濾波電容_去耦電容_旁路電容在不同電路中的作用

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發表于 2014-10-27 14:52:22 | 只看該作者回帖獎勵

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去耦電容
　　在直流電源的回路中，負載的變化會引起電源噪聲；例如在數字電路當中，當電路從一個狀態轉換為另一種狀態時，就會在電源線上產生一個很大的尖峰電流，形成瞬變的噪聲電壓。因此配置去耦電容可以很好的抑制因負載變化而產生的噪聲，是印制電路板的可靠性設計的一種常規的做法，配置原則如下：
●電源輸入端跨接一個10～100uF的電解電容器，如果印制電路板的位置允許，可采用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會更好。
　　●為每個集成電路芯片配置一個0.01uF的陶瓷電容器。如遇到印制電路板空間小而裝不下時，可每4～10個芯片配置一個1～10uF鉭電解電容器，這種器件的高頻阻抗特別小，在500kHz～20MHz范圍內阻抗小于1Ω，而且漏電流很小（0.5uA以下）。
　　●對于噪聲能力弱、關斷時電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲型器件，應在芯片的電源線（Vcc）和地線（GND）間直接接入去耦電容。
●去耦電容的引線不能過長，特別是高頻旁路電容不能帶引線。

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（1）使用電容濾波時；特定頻段(比如高頻噪音)的濾波效果取決于電容值及其寄生電感的諧振頻率。1000pF的電容寄生電感肯定比10uF的小的多，因此諧振頻率也會落在高頻段(區)，相應的高頻阻抗會極小，對高頻干擾旁路(濾波)效果才明顯.反之,諧振頻率落在低頻段(區)；高頻信號的阻抗很大,低頻阻抗則是較小,表現為對低頻干擾較有效；而對高頻干擾卻無能為力。
圖1電容基本結構和高頻等效模型。

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電容的基本公式是：

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式(1)顯示；減小電容器極板之間的距離(d)和增加極板的截面積(A)將增加電容器的電容量。
電容通常是存在等效串聯電阻(ESR)和等效串聯電感(ESL)二個寄生參數。圖2是電容器在不同工作頻率下的阻抗(Zc)。

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一個電容器的諧振頻率(fo)可以從它自身電容量(C)和等效串聯電感量(LESL)得到，即

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當一個電容器工作頻率在fo以下時，其阻抗隨頻率的上升而減小，即（頻率低，電容表現為較大的容抗，電感表現為很小的感抗）

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當電容器工作頻率在fo以上時，其阻抗會隨頻率的上升而增加，即（頻率高時，電容表現出很小的容抗相當與短路，電感表現為很大的感抗）

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當電容器工作頻率接近fo時，電容阻抗就等于它的等效串聯電阻(RESR)。
電解電容器一般都有很大的電容量和很大的等效串聯電感。由于它的諧振頻率很低；對低頻信號通過較好，而對高頻信號，表現出較強的電感性，阻抗較大，所以只能使用在低頻濾波上。同時，大電容還可以起到局部電荷池的作用，可以減少局部干擾通過電源耦合出去。
鉭電容器一般都有較大電容量和較小等效串聯電感，因而它的諧振頻率會高于電解電容器，并能使用在中高頻濾波上。
瓷片電容器電容量和等效串聯電感一般都很小，因而它的諧振頻率遠高于電解電容器和鉭電容器，所以能使用在高頻濾波和旁路電路上。由于小電容量瓷片電容器的諧振頻率會比大電容量瓷片電容器的諧振頻率要高，因此，在選擇旁路電容時是不能光選用電容值過高的瓷片電容器。為了改善電容的高頻特性，多個不同特性的電容器可以并聯起來使用。圖3是多個不同特性的電容器并聯后阻抗改善的效果。

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（2）電解電容由于容量較大，因此在設計時為了加大面積，都采用卷狀形式，這就導致了其本身的電感量比較大，因此對高頻分量；對地不會形成低通支路。因此對于高頻分量，只能用高頻小電容。
（3）去耦電容一般都是針對電源來講的，為了防止多個子系統中電源間的相互竄擾造成干擾；一般在每級子系統的電源輸入端需要加上高頻電容來退耦的；容量一般都是0.1uF。