为什么大电容旁并接一个小数值电容ToremoveRFcurrent.docx
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为什么大电容旁并接一个小数值电容
ToremoveRFcurrentgeneratedbycomponentsswitchingallsignalpinssimutaneously,itiscommonpraticetoplacetwocapacitorsinparallelimmedaitelyadjacenttoeachpowerpin.Capacitancevaluesmustdifferbytwoordersofmagnitude.
按通俗的说法是,大电容用于滤除低频杂波,小电容用于滤除高频杂波。
也可以用电容的频率特性进行分析:
电容有一个自谐振频率f0:
f
设大电容C1的自谐振频率是f1,小电容C2的自谐振频率是f2(很明显f1 大电容一般是电解电容,电解电容的构造是两层片状电极,中间隔离电解介质,卷制成形,又比较大的电感,高频特性很差。 难以将信号中的高频分量滤处。 小电容一般是独石电容,片状电容,高频性能优越,弥补之。 大容量铝电解电容本身的电感量不可忽视(这是因为它是由铝箔一层层卷绕而成的),因此在高频时感抗较大,对高频干扰的滤波效果较差,通常的做法是用一个大容量的铝电解电容和一个小容量的电容(一般取0.1uF)并联即可取得较好的滤波效果,也可改用钽电解电容或铌电解电容,这两种电解电容对高频纹波的滤除效果远好于铝电解电容,不必并联小电容,用钽或铌电容的效果相当于10倍容量的铝电容。 如果是理想电容,当然是电容越大交流阻抗越小,滤波效果越好但是由于工艺原因,电容都不是理想的,而是存在一个等效电感L,所以存在一个响应频率f=1/(LC)^0.5使得滤波电容类似带通滤波: 在f频点附近滤波效果比较好,而小于和大于这个频点的位置则阻抗增大,效果减弱。 大电容如电解电容和钽电容L都比较大,f比较小,再高的频率滤波效果就不够好了小电容如独石或陶瓷电容L比较小,f大,可以滤除高频所以要用大电容和小电容组成的电容对来分别滤波高频和低频。 1)“独石”电容是一种低频场合应用的多层瓷介电容(MLC),电极是银(银钯)。 在低频线路中大量应用,包括振荡、非精确的延时、去耦和滤波等,容量一般在1u以下。 不过最新出来一种镍做电极的大容量独石,可达到几十uF以上,做滤波的时候可以不再用电解并联,一个就有很好的效果。 2)薄膜电容。 一般说的CBB就是其中一种,聚丙烯薄膜为介质,损耗、温度系数、稳定性等都很优良,所以在要求较高的场合多有应用,HI-FI中放几只,号称可以使声音变靓,不过偶试过了,大概耳朵的缘故,没听出变化来: (。 CBB的样子是长方块,棕、深绿色等,同样的容量,体积比独石大不少。 还有一种聚酯薄膜的CL类型,损耗略大于CBB,不过总的来说已经很好了,而且可以做到很大的容量。 这种电容在电力电子装置中常作为滤波、隔直等,使用也较频繁。 不过购买时经常 被称之为CBB,实际不是同一种东西(个头较大比如22*6*15)。 涤纶薄膜介电常数较高,体积小,容量大,稳定性较好,适宜做旁路电容。 3)高压瓷片电容 绝缘强度好,有耐受35kV高压的品种。 一般常用的2kV,3kV,容量比如10nF,22nF,33nF等,常做抗共模干扰滤波用,用于旁路高频噪声到大地。 4)高频瓷介电容 高频振荡等场合。 常见的多是棕黄色小圆片,容量很小,从几个皮法到几百皮法不等。 高频损耗小。 单片机晶振的补偿电容就可以选用这类。 5)电解 铝电解用的太多不说了。 钽电解有液体钽和固体钽的区别。 比铝电解在ESR(等效串联电阻)、漏电流、稳定性、寿命等方面优良。 固体钽还有自愈特性。 在要求较高的场合与独石或薄膜电容配合滤波效果很好。 电解电容在存在大的脉动电流的情况下会严重发热,寿命大为缩短,有时甚至漏液、燃烧,所以一定要采取措施限制每个电容的脉动电流。 多个并联在一定程度能减轻发热。 还有一种所谓的“超级大电容”,学名是“双电层电容”,容量巨大无比,可以轻松获得法拉级的容量。 样子大概是扁扁的圆柱状,直径比如有一角的硬币那么大或更大。 做单片机的后备“电池”很合适。 其他还有纸介、云母等多种。 一个百思不得其解的问题 在电路里面不是讲过两个电容C1、C2并联的等效电路是一个容量为(C1+C2)的电容吗? 但是在很多功放和电源电路里面在+Vcc和地之间都并联接一只约47uF(C1)的低频退耦电容和一只约220pF(C2)的高频退耦电容。 如果我拿一只C3=C1+C2=47u+220p=47.00022uF的电容来代替的话,就当然没有了高频退耦的功能了。 那么C1和C2的并联就不能拿C3=C1+C2来等效了,那我们学的物理或电路的电容并联等效公式不就错误了吗? 即便是理想的电容器,电容(C1+C2)和两个电容C1、C2也是不可以等效的。 这个问题在以前一个开关电源的问题中提出过,我也回答过,不过这个问题好像确实有必要深入说一下。 电容的等效模型是什么呢? 最复杂的模型应该是理想电容串联一个等效电阻,再并联一个等效电阻,再串联一个等效电感。 由此产生的问题是,什么是理想电容。 用一个英文术语可能更好的说明它,chargebank,电流的产生本质是电荷的流动,而电荷从那里来,来自于电容。 一个电源能够迅速输出电流,迅速的发出电荷,这些电荷首先来自于电容,由于电容上的电荷减少,电压会下降,电源会迅速补充电荷。 提到电流,I=d(q)/d(t),电流是与时间相关的,能量的传递是不可以瞬间发生的,总是需要时间,电容发出电荷的能力可以用时间常数来描述,时间常数=R*C,即便是一个理想的电容,它一旦由某个输出电路驱动,输出电路总是会有输出阻抗,这时输出阻抗与电容的乘积就是时间常数,也就是限制了系统的带宽。 电容(C1+C2)的时间常数只有一个,R*(C1+C2),电容C1、C2的时间常数有3个,R*C1、R*C2、R*(C1+C2),假设它们的顺序是从小到大,一个窄脉冲通过电容(C1+C2),如果窄脉冲的带宽大于R*(C1+C2),那么这个系统无法对窄脉冲做出反应,就将通过这个系统,也就是说这个大电容无法对它进行滤波,如果是通过电容C1、C2,假设C1比较小,R*C1带宽可以大于窄脉冲的带宽,系统将对窄脉冲作出反应,窄脉冲将通过电容C1回落滤波。 注: 时间常数R*C1的带宽是: pi/(2*R*C1) 如果电容不是理想模型呢? 那么电容的阻抗将呈现频率特性,这时必须考虑电容的电感特性,陶瓷电容的高频特性比较好,或者说陶瓷电容在高频段更接近于一个理想电容,而钽电容则低频特性比较好,二者组合在一起,就可以再低频段和高频段都有很好的特性。 铝电解电容一般是用来做chargebank的,作电荷源。 这个问题最本质的东西其实是电路中一个最重要的概念: 带宽或时间常数。 在芯片电源端布置的电容多是为了防止芯片高速工作时所引起的电源波动(如芯片信号线瞬间切换),所以这些电容如果只是布在芯片附近的话效果就不大。 最好是将电源和地引脚先连到电容上,然后再接到电源和地层。 这样作的目的是因为电容不是理想的电容,他的等效模型是 -----/\/\/\/\----|_____|-----||------ ESLESRC N个并联的话,ESL减小为原来的1/N,ESR减小为原来的1/N,C为原来的N倍,谐振频率不变。 它存在等效电感ESL和等效电阻ESR,尤其是ESL对高频设计是极为不利的一般来说,体积小的电容的ESL要比体积大的电容的ESL小很多在加上并联的话,在增加电容量的同时会降低等效的ESL,和ESR,这对电源性能的稳定有很大的帮助,所以一般采用多个电容构成一组的方式滤波当然也有别的因素,比如谐振点的问题。 并联增加电容的同时不可能降低等效串联电感在利用电容退偶的时候,我们需要考虑的是两个问题1。 谐振点,这是最重要的,退偶电容的作用就是在谐振点附近提供一个低阻抗回路。 2。 △U=△Q/C=△i*t/C,这个描述的是这个低阻抗回路在负载变化时所能提供的电荷量,或在单位时间内的电流,当然实际的电流不是这么简单的关系 无极性和有极性电容的区别 无极性与有极性电容一般是针对电解电容而言,象独石、聚丙烯(CBB)、油浸纸介之类非电解电容都没有什么极性之说,随便接。 普通电解电容是有正负极性的,只能用于直流偏置场合,如直流电源滤波、音频OTL放大器、交流小信号耦合等等,不能工作在反向直流偏置下(象铝电解接反了很容易内部产生大量气体而炸掉)。 两个普通电解电容背对背串联,就构成了无极性电解电容,不存在以上缺点,常用于音箱分频器。 电源和地之间(有固定直流电位差)当然可以用无极性电容了,不过似乎有点奢侈,普通电解就可以的,比无极性电解便宜呀。 NPO型的电容 多层陶瓷电容器(亦称独石电容器)按其电介质可分为二类,而容量温度稳定性是区分电介质种类的一个重要依据。 NPO(CG): I类电介质,电气特性最稳定,基本上不随温度、电压、时间的改变而改变;属超稳定型,低损耗电容材料类型,适用于对稳定性、可靠性要求较高的高频、特高频、甚高频的场合。 X7R(2X1): II类电介质,电气性能较稳定,随温度、电压,时间的改变,其特性变化并不显著;属稳定型电容材料类型,适用于隔直、耦合、旁路、滤波电路及可靠性要求较高的中、低类场合。 (Y5V(2F4).Z5U(2E6): II类电介质,具有教高的介电常数,常用于生产比容大,标称容量较高的大容量电容器;属低类通用型电容材料类型,由于成本较低,广泛用于对容量、损耗要求不高的场合。 我的问题石买的时候怎么知道是不是npo的独石电容啊? 问卖的人? 他们一般只是根据型号来卖啊 电容器在各种电子设备中,调谐、耦合、滤波、去耦、隔断直流电、旁路交流电等,都需要用到电容器。 电容器通常叫做电容。 电容的种类很多,按结构形式来分,有固定电容、半可变电容、可变电容。 在电路中,电容的符号如图5所示。 图5 1.常用电容的结构和特点。 常用电容按介质区分有纸介电容、油浸纸介电容、金属化纸介电容、云母电容、薄膜电容、陶瓷电容、电解电容等。 表7是几种常用电容的结构和特点。 表7几种常用电容的结构和特点 电容种类 电容结构和特点 纸介电容 用两片金属箔做电极,夹在极薄的电容纸中,卷成圆柱形或者扁柱形芯子,然后密封在金属壳或者绝缘材料(如火漆、陶瓷、玻璃釉等)壳中制成。 它的特点是体积较小,容量可以做得较大。 但是有固有电感和损耗都比较大,用于低频比较合适。 云母电容 用金属箔或者在云母片上喷涂银层做电极板,极板和云母一层一层叠合后,再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。 它的特点是介质损耗小,绝缘电阻大、温度系数小,适宜用于高频电路。 陶瓷电容 用陶瓷做介质,在陶瓷基体两面喷涂银层,然后烧成银质薄膜做极板制成。 它的特点是体积小,耐热性好、损耗小、绝缘电阻高,但容量小,适宜用于高频电路。 铁电陶瓷电容容量较大,但是损耗和温度系数较大,适宜用于低频电路。 薄膜电容 结构和纸介电容相同,介质是涤纶或者聚苯乙烯。 涤纶薄膜电容,介电常数较高,体积小,容量大,稳定性较好,适宜做旁路电容。 聚苯乙烯薄膜电容,介质损耗小,绝缘电阻高,但是温度系数大,可用于高频电路。 金属化纸介电容 结构和纸介电容基本相同。 它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代替金属箔,体积小,容量较大,一般用在低频电路中。 油浸纸介电容 它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里,能增强它的耐压。 它的特点是电容量大、耐压高,但是体积较大。 铝电解电容 它是由铝圆筒做负极,里面装有液体电解质,插入一片弯曲的铝带做正极制成。 还需要经过直流电压处理,使正极片上形成一层氧化膜做介质。 它的特点是容量大,但是漏电大,稳定性差,有正负极性,适宜用于电源滤波或者低频电路中。 使用的时候,正负极不要接反。 钽、铌电解电容 它用金属钽或者铌做正极,用稀硫酸等配液做负极,用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。 它的特点是体积小、容量大、性能稳定、寿命长、绝缘电阻大、温度特性好。 用在要求较高的设备中。 半可变电容 也叫做微调电容。 它是由两片或者两组小型金属弹片,中间夹着介质制成。 调节的时候改变两片之间的距离或者面积。 它的介质有空气、陶瓷、云母、薄膜等。 可变电容 它由一组定片和一组动片组成,它的容量随着动片的转动可以连续改变。 把两组可变电容装在一起同轴转动,叫做双连。 可变电容的介质有空气和聚苯乙烯两种。 空气介质可变电容体积大,损耗小,多用在电子管收音机中。 聚苯乙烯介质可变电容做成密封式的,体积小,多用在晶体管收音机中。 2. 标称容量和允许误差。 电容器上标有的电容数是电容器的标称容量。 电容器的标称容量和它的实际容量会有误差。 常用固定电容允许误差的等级见表8。 常用固定电容的标称容量系列见表9。 表8常用固定电容允许误差的等级 允许误差 ±2% ±5% ±10% ±20% (+20%-30%) (+50%-20%) (+100%-10%) 级别 02 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 表9常用固定电容的标称容量系列 电容类别 允许误差 容量范围 标称容量系列 纸介电容、金属化纸介电容、纸膜复合介质电容、低频(有极性)有机薄膜介质电容 ±5% ±10% ±20% 100pF~1uF 1.01.52.23.34.76.8 1uF~100uF 1246810152030 506080100 高频(无极性)有机薄膜介质电容、瓷介电容、玻璃釉电容、云母电容 ±5% 1.11.21.31.51.61.82.0 2.42.73.03.33.63.94.3 4.75.15.66.26.87.58.29.1 ±10% 1.01.21.51.82.22.7 3.33.94.75.66.88.2 ±20% 1.01.52.23.34.76.8 铝、钽、铌、钛电解电容 ±10% ±20% +50/-20% +100/-10% 1.01.52.23.34.76.8 (容量单位uF) 3. 电容的耐压。 电容长期可靠地工作,它能承受的最大直流电压,就是电容的耐压,也叫做电容的直流工作电压。 如果在交流电路中,要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值。 表10是常用固定电容直流工作电压系列。 有*的数值,只限电解电容用。 表10常用固定电容的直流电压系列 1.6 4 6.3 10 16 25 32* 40 50 63 100 125* 160 250 300* 400 450* 500 630 1000 表11电容的类别和符号 顺序 类别 名称 简称 称号 第一个字母 主称 电容器 容 C 第二个字母 介质材料 纸介 电解 云母 高频瓷介 低频瓷介 金属化纸介 聚苯乙烯等有机薄膜 涤纶等有机薄膜 纸 电 云 瓷 Z D Y C T J B L 第三个字母以后 形状 筒形 管状 立式矩形 圆片形 筒 管 立 圆 T G L Y 结构 密封 密 M 大小 小型 小 X 4.电容的绝缘电阻。 由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体,它的电阻不是无限大,而是一个有限的数值,一般在1000兆欧以上。 电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻,或者叫做漏电电阻。 漏电电阻越小,漏电越严重。 电容漏电会引起能量损耗,这种损耗不仅影响电容的寿命,而且会影响电路的工作。 因此,漏电电阻越大越好。 5. 电容的类别和符号。 电容的种类也很多,为了区别开来,也常用几个拉丁字母来表示电容的类别,如图6所示。 第一个字母C表示电容,第二个字母表示介质材料,第三个字母以后表示形状、结构等。 上图是小型纸介电容,下图是立式矩开密封纸介电容。 表11列出电容的类别和符号。 表12是常用电容的几项特性。 图6 表12常用电容的几项特性 电容种类 容量范围 直流工作电压 (V) 运用频率 (MHz) 准确度 漏电电阻 (MΩ) 中小型纸介电容 470pF~0.22uF 63~630 8以下 Ⅰ~Ⅲ >5000 金属壳密封纸介电容 0.01uF~10uF 250~1600 直流, 脉动直流 Ⅰ~Ⅲ >1000~5000 中、小型金属化纸介电容 0.01uF~0.22uF 160、250、400 8以下 Ⅰ~Ⅲ >2000 金属壳密封金属化纸介电容 0.22uF~30uF 160~1600 直流, 脉动电流 Ⅰ~Ⅲ >30~5000 薄膜电容 3pF~0.1uF 63~500 高频、低频 Ⅰ~Ⅲ >10000 云母电容 10pF~0.51uF 100~7000 75~250以下 02~Ⅲ >10000 瓷介电容 1pF~0.1uF 63~630 低频、高频 50~3000以下 02~Ⅲ >10000 铝电解电容 1uF~10000uF 4~500 直流, 脉动直流 ⅣⅤ 钽、铌电解电容 0.47uF~1000uF 6.3~160 直流, 脉动直流 ⅢⅣ 瓷介微调电容 2/7pF~7/25pF 250~500 高频 >1000~10000 可变电容 最小>7pF 最大<1100pF 100以上 低频,高频 >500 6.在电路图中电容单位的标注规则。 通常在容量小于10000pF的时候,用pF做单位,大于10000pF的时候,用uF做单位。 为了简便起见,大于100pF而小于1uF的电容常常不注单位。 没有小数点的,它的单位是pF,有小数点的,它的单位是uF。 例如,3300就是3300pF,0.1就是0.1uF等。 7. 电容使用常识。 电容在电路中实际要承受的电压不能超过它的耐压值。 在滤波电路中,电容的耐压值不要小于交流有效值的1.42倍。 使用电解电容的时候,还要注意正负极不要接反。 不同电路应该选用不同种类的电容。 揩振回路可以选用云母、高频陶瓷电容,隔直流可以选用纸介、涤纶、云母、电解、陶瓷等电容,滤波可以选用电解电容,旁路可以选用涤纶、纸介、陶瓷、电解等电容。 电容在装入电路前要检查它有没有短路、断路和漏电等现象,并且核对它的电容值。 安装的时候,要使电容的类别、容量、耐压等符号容易看到,以便核实。 电容的基础知识 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、电容的符号 电容的符号同样分为国内标表示法和国际电子符号表示法,但电容符号在国 内和国际表示都差不多,唯一的区别就是在有极性电容上,国内的是一个空筐下 面一根横线,而国际的就是普通电容加一个“+”符号代表正极。 三、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(),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 五、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。 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。 六、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。 下表是各种电容的优缺点: 各种电容的优缺点: 极性名称制作优点缺点 无无感CBB电容2层聚丙乙烯塑料和无感,高频特性不适合做大容量, 2层金属箔交替夹杂好,体积较小价格比较高 然后捆绑而成。 耐热性能较差。 无CBB电容2层聚乙烯塑料和有感,其他同上? 2层金属箔交替夹杂 然后捆绑而成。 无瓷片电容薄瓷片两面渡金属膜体积小,耐压高,易碎! 容量低 银而成。 价格低,频率高 (有一种是高频电容) 无云母电容云母片上镀两层金属容易生产,技术体积大,容量小, 薄膜含量低温度稳定(几乎没有用了) 性好 无独石电容体积比CBB更小, 其他同CBB,有感 有电解电容两片铝带和两层绝缘容量大。 高频特性不好。 膜相互层叠,转捆后 浸泡在电解液(含酸 性的合成溶液)中。 有钽电容用金属钽作为正极,稳定性好,容量大,造价高。 (一般 在电解质外喷上金属高频特性好。 用于关键地方) 作为负极。 七、电容的标称及识别方法 由于电容体积要比电阻大,所以一般都使用直接标称法。 如果是10n,那么就是10nF,同样100p就是100pF。 如果是4n7就是4.7nF 不标单位的直接表示法: 用1~4位数字表示,即指数标识,容量单位为pF, 如独石和一些瓷片电容,一般就用指数形式,471就代表47×10^1pF=470pF。 瓷片电容也有直接标识容量的,单位就是pF。 钽电容,一般直接标识数值,常见单位是uF。 (电容数字标识部分由pongo网友补充,在此表示感谢! ) 色码表示法: 沿电容引线方向,用不同的颜色表示不同的数字,第一,二种 环表示电容量,第三种颜色表示有效数字后零的个数(单位为pF) 颜色意义: 黑=0、棕=1、红=2、橙=3、黄=4、绿=5、蓝=6、紫=7、灰=8、白 =9。 电容的识别: 看它上面的标称,一般有标出容量和正负极,比如钽电容上, 有白线的一端就是正极,另外像电解电容,就用引脚长短来区别正负极长脚为正
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