中由电感和电容引起的阻抗部分，包括感抗(XL)和容抗(XC)，单位为欧姆。 阻抗符号Z，是一个复合参
8、数，实部为电阻，虚部为电抗，单位为欧姆，所以阻抗也可以表示为：Z = R + jX。 电导符号G，是指通过导体的直流电流与电压之比，电阻的倒数，单位为西门子。 电纳符号B，是导纳的虚数部分，包括容纳(BC)和感纳(BL)，单位为西门子。 导纳符号Y，是阻抗Z的倒数，也是一个复合参数，实部为电导，虚部为电纳，单位为西门子，也可以表示为：Y = G + jB 导纳Y通常表示的是器件并联的情况，而阻抗Z表示的则是器件串联的情况，见图1。 其中， W=2f电容: Z=R+jX=R+1/jwc=R+1/j2fc=R-j1/2fc电感: Z=R+jX=R+jwL=R+j2fL图1：阻抗与导纳的表示方法。
9、所以对于串联的器件组合，如果0，则说明器件两端有感性，越接近90，感性越强，当=90时，为纯感性器件。同样C2，R1R2时，极点可以表达成下式， 以上面50V/10uF电解电容，和16V/1uF陶瓷电容的数据作为依据，对上述器件进行如下赋值，ESR取f=100kHz的值。R0 = 1，C1 = 8.21uF，C2 = 0.997uF，R1 = 774m，R2 = 190m，图3网络的频率特性如图4所示， 从上图看出，在紧接着第一个极点P1之后，出现了第一个零点Z1，它是由R1、C1形成的，如果没有电容C2，AC曲线将保持水平，不再有衰减。正是由于C2的存在，使得增益在通过第二个极点P2之后继续
10、衰减，直至第二个零点Z2。因此要使两只电容并联的增益衰减更多，可以将Z2外移，也就是使电容C2以及R2远小于C1、R1。 这是假定电容C、ESR在所有频率下都是定值的条件下，用MATHCAD计算出的理想曲线。实际上，根据上表中的数据告诉我们，C、ESR会随着频率而变化，而且在高频时会出现ESL，考虑到这些因素，得到的曲线如图5所示。图6是使用网络分析仪(Agilent 4395A)得到的实际频响曲线。 图5：两只电容并联的幅度相位频率特性。 图6：根据实测数据计算出的频率特性。 在频率小于100kHz时，图5与图6几乎没有差别，大约在f700kHz，由于ESL的作用，增益上翘。当满足条件R1C
11、1 = R2C2时，根据上式系统可以简化成一个极点，一个零点。现实中满足这种条件的有两种情况，两只电容C1、C2完全相同，意味着类型、容值、ESR和频率特性等一样。 图7：网络分析测到的频率特性。 容值与ESR成反比，对于同一类型的电容，实际上也基本满足这个规律。此时其零、极点变为 零点 - 极点 - 实际上此时可以等效成1个电容，它的容值为两个电容的并联Ce = C1/C2，ESR为两个ESR并联Re = R1/R2。 三只电容并联的情况如图8所示，传输函数可以表示成 图8：三只电容并联的交流等效电路。 从上式不难看出，系统包括三个极点，三个零点。 假定上述器件给出值如下，R0 = 1、C1
12、 = 10uF、C2 = 1uF、C3=0.1uF、R1 = 2、R2 = 100m、R3=50m，网络的频率特性如图9， 衰减是第一个极点P1开始，到最后一个零点Z3结束。P1是由C1、R0+R1引起的，Z3是由C3、R3引起的。同样类似的情况，当满足R1C1 = R2C2 = R3C3时，仍可以等效成一只电容，其容值为三个电容的并联Ce = C1/C2/C3，ESR为三个电阻并联Re = R1/R2/R3。 对于线性电压调整器，用户只关心输出端的交流噪声。这个噪声只有两个来源，一个是来自输入端，一个则是来自调整器本身。幸运的是，来自BCD新一代线性电压调整器能够很好地解决这两个问题。芯片本
13、身出色的PSRR性能，可以很好的抑制来自输入端的交流噪声，尤其是在低频部分；而自身的输出噪声很低，几乎可以忽略。比如AP2121，PSRR为70dB，从DC可以持续到1kHz、10Hz 100kHz之间的噪声电压只有30uVrms。因此在使用AP2121时，根本不需要再额外使用多个电容并联，尤其是大的电解电容，就可以得到干净的电压源。 图9：三只电容并联计算出的频率响应。 本文结论 为了实现更好的噪声衰减，当使用多只电容并联时，应选择ESR与C各不相同的电容，这样可以使衰减曲线从第一个极点开始，一直到最后一个零点结束，容值最大的那只电容决定了衰减的起始频率，容值最小的那只电容决定了衰减的终止频率，并且务必减小引线长度，防止出现ESL。当使用AP2121高PSRR、低噪声线性电压调整器时，只需要使用一颗片式陶瓷电容，推荐值1uF。 ESR值就是等效串联电阻阻值。 ESL值等效串联电感值。 这两个值是描述电容的两重要参数阻抗、感抗。 也是形成容抗的基础。 ESR值越低越好，电容又不是电
