電容是電路設(shè)計中為普通常用的器件,,是無源元件之一,,有源器件簡單地說就是需能(電)源的器件叫有源器件,,無需能(電)源的器件就是無源器件。
電容的作用和用途一般都有好多種,,如:在旁路,、去耦、濾波,、儲能方面的作用,;在完成振蕩、同步以及時間常數(shù)的作用……
下面來詳細分析一下:
隔直流:作用是阻止直流通過而讓交流通過,。
旁路(去耦):為交流電路中某些并聯(lián)的元件提供低阻抗通路,。
旁路電容:旁路電容,,又稱為退耦電容,是為某個器件提供能量的儲能器件,。
它利用了電容的頻率阻抗特性,,理想電容的頻率特性隨頻率的升高,阻抗降低,,就像一個水塘,,它能使輸出電壓輸出均勻,降低負載電壓波動,。
旁路電容要盡量靠近負載器件的供電電源管腳和地管腳,,這是阻抗要求。
在畫PCB時候特別要注意,,只有靠近某個元器件時候才能抑制電壓或其他輸信號因過大而導(dǎo)致的地電位抬高和噪聲,。
說白了就是把直流電源中的交流分量,通過電容耦合到電源地中,,起到了凈化直流電源的作用,。如圖C1為旁路電容,畫圖時候要盡量靠近IC1,。
圖C1
去耦電容:去耦電容,,是把輸出信號的干擾作為濾除對象,去耦電容相當(dāng)于電池,,利用其充放電,,使得放大后的信號不會因電流的突變而受干擾。
它的容量根據(jù)信號的頻率,、抑制波紋程度而定,,去耦電容就是起到一個“電池”的作用,滿足驅(qū)動電路電流的變化,,避免相互間的耦合干擾,。
旁路電容實際也是去耦合的,只是旁路電容一般是指高頻旁路,,也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄放途徑,。
高頻旁路電容一般比較小,根據(jù)諧振頻率一般取 0.1F,、0.01F 等,。
而去耦合電容的容量一般較大,可能是 10F 或者更大,,依據(jù)電路中分布參數(shù),、以及驅(qū)動電流的變化大小來確定。如圖C3為去耦電容,。
圖C3
它們的區(qū)別:旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象,,而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象,,防止干擾信號返回電源。
耦合:作為兩個電路之間的連接,,允許交流信號通過并傳輸?shù)较乱患夒娐?,。
用電容做耦合的元件,是為了將前級信號傳遞到后一級,,并且隔斷***級的直流對后一級的影響,,使電路調(diào)試簡單,***,。
如果不加電容交流信號放大不會改變,,只是各級工作點需重新設(shè)計,由于前后級影響,,調(diào)試工作點非常困難,,在多級時幾乎無法實現(xiàn)。
濾波:這個對電路而言很重要,,CPU背后的電容基本都是這個作用,。
即頻率f越大,電容的阻抗Z越小,。當(dāng)?shù)皖l時,,電容C由于阻抗Z比較大,有用信號可以順利通過,;當(dāng)高頻時,,電容C由于阻抗Z已經(jīng)很小了,相當(dāng)于把高頻噪聲短路到GND上去了,。
濾波作用:理想電容,,電容越大,阻抗越小,,通過的頻率也越高,。
電解電容一般都是超過 1uF ,其中的電感成分很大,,因此頻***后反而阻抗會大,。
我們經(jīng)常看見有時會看到有一個電容量較大電解電容并聯(lián)了一個小電容,,其實大的電容通低頻,,小電容通高頻,,這樣才能充分濾除高低頻,。
電容頻率越高時候則衰減越大,電容像一個水塘,,幾滴水不足以引起它的很大變化,,也就是說電壓波動不是你很大時候電壓可以緩沖,,如圖C2:
圖C2
溫度補償:針云淥暈露鵲氖視π圓還淮吹撓跋歟脅鉤ィ納頻緶返奈榷ㄐ浴?
分析:由于定時電容的容量決定了行振蕩器的振蕩頻率,,所以要求定時電容的容量非常穩(wěn)定,,不隨環(huán)境濕度變化而變化,這樣才能使行振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定,。
因此采用正,、負溫度系數(shù)的電容并聯(lián),進行溫度互補,。
當(dāng)工作溫度升高時,,Cl的容量在增大,而C2的容量在減小,,兩只電容并聯(lián)后的總?cè)萘繛閮芍浑娙萑萘恐?,由于一個容量在增大而另一個在減小,所以總?cè)萘炕静蛔儭?/p>
同理,,在溫度降低時,,一個電容的容量在減小而另一個在增大,總的容量基本不變,,穩(wěn)定了振蕩頻率,,實現(xiàn)溫度補償目的。
計時:電容器與電阻器配合使用,,確定電路的時間常數(shù),。
輸入信號由低向高跳變時,經(jīng)過緩沖1后輸入RC電路,。
電容充電的特性使B點的信號并不會跟隨輸入信號立即跳變,,而是有一個逐漸變大的過程。
當(dāng)變大到一定程度時,,緩沖2翻轉(zhuǎn),,在輸出端得到了一個延遲的由低向高的跳變。
時間常數(shù):以常見的 RC 串聯(lián)構(gòu)成積分電路為例,,當(dāng)輸入信號電壓加在輸入端時,,電容上的電壓逐漸上升。
而其充電電流則隨著電壓的上升而減小,,電阻R和電容C串聯(lián)接入輸入信號VI,,由電容C輸出信號V0,當(dāng)RC (τ)數(shù)值與輸入方波寬度tW之間滿足:τ》》tW,,這種電路稱為積分電路,。
調(diào)諧:對與頻率相關(guān)的電路進行系統(tǒng)調(diào)諧,比如手機,、收音機,、電視機,。
變?nèi)荻O管的調(diào)諧電路
因為lc調(diào)諧的振蕩電路的諧振頻率是lc的函數(shù),我們發(fā)現(xiàn)振蕩電路的與***小諧振頻率之比隨著電容比的平方根變化,。
此處電容比是指反偏電壓***小時的電容與反偏電壓時的電容之比,。
因而,電路的調(diào)諧特征曲線(偏壓一諧振頻率)基本上是一條拋物線,。
整流:在預(yù)定的時間開或者關(guān)半閉導(dǎo)體開關(guān)元件,。
儲能:儲存電能,用于必要的時候釋放,。
例如相機閃光燈,,加熱設(shè)備等等。
一般地,,電解電容都會有儲能的作用,,對于***的儲能作用的電容,電容儲能的機理為雙電層電容以及法拉第電容,。
其主要形式為***電容儲能,,其中***電容器是利用雙電層原理的電容器。
當(dāng)外加電壓加到***電容器的兩個極板上時,,與普通電容器一樣,,極板的正電極存儲正電荷,負極板存儲負電荷,。
在***電容器的兩極板上電荷產(chǎn)生的電場作用下,,在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷,以平衡電解液的內(nèi)電場,。
這種正電荷與負電荷在兩個不同相之間的接觸面上,,以正負電荷之間極短間隙排列在相反的位置上,這個電荷分布層叫做雙電層,,因此電容量非常大,。
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