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1、电容的选取与充放电时间计算一、电容充放电时间计算1. L、C 元件称为 “惯性元件 ”，即电感中的电流、电容器两端的电压，都有一定的 “电惯性 ”，不能突然变化。充放 电时间，不光与L、C的容量有关，还与充/放电电路中的电阻 R有关。“ 1UF电容它的充放电时间是多长？”，不讲电阻，就不能回答。RC电路的时间常数：t =RC充电时，uc=Ux 1-eA(-1/ t ) U是电源电压 ；放电时，uc=Uox eA(-1/ t) Uo是放电前电容上电压RL 电路的时间常数： t =L/RLC电路接直流，i=lo1-eA(- t/ t ) Io是最终稳定电流 ;LC电路的短路，i=lo “(-t/
2、t ) Io是短路前L中电流2. 设 V0 为电容上的初始电压值； V1 为电容最终可充到或放到的电压值； Vt 为 t 时刻电容上的电压值。则 :Vt=V0 +(V1-V0 ) X1-exp(-t/RC) 或 t = RC Ln(V1 - V0)/(V1 - Vt)例如，电压为E的电池通过 R向初值为0的电容C充电,V0=0 , V仁E ,故充到t时刻电容上的电压为：Vt=E X1-exp(-t/RC) 再如，初始电压为 E 的电容 C 通过 R 放电 , V0=E ， V1=0 ，故放到 t 时刻电容上的电压为： Vt=E X exp(-t/RC) 又如，初值为1/3Vcc的电容C通过R充
3、电，充电终值为 Vcc，问充到2/3Vcc需要的时间是多少？ V0=Vcc/3 ， V1=Vcc,Vt=2*Vcc/3 ，故 t=RC XLn(1-1/3)/(1-2/3)=RCLnX2=0.693RC注：以上 exp() 表示以 e 为底的指数函数； Ln() 是 e 为底的对数函数3. 提供一个恒流充放电的常用公式： ?Vc=I*?t/C. 再提供一个电容充电的常用公式： Vc=E(1-e-(t/R*C)。 RC 电路充电公式 Vc=E(1-e-(t/R*C) 中的： -(t/R*C) 是 e 的负指数项 。 关于用于延时的电容用怎么样的电容比较好，不 能一概而论，具体情况具体分析。实际电
4、容附加有并联绝缘电阻，串联引线电感和引线电阻。还有更复杂的模式-引起吸附效应等等。供参考。E 是一个电压源的幅度，通过一个开关的闭合，形成一个阶跃信号并通过电阻R 对电容 C 进行充电。 E 也可以是一个幅度从 0V 低电平变化到高电平幅度的连续脉冲信号的高电平幅度。电容两端电压Vc 随时间的变化规律为充电公式 Vc=E(1-e-(t/R*C) 。其中的： -(t/R*C) 是 e 的负指数项，这里没能表现出来，需要特别注意。式 中的t是时间变量，小e是自然指数项。举例来说：当t=0时，e的0次方为1，算出Vc等于0V。符合电容两端电压不能突变的规律。对于恒流充放电的常用公式：?Vc=I*?t
5、/C ，其出自公式： Vc=Q/C=I*t/C 。举例来说：设C=1000uF,I 为 1A 电流幅度的恒流源(即：其输出幅度不随输出电压变化)给电容充电或放电，根据公式可看 出，电容电压随时间线性增加或减少，很多三角波或锯齿波就是这样产生的。根据所设数值与公式可以算出，电 容电压的变化速率为 1V/mS 。这表示可以用 5mS 的时间获得 5V 的电容电压变化；换句话说，已知 Vc 变化了 2V，可推算出，经历了 2mS的时间历程。当然在这个关系式中的C和I也都可以是变量或参考量。详细情况可参考相关的教材看看。供参考。4. 首先设电容器极板在 t时刻的电荷量为q,极板间的电压为u.,根据回路
6、电压方程可得：U-u=IR (I表示电流)，又因为 u=q/C,I=dq/dt( 这儿的 d 表示微分 )，代入后得到： U-q/C=R*dq/dt,也就是 Rdq/(U-q/C)=dt, 然后两边求不定积分，并利用初始条件： t=0,q=0 就得到 q=CU 【1-eA -t/(RC) 】这就是电 容器极板上的电荷随时间 t 的变化关系函数。顺便指出，电工学上常把 RC 称为时间常数。相应地，利用 u=q/C, 立即得到极板电压随时间变化的函数，u=U 【1-eA -t/(RC) 】。从得到的公式看，只有当时间 t 趋向无穷大时，极板上的电荷和电压才达到稳定，充电才算结束。但在实际问题中，由
7、于 1-e A-t/(RC) 很快趋向 1，故经过很短的一段时间后，电容器极板间电荷和电压的变化已 经微乎其微，即使我们用灵敏度很高的电学仪器也察觉不出来q 和 u 在微小地变化，所以这时可以认为已达到平衡，充电结束。举个实际例子吧，假定 U=10 伏， C=1 皮法， R=100 欧，利用我们推导的公式可以算出，经过 t=4.6*10A(-10) 秒后，极板电压已经达到了 9.9 伏。真可谓是风驰电掣的一刹那。二、电容的选取一般电解电容在使用时 ,若无很大的纹波 ,耐压只要比实际值大20%即可 ,即 7805 的输出用 10V 已非常够 ,6V 也行;7809 用 16V 足够,用 10V
8、不会有大问题 ,三端稳压器的输出端不用接很大的电容,视实际负载而论 ,一般 100mA接47-100uF就可,1A接470-1000uF最好再接一只 0.01-0.1uF的小瓷片或独石电容主滤波电容一般情况下， 电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号， 但即使是低频信号， 其频率也分为了好几个数量 级。因此为了适合在不同频率下使用，电解电容也分为高频电容和低频电容(这里的高频是相对而言)。低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz;而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时，由于低频滤波
9、电容高频特性不好， 它在高频充放电时内阻较大， 等效电感较高。 因此在使用中会因电解液的频繁极化 而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化，电容内压力升高，最终导致电容的鼓包和爆裂。滤波电容的选择经过整流桥以后的是脉动直流，波动范围很大。后面一般用大小两个电容，大电容用来稳定输出，众所周知 电容两端电压不能突变，因此可以使输出平滑；小电容是用来滤除高频干扰的，使输出电压纯净。电容越小，谐 振频率越高，可滤除的干扰频率越高。1、容量选择： （1）大电容，负载越重，吸收电流的能力越强，这个大电容的容量就要越大； （ 2）小电容，凭经验，一般104 即可。别人的经验（来自互联网）1、电
10、容对地滤波，需要一个较小的电容并联对地，对高频信号提供了一个对地通路。2、电源滤波中电容对地脚要尽可能靠近地。3、理论上说电源滤波用电容越大越好，一般大电容滤低频波、小电容滤高频波。4、可靠的做法是将一大一小两个电容并联, 一般要求相差两个数量级以上 , 以获得更大的滤波频段。具体案例 : AC220-9V 再经过全桥整流后，需加的滤波电容是多大的？再经 78LM05 后需加的电容又是多大？前者电容耐压应大于 15V,电容容量应大于2000微发以上。后者电容耐压应大于 9V,容量应大于220微发以上。2、 有一电容滤波的单相桥式整流电路，输出电压为24V,电流为500mA要求：（ 1 ）选择整
11、流二极管；（ 2）选择滤波电容；（ 3）另：电容滤波是降压还是增压？ （1）因为桥式是全波， 所以每个二极管电流只要达到负载电流的一半就行了，所以二极管最大电流要大于250mA；电容滤波式桥式整流的输出电压等于输入交流电压有效值的1.2 倍，所以你的电路输入的交流电压有效值应是20V,而二极管承受的最大反压是这个电压的根号2倍，所以，二极管耐压应大于28.2V。（2）选取滤波电容：1、电压大于 28.2V ; 2、求C的大小：公式 RO（ 3-5 ）X 0.1秒，本题中 R=24V/0.5A=48 欧，所以可得出 0 （ 0.00625-0.0104 ） F,即卩C的值应大于 6250卩F。（
12、 3）电容滤波是升高电压。 滤波电容的选用原则 在电源设计中，滤波电容的选取原则是：O2.5T/R ;其中：C为滤波电容，单位为UF; T为频率，单位为Hz; R为负载电阻，单位为Qo当然，这只是一般的选用原则，在实际的应用中，如条件（空间和成本）允许，都选取C5T/Ro3. 滤波电容的大小的选取PCB制版电容选择印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时操作它们时均会产生较大火花放电，必须采用RC吸收电路来吸收放电电流。一般R取12kQ, C取2.24.7卩F, 一般的10PF左右的电容用来滤除高频的干扰信号， 0.1UF 左右的用来滤除低频的纹波干扰，还可以起到稳压的作用。滤波电容具体选择什么
13、容值要取决于你PCB上主要的工作频率和可能对系统造成影响的谐波频率，可以查一下相关厂商的电容资料或者参考厂商提供的资料库软件，根据具体的需要选择。至于个数就不一定了，看你的具体需要了，多加一两个也挺好的，暂时没用的可以先不贴，根据实际的调试情况再选择容值。如果你PCB上主要工作频率比较低的话，加两个电容就可以了， 一个虑除纹波，一个虑除高频信号。如果会出现比较大的瞬时电流， 建议再加一个比较大的钽电容。其实滤波应该也包含两个方面，也就是各位所说的大容值和小容值的，就是去耦和旁路。原理我就不说了，实用点的，一般数字电路去耦0.1uF即可，用于10M以下；20M以上用1到10个uF,去除高频噪声好
14、些，大概按C=1/f。旁路一般就比较的小了，一般根据谐振频率一般为0.1或0.01uF o说到电容,各种各样的叫法就会让人头晕目眩,旁路电容,去耦电容,滤波电容等等,其实无论如何称呼, 它的原理都是一样的,即利用对交流信号呈现低阻抗的特性,这一点可以通过电容的等效阻抗公式看出来： Xcap=1/2貝fC,工作频率越高，电容值越大则电容的阻抗越小.。在电路中，如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路, 就称为旁路电容; 如果主要是为了增加电源和地的交流耦合, 减少交流信号对电源的影响, 就可以称为去耦电容;如果用于滤波电路中,那么又可以称为滤波电容;除此以外,对于直流电压,电容器还可 作
15、为电路储能,利用冲放电起到电池的作用。而实际情况中,往往电容的作用是多方面的,我们大可不必花太多 的心思考虑如何定义。本文里，我们统一把这些应用于高速PCB设计中的电容都称为旁路电容。电容的本质是通交流，隔直流，理论上说电源滤波用电容越大越好。但由于引线和PCB布线原因，实际上电容是电感和电容的并联电路,（还有电容本身的电阻,有时也不可忽略）,这就引入了谐振频率的概念：3 =1/（LC）1/2 在谐振频率以下电容呈容性，谐振频率以上电容呈感性。因而一般大电容滤低频波，小电容滤高 频波。这也能解释为什么同样容值的STM封装的电容滤波频率比 DIP封装更高。至于到底用多大的电容，这是一个参考：电容值1.0 H0.1 uF电容谐振频率DIP （MHz）STM (MHz)2.585160.01 H 1000pF 100 pF10 pF2550801602508005001.6(GHz)不过仅仅是参考而已， 用老工程师的话说主要靠经验。 更可靠的做法是将一大一小两个电容并联， 一般要求 相差两个数量级以上，以获得更大的滤波频段。一般来讲，大电容滤除低频波，小电容滤除高频波。电容值和你 要滤除频率的平方成反比。具体电容的选择可以用公式 C=4Pi*Pi /（R * f * f ）
