電容是電路設計中最為普通常用的元件,是無源器件之一,有源元件簡單地說就是需能(電)源的元件叫有源元件,無需能(電)源的元件就是無源元件。電容也經常在高速電路中飾演重要角色。
電容的作用和用途,通常都有很多種。如:在旁路、去藕、濾波、儲能方面的作用;在完成振蕩、同步以及時間常數的作用……
下邊來詳盡剖析一下:
1、隔直流:作用是制止直流通過而讓交流通過。
2、旁路(去耦):為交流電路中個別并聯的器件提供低阻抗通路。
旁路電容:旁路電容,又稱為退耦電容,是為某個元件提供能量的儲能元件,它借助了電容的頻度阻抗特點(理想電容的頻度特點隨頻度的下降,阻抗減?。?,如同一個池塘,它能使輸出電流輸出均勻,減少負載電流波動。旁路電容要盡量緊靠負載元件的供電電源管腳和地管腳,這是阻抗要求,在畫PCB時侯非常要注意,只有緊靠某個元元件時侯才會抑制電流或其他輸訊號因過大而造成的地電位抬升和噪音,說白了就是把直流電源中的交流份量,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,作圖時侯要盡量緊靠IC1
圖C1
去藕電容:去耦電容,是把輸出訊號的干擾作為濾除對象,去耦電容相當于電板,借助其充放電,致使放大后的訊號不會因電壓的突變而受干擾。它的容量按照訊號的頻度、抑制波紋程度而定,去藕電容就是起到一個“電池”的作用,滿足驅動電路電壓的變化,防止互相間的耦合干擾。
旁路電容實際也是去藕合的,只是旁路電容通常是指高頻旁路電阻串聯和并聯的算法視頻,也就是給高頻的開關噪音提高三條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容通常比較小,按照諧振頻度通常取0.1F、0.01F等;而去耦合電容的容量通常較大,可能是10F或則更大,根據電路短發布參數、以及驅動電壓的變化大小來確定。如圖C3為去耦電容
圖C3
它們的區別:旁路是把輸入訊號中的干擾作為濾除對象,而去耦是把輸出訊號的干擾作為濾除對象,避免干擾訊號返回電源。
3、耦合:作為兩個電路之間的聯接,容許交流訊號通過并傳輸到下一級電路。
用電容做耦合的器件,是為了將功放訊號傳遞到后一級,但是隔斷前一級的直流對后一級的影響,使電路調試簡單,性能穩定。
倘若不加電容交流訊號放大不會改變,只是各級工作點需重新設計,因為前后級影響,調試工作點十分困難,在多級時幾乎難以實現。
4、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。
即頻度f越大,電容的阻抗Z越小。當低頻時,電容C因為阻抗Z比較大,有用訊號可以順利通過;當高頻時,電容C因為阻抗Z早已很小了,相當于把高頻噪音漏電到GND起來了。
混頻作用:理想電容,電容越大,阻抗越小,通過的頻度也越高。電解電容通常都是超過1uF,其中的電感成分很大,因而頻度高后反倒阻抗會大。我們常常聽到有時會看見有一個電容量較大電解電容并聯了一個小電容,雖然大的電容通低頻,小電容通高頻,這樣就能充分濾除高低頻。電容頻度越高時候則衰減越大,電容像一個池塘,幾滴水不足以造成它的很大變化,也就是說電壓波動不是你很大時侯電流可以緩沖,如圖C2
圖C2
5、溫度補償:針對其它器件對氣溫的適應性不夠帶來的影響,而進行補償,改善電路的穩定性。
剖析:因為定時電容的容量決定了行振蕩器的振蕩頻度,所以要求定時電容的容量十分穩定,不隨環境溫度變化而變化,這樣就能使行振蕩器的振蕩頻度穩定。因而采用正、負氣溫系數的電容釋聯,進行體溫互補。
當工作氣溫下降時,Cl的容量在減小,而C2的容量在減少,兩只電容并聯后的總容量為兩只電容容量之和,因為一個容量在減小而另一個在減少,所以總容量基本不變。
同理,在氣溫增加時,一個電容的容量在減少而另一個在減小,總的容量基本不變,穩定了振蕩頻度,實現室溫補償目的。
6、計時:電容器與內阻器配合使用,確定電路的時間常數。
輸入訊號由低向高跳變時,經過緩沖1后輸入RC電路。電容充電的特點使B點的訊號并不會跟著輸入訊號立刻跳變,而是有一個逐步變大的過程。當變大到一定程度時,緩沖2翻轉,在輸出端得到了一個延后的由低向高的跳變。
時間常數:以常見的RC串聯構成積分電路為例,當輸入訊號電流加在輸入端時,電容上的電流逐步上升。而其充電電壓則隨著電流的上升而減少,內阻R和電容C串連接入輸入訊號VI,由電容C輸出訊號V0,當RC(τ)數值與輸入方波長度tW之間滿足:τ》》tW,這些電路稱為積分電路
7、調諧:對與頻度相關的電路進行系統調諧,例如手機、收音機、電視機。
變容晶閘管的調諧電路
由于lc調諧的振蕩電路的諧振頻度是lc的函數,我們發覺振蕩電路的最大與最小諧振頻度之比隨著電容比的平方根變化。此處電容比是指反偏電流最小時的電容與反偏電流最大時的電容之比。因此,電路的調諧特點曲線(展寬一諧振頻度)基本上是一條拋物線。
8、整流:在預定的時間開或則關半閉導體開關器件。
9、儲能:存儲電能,用于必需要的時侯釋放。
比如單反閃光燈,加熱設備等等.(現在個別電容的儲能水平己經接近鋰電池的水準,一個電容存儲的電能可以供一個手機使用三天。
儲能作用:通常地,電解電容還會有儲能的作用。對于專門的儲能作用的電容,電容儲能的機理為雙電層電容以及法拉第電容,其主要方式為超級電容儲能,其中超級電容器是借助雙電層原理的電容器,當外加電流加到超級電容器的兩個極板上時,與普通電容器一樣,極板的正電極儲存正電荷,正極板儲存負電荷,在超級電容器的兩極板上電荷形成的電場作用下,在電解液與電極間的界面上產生相反的電荷,以平衡電解液的內電場,這些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電阻串聯和并聯的算法視頻,這個電荷分布層稱作雙電層,因而電容量十分大。
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