电子电路中电容的作用1.docx
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电子电路中电容的作用1.docx
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电子电路中电容的作用1
一、电容的分类和作用
电容(Electriccapacity),由两个金属极,中间夹有绝缘材料(介质)构成。
由于绝缘材料的不同,所构成的电容器的种类也有所不同。
按结构可分为:
固定电容,可变电容,微调电容。
按介质材料可分为:
气体介质电容,液体介质电容,无机固体介质电容,有机固体介质电容电解电容。
按极性分为:
有极性电容和无极性电容。
我们最常见到的就是电解电容。
电容在电路中具有隔断直流电,通过交流电的作用,因此常用于级间耦合、滤波、去耦、旁路及信号调谐。
二、电容的单位
电阻的基本单位是:
F(法),此外还有μF(微法)、pF(皮法),另外还有一个用的比较少的单位,那就是:
nF(纳法),由于电容F的容量非常大,所以我们看到的一般都是μF、nF、pF的单位,而不是F的单位。
他们之间的具体换算如下:
1F=1000000μF
1μF=1000nF=1000000pF
三、电容的耐压
单位:
V(伏特)
每一个电容都有它的耐压值,这是电容的重要参数之一。
电解电容的耐压值是一个设计标称值,表明这种类型的电容器能够在此电压以下长期工作,如果要进行检验的话,是在该电容器两端施加超过这个数值的电压(比如:
标称耐压200V的电容器施加500V一分钟或几分钟没有发生放电或炸裂等现象,则说明其在200V电压下能够长期工作,以上举例只是假设数值,为了能够形象了解耐压参数,具体的施加电压要看制造厂的标准,也有可能不是逐个检验,只是抽样检验)。
这是检验电容器的常规做法,因此,在使用中如果不知道电容器的具体耐压值,就没有办法测定它的标称耐压数值。
普通无极性电容的标称耐压值有:
63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V等,有极性电容的耐压值相对要比无极性电容的耐压要低,一般的标称耐压值有:
4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V、100V、220V、400V等。
四、电容的种类
电容的种类有很多,可以从原理上分为:
无极性可变电容、无极性固定电容、有极性电容等,从材料上可以分为:
CBB电容(聚乙烯),涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等。
五、电容的作用
作为无源元件之一的电容,其作用不外乎以下几种:
1、应用于电源电路,实现旁路、去藕、滤波和储能方面电容的作用,下面分类详述之:
1)滤波
滤波是电容的作用中很重要的一部分。
几乎所有的电源电路中都会用到。
从理论上(即假设电容为纯电容)说,电容越大,阻抗越小,通过的频率也越高。
但实际上超过1uF的电容大多为电解电容,有很大的电感成份,所以频率高后反而阻抗会增大。
有时会看到有一个电容量较大的电解电容并联了一个小电容,这时大电容通低频,小电容通高频。
电容的作用就是通高阻低,通高频阻低频。
电容越小低频越容易通过,电容越大高频越容易通过。
具体用在滤波中,大电容(1000uF)滤低频,小电容(20pF)滤高频。
将滤波电容比作“水塘”。
由于电容的两端电压不会突变,由此可知,信号频率越高则衰减越大,可很形象的说电容像个水塘,不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。
它把电压的变动转化为电流的变化,频率越高,峰值电流就越大,从而缓冲了电压。
滤波就是充电,放电的过程。
2)旁路电容
旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件,它能使稳压器的输出均匀化,降低负载需求。
就像小型可充电电池一样,旁路电容能够被充电,并向器件进行放电。
为尽量减少阻抗,旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。
这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。
地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。
3)去耦电容
去藕,又称解藕。
从电路来说,总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。
如果负载电容比较大,驱动电路要把电容充电、放电,才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候,电流比较大,这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感,电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声,会影响前级的正常工作。
这就是耦合。
去藕电容就是起到一个电池的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰。
将旁路电容和去藕电容结合起来将更容易理解。
旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。
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10uF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。
旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象,防止干扰信号返回电源。
这应该是他们的本质区别。
去耦电容和旁路电容的区别
旁路电容不是理论概念,而是一个经常使用的实用方法,在50—60年代,这个词也就有它特有的含义,现在已不多用。
电子管或者晶体管是需要偏置的,就是决定工作点的直流供电条件。
例如电子管的栅极相对于阴极往往要求加有负压,为了在一个直流电源下工作,就在阴极对地串接一个电阻,利用板流形成阴极的对地正电位,而栅极直流接地,这种偏置技术叫做“自偏”,但是对(交流)信号而言,这同时又是一个负反馈,为了消除这个影响,就在这个电阻上并联一个足够大的点容,这就叫旁路电容。
后来也有的资料把它引申使用于类似情况。
去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用:
一方面是本集成电路的蓄能电容,另一方面旁路掉该器件的高频噪声。
数字电路中典型的去耦电容值是0.1μF。
这个电容的分布电感的典型值是5μH。
0.1μF的去耦电容有5μH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以上的噪声几乎不起作用。
1μF、10μF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10μF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0.1μF,100MHz取0.01μF。
一般来说,容量为uF级的电容,像电解电容或钽电容,他的电感较大,谐振频率较小,对低频信号通过较好,而对高频信号,表现出较强的电感性,阻抗较大,同时,大电容还可以起到局部电荷池的作用,可以减少局部的干扰通过电源耦合出去;容量为0.001~0.1uf的电容,一般为陶瓷电容或云母电容,电感小,谐振频率高,对高频信号的阻抗较小,可以为高频干扰信号提供一条旁路,减少外界对该局部的耦合干扰。
旁路是把前级或电源携带的高频杂波或信号滤除;去藕是为保正输出端的稳定输出(主要是针对器件的工作)而设的“小水塘”,在其他大电流工作时保证电源的波动范围不会影响该电路的工作;补充一点就是所谓的藕合:
是在前后级间传递信号而不互相影响各级静态工作点的元件。
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,以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。
从电路来说,总是存在驱动的源和被驱动的负载。
如果负载电容比较大,驱动电路要把电容充电、放电,才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候,电流比较大,这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感,电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声,会影响前级的正常工作。
这就是耦合。
去耦电容就是起到一个电池的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰。
旁路电容实际也是去耦合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。
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。
在电子电路中,去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用,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。
4)储能
储能型电容器通过整流器收集电荷,并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。
电压额定值为40~450VDC、电容值在220~150000uF之间的铝电解电容器(如EPCOS公司的B43504或B43505)是较为常用的。
根据不同的电源要求,器件有时会采用串联、并联或其组合的形式,对于功率级超过10KW的电源,通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。
电路设计中的注意问题:
1)在接地线上,为什么有的也要通过电容后再接地?
答:
在直流电路中是抗干扰,把干扰脉冲通过电容接地(在这次要作用是隔直——电路中的电位关系);交流电路中也有这样通过电容接地的,一般容量较小,也是抗干扰和电位隔离作用.
2)在一个大的电容上还并联一个小电容的原因?
大电容由于容量大,所以体积一般也比较大,且通常使用多层卷绕的方式制作,这就导致了大电容的分布电感比较大(也叫等效串联电感,英文简称ESL)。
电感对高频信号的阻抗是很大,所以,大电容的高频性能不好。
而一些小容量电容则刚刚相反,由于容量小,因此体积可以做得很小(缩短了引线,就减小了ESL,因为一段导线也可以看成是一个电感的),而且常使用平板电容的结构,这样小容量电容就有很小ESL这样它就具有了很好的高频性能,但由于容量小的缘故,对低频信号的阻抗大。
所以,如果我们为了让低频、高频信号都可以很好的通过,就采用一个大电容再并上一个小电容的方式。
常使用的小电容为0.1uF的瓷片电容,当频率更高时,还可并联更小的电容,例如几pF,几百pF的。
而在数字电路中,一般要给每个芯片的电源引脚上并联一个0.1uF的电容到地(这个电容叫做退耦电容,当然也可以理解为电源滤波电容,越靠近芯片越好),因为在这些地方的信号主要是高频信号,使用较小的电容滤波就可以了。
3)常见电容符号的含义:
上述四个电容均为有极性电解电容。
在orCAD中经常遇到的电容符号为:
表示无极性电容。
在电容的命名中,通常使用NP(nopole)表示无极性,POL表示有极性,如图中电容的命名为:
CAP_NP。
由于关于电容的符号表示比较混乱,因此许多关于电容的特性,如耐压值、材质、大小、类型等信息都在具体电容的属性里进行标注。
关于电容的应用技巧有待在工程中完善,欢迎各位不吝赐教!
谢谢!
阻流电感器
阻流电感器是指在电路中用以阻塞交流电流通路的电感线圈,它分为高频阻流线圈和低频阻流线圈。
1.高频阻流线圈高频阻流线圈也称高频扼流线圈,它用来阻止高频交流电流通过。
高频阻流线圈工作在高频电路中,多用采空心或铁氧体高频磁心,骨架用陶瓷材料或塑料制成,线圈采用蜂房式分段绕制或多层平绕分段绕制如图6-10所示。
2.低频阻流线圈低频阻流线圈也称低频扼流圈,它应用于电流电路、音频电路或场输出等电路,其作用是阻止低频交流电流通过。
通常,将用在音频电路中的低频阻流线圈称为音频阻流圈,将用在场输出电路中的低频阻流线圈称为场阻流圈,将用在电流滤波电路中的低频阻流线圈称为滤波阻流圈。
低频阻流圈一般采用"E"形硅钢片铁心(俗称矽钢片铁心)、坡莫合金铁心或铁淦氧磁心。
为防止通过较大直流电流引起磁饱和,安装时在铁心中要留有适当空隙。
图6-11是低频阻流线圈的外地人形与结构。
当电流增加时电感阻碍电流的增加,当电流减小时,电感阻碍电流的减小
应用
很多电子产品中,电容器都是必不可少的电子元器件,它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源和退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等。
由于电容器的类型和结构种类比较多,因此,使用者不仅需要了解各类电容器的性能指标和一般特性,而且还必须了解在给定用途下各种元件的优缺点、机械或环境的限制条件等。
下文介绍电容器的主要参数及应用,可供读者选择电容器种类时用。
1.标称电容量(CR):
电容器产品标出的电容量值。
云母和陶瓷介质电容器的电容量较低(大约在5000pF以下);纸、塑料和一些陶瓷介质形式的电容量居中(大约在0005μF10μF);通常电解电容器的容量较大。
这是一个粗略的分类法。
2.类别温度范围:
电容器设计所确定的能连续工作的环境温度范围,该范围取决于它相应类别的温度极限值,如上限类别温度、下限类别温度、额定温度(可以连续施加额定电压的最高环境温度)等。
3.额定电压(UR):
在下限类别温度和额定温度之间的任一温度下,可以连续施加在电容器上的最大直流电压或最大交流电压的有效值或脉冲电压的峰值。
电容器应用在高压场合时,必须注意电晕的影响。
电晕是由于在介质/电极层之间存在空隙而产生的,它除了可以产生损坏设备的寄生信号外,还会导致电容器介质击穿。
在交流或脉动条件下,电晕特别容易发生。
对于所有的电容器,在使用中应保证直流电压与交流峰值电压之和不的超过直流电压额定值。
4.损耗角正切(tanδ):
在规定频率的正弦电压下,电容器的损耗功率除以电容器的无功功率。
这里需要解释一下,在实际应用中,电容器并不是一个纯电容,其内部还有等效电阻,它的简化等效电路如下图所示。
图中C为电容器的实际电容量,Rs是电容器的串联等效电阻,Rp是介质的绝缘电阻,Ro是介质的吸收等效电阻。
对于电子设备来说,要求Rs愈小愈好,也就是说要求损耗功率小,其与电容的功率的夹角δ要小。
这个关系用下式来表达:
tanδ=Rs/Xc=2πf×c×Rs因此,在应用当中应注意选择这个参数,避免自身发热过大,以减少设备的失效性。
5.电容器的温度特性:
通常是以20℃基准温度的电容量与有关温度的电容量的百分比表示。
6.电容器是最简单的电池,而且有充电快,容量大等优点。
编辑本段补充
1.电容在电路中一般用“C”加数字表示(如C13表示编号为13的电容)。
电容是由两片金属膜紧靠,中间用绝缘材料隔开而组成的元件。
电容的特性主要是隔直流通交流。
电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小,电容对交流信号的阻碍作用称为容抗,它与交流信号的频率和电容量有关。
容抗XC=1/2πfc(f表示交流信号的频率,C表示电容容量)电话机中常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等。
2.识别方法:
电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同,分直标法、色标法和数标法3种。
电容的基本单位用法拉(F)表示,其它单位还有:
毫法(mF)、微法(μF)/mju:
/、纳法(nF)、皮法(pF)。
其中:
1法拉=1000毫法(mF),1毫法=1000微法(μF),1微法=1000纳法(nF),1纳法=1000皮法(pF) 容量大的电容其容量值在电容上直接标明,如10μF/16V 容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示 字母表示法:
1m=1000μF1P2=1.2PF1n=1000PF 数字表示法:
三位数字的表示法也称电容量的数码表示法。
三位数字的前两位数字为标称容量的有效数宇,第三位数宇表示有效数字后面零的个数,它们的单位都是pF。
如:
102表示标称容量为1000pF。
221表示标称容量为220pF。
224表示标称容量为22x10(4)pF。
在这种表示法中有一个特殊情况,就是当第三位数字用"9"表示时,是用有效数宇乘上10的-1次方来表示容量大小。
如:
229表示标称容量为22x(10-1)pF=2.2pF。
允许误差±1%±2%±5%±10%±15%±20% 如:
一瓷片电容为104J表示容量为0.1μF、误差为±5%。
3使用寿命:
电容器的使用寿命随温度的增加而减小。
主要原因是温度加速化学反应而使介质随时间退化。
4绝缘电阻:
由于温升引起电子活动增加,因此温度升高将使绝缘电阻降低。
电容器包括固定电容器和可变电容器两大类,其中固定电容器又可根据所使用的介质材料分为云母电容器、陶瓷电容器、纸/塑料薄膜电容器、电解电容器和玻璃釉电容器等;可变电容器也可以是玻璃、空气或陶瓷介质结构。
以下附表列出了常见电容器的字母符号。
1.按照结构分三大类:
固定电容器、可变电容器和微调电容器。
2.按电解质分类有:
有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器和空气介质电容器等。
3.按用途分有:
高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合、小型电容器。
4.频旁路:
陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、涤纶电容器、玻璃釉电容器。
5.低频旁路:
纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器。
6.滤波:
铝电解电容器、纸介电容器、复合纸介电容器、液体钽电容器。
7.调谐:
陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、聚苯乙烯电容器。
8.高频耦合:
陶瓷电容器、云母电容器、聚苯乙烯电容器。
9.低耦合:
纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器、固体钽电容器。
10.小型电容:
金属化纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、聚苯乙烯电容器、固体钽电容器、玻璃釉电容器、金属化涤纶电容器、聚丙烯电容器、云母电容器。
a电容分类 a.电解电容 b.固态电容 c.陶瓷电容 d.钽电解电容 e.云母电容 f.玻璃釉电容 g.聚苯乙烯电容 h.玻璃膜电容 i.合金电解电容 j.绦纶电容 k.聚丙烯电容 l.泥电解 m有极性有机薄膜电容 n.铝电解电容 5.电容的基本特性:
通交流,隔直流:
通高频,阻低频。
电容符号
下面是各种电容的原理图符号:
①基本电容符号,如陶瓷电容电解电容云母电容薄膜电容 ②-⑥有极性电容,电解电容符号,弯片为负极,空心为正极 ⑦可调电容符号⑧微调电容符号
电容符号
[1]编辑本段一般的选用
低频中使用的范围较宽,如可以使用高频特性比较差的;但是在高频电路中就有了很大的限制了,一旦选择不当会影响电路的整体工作状态; 一般的电源里用的有电解电容、和瓷片电容、但是在高频中就要使用云母等价格较贵的电容,就不可以使用绦纶的电容,和电解的电容,因为它们在高频情况下会形成电感,以致影响电路的工作精度。
1,滤波作用,在电源电路中,整流电路将交流变成脉动的直流,而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容,利用其充放电特性,使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。
在实际中,为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化,所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容.由于大容量的电解电容一般具有一定的电感,对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除,故在其两端并联了一只容量为0.001--0.lpF的电容,以滤除高频及脉冲干扰.
2,耦合作用:
在低频信号的传递与放大过程中,为防止前后两级电路的静态工作点相互影响,常采用电容藕合.为了防止信号中韵低频分量损失过大,一般总采用容量较大的电解电容。
两种电容的材质是不同的。
陶瓷电容无极性,电解电容有极性。
陶瓷电容的容量一般较小,电解电容的容值可以做得很大。
另外两者的用途也有差别,陶资电容一般用于信号源滤波,而电解电容一般用于电源部分。
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