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标题: 滤波电容、去耦电容、旁路电容的作用 [打印本页]
作者: VIC56    时间: 2022-8-3 09:44
标题: 滤波电容、去耦电容、旁路电容的作用
[size=12.0000pt]滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。
5 ~! S& q1 g* f+ B
去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。
8 F1 \4 K; h8 y; L8 h旁路电容用在有电阻连接时，接在电阻两端使交流信号顺利通过。
! c9 A3 A# G" v( _: {
8 p5 e% n; t+ r1.关于去耦电容蓄能作用的理解: Q; {  z6 f( `# B5 E
; v+ |5 ?( Q% D3 s4 Y3 @
1）去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰，干扰的进入方式是通过电磁辐射。
; S# |# o3 \' F6 c7 ^3 i  v      而实际上，芯片附近的电容还有蓄能的作用，这是第二位的。
; z  p# u( w* d. q# B0 v9 @* R( X
# M5 r5 [: h! A5 L  S5 J9 q
  x1 ]# o, O% o! {$ |0 e     你可以把总电源看作密云水库，我们大楼内的家家户户都需要供水，
! V1 g* n" ~, N6 `4 e     这时候，水不是直接来自于水库，那样距离太远了，
1 D& Y7 _1 w$ I0 p. B     等水过来，我们已经渴的不行了。
! Q4 }+ f, _8 C  ]$ B) j9 ~5 y     实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer的作用。0 h+ A7 R' b, ^5 k# h
- _: i% M5 C5 R3 u
     如果微观来看，高频器件在工作的时候，其电流是不连续的，而且频率很高，3 U" e& E) T# @" X0 j! q9 X2 L
     而器件VCC到总电源有一段距离，即便距离不长，在频率很高的情况下，$ J5 C' e* |- M3 i3 s
     阻抗Z＝i*wL+R，线路的电感影响也会非常大，
# Q& _6 t7 L! y3 j     会导致器件在需要电流的时候，不能被及时供给。+ q' D, [0 h  H0 g# P
     而去耦电容可以弥补此不足。& \/ u1 I4 [6 e9 `7 u7 E
     这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一* K9 j% P, ~. D1 q3 P

) S! |, k, D2 Q   （在vcc引脚上通常并联一个去藕电容，这样交流分量就从这个电容接地。）; N. @0 w, B2 Q) s: n
: ~' x8 P( f5 U. g) I8 ]
2）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  
1 g$ M& q2 a7 L& T! l5 C: h
6 W6 j7 d2 C- _7 k$ N9 @& U     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& p; ~8 Q; i& ]* r6 N. X1 W

3 V. @( J, k' V& k1 l9 N, k$ q2.旁路电容和去耦电容的区别$ ?( D% V! U' e' e8 H1 }. W

" d, k1 q3 D, J- t0 F3 I  }  O     去耦：去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。去耦电容还可以为器件     供局部化的DC电压源，它在减少跨板浪涌电流方面特别有用。 4 f, }* _+ n# l( C% [" P' [
旁路：从元件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。这主要是通过产生AC旁路消除无意的能量进入敏感的部分，另外还可以提供基带滤波功能（带宽受限）。 % \+ ^7 s5 e! J2 m6 u

0 T* e1 O4 I3 o% H3 a7 T( I5 T我们经常可以看到，在电源和地之间连接着去耦电容，它有三个方面的作用：一是作为本集成电路的蓄能电容；二是滤除该器件产生的高频噪声，切断其通过供电回路进行传播的通路；三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。 3 A9 G1 E) u) Y: l% S

& L7 ]- j# M& V7 l( ]* D1 `     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。
滤波电容的选择1 v: S) C/ |  ^( I; `  F- `1 F
- H2 Y( ]1 o6 C) j' v5 e

" n8 w) y( P' v; l    经过整流桥以后的是脉动直流，波动范围很大。后面一般用大小两个电容，大电容用来稳定输出，众所周知电容两端电压不能突变，因此可以使输出平滑，小电容是用来滤除高频干扰的，使输出电压纯净，电容越小，谐振频率越高，可滤除的干扰频率越高6 N/ H5 O( Z0 G; X* d
容量选择：
, t8 G& i9 Q+ ]  N  x) }- |# s（1）大电容,负载越重，吸收电流的能力越强，这个大电容的容量就要越大
8 w6 ^, \0 C# \! W& V（2）小电容，凭经验，一般104即可
/ _! v% ]& T  V$ r' L1、电容对地滤波，需要一个较小的电容并联对地，对高频信号提供了一个对地通路。
# X2 R* `3 Y/ |+ _/ B9 c5 W3 ]  c2、电源滤波中电容对地脚要尽可能靠近地。
2 V: D% y! u/ |; k, O5 d3、理论上说电源滤波用电容越大越好，一般大电容滤低频波,小电容滤高频波。
9 Y# `4 c; l  h* J" I4、可靠的做法是将一大一小两个电容并联,一般要求相差两个数量级以上,以获得更大的滤波频段.
. l( O& F- ?/ u+ y; D% k0 ]: T" o/ n
具体案例: AC220-9V再经过全桥整流后，需加的滤波电容是多大的？ 再经78LM05后需加的电容又是多大？
/ S* v7 _6 w4 s6 H6 G前者电容耐压应大于15V，电容容量应大于2000微发以上。 后者电容耐压应大于9V，容量应大于220微发以上。* e$ z* T2 Y& K8 [. m( v4 q
2.有一电容滤波的单相桥式整流电路，输出电压为24V，电流为500mA，要求：
* u6 Q; ]  v& s- @9 w7 F  ~（1）选择整流二极管； & [7 g, X8 H: F6 r1 I
（2）选择滤波电容； 4 L3 i* S0 Q5 ]0 h
（3）另：电容滤波是降压还是增压？
% ]/ J1 L( H; X, ?7 `4 x（1）因为桥式是全波，所以每个二极管电流只要达到负载电流的一半就行了，所以二极管最大电流要大于250mA；电容滤波式桥式整流的输出电压等于输入交 流电压有效值的1.2倍，所以你的电路输入的交流电压有效值应是20V，而二极管承受的最大反压是这个电压的根号2倍，所以，二极管耐压应大于 28.2V。
" m* m" r/ `7 D1 W5 b6 U（2）选取滤波电容：1、电压大于28.2V；2、求C的大小：公式RC≥（3--5）×0.1秒，本题中R=24V/0.5A=48欧
3 X$ w$ i. j0 g9 c8 c所以可得出C≥（0.00625--0.0104）F，即C的值应大于6250μF。
8 ]' k; b3 Y) F* `# p- I（3）电容滤波是升高电压。
, K. r- c# D# S' y( d4 b: ~9 U+ P& C0 k/ [$ [" t/ P
滤波电容的选用原则, A; s6 U: x- W3 m  k

8 e8 P* M5 h7 W+ z% G* f在电源设计中,滤波电容的选取原则是:      C≥2.5T/R
. Y" m! M4 k  u9 @3 m9 g, o                                     其中: C为滤波电容,单位为UF;" [" |0 |) P$ @5 y
                                                T为频率, 单位为Hz
* [# M! i8 W( D2 D1 ]                                                R为负载电阻,单位为Ω1 H& E/ x" R2 S, k, ?' u
   当然,这只是一般的选用原则,在实际的应用中,如条件(空间和成本)允许,都选取C≥5T/R.+ e! g0 @% e/ }) b& N7 z
6 z4 A! B  u: W% `! B
$ g. `) y. [$ Y
3.滤波电容的大小的选取
4 A; T* t- S# z6 j- D                                        PCB制版电容选择
( X' D9 ?% L: P& N3 `印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时．操作它们时均会产生较大火花放电，必须采0 i8 A( G, e4 }  ]: [
用RC吸收电路来吸收放电电流。一般R取1~2kΩ，C取2.2~4.7μF4 s* L  c: ~% n9 u: [  w8 d4 c3 m
      一般的10PF左右的电容用来滤除高频的干扰信号,0.1UF左右的用来滤除低频的纹波干扰,还
9 u! |' Z# S- E. G! _8 c4 [2 A" w3 H可以起到稳压的作用。  滤波电容具体选择什么容值要取决于你PCB上主要的工作频率和可
5 [9 c8 Q0 w) T能对系统造成影响的谐波频率，可以查一下相关厂商的电容资料或者参考厂商提供的资料库* t! d  U9 w$ @. M
软件，根据具体的需要选择。至于个数就不一定了，看你的具体需要了，多加一两个也挺好0 h; s+ w  y( r" C! f
的，暂时没用的可以先不贴，根据实际的调试情况再选择容值。如果你PCB上主要工作频率
9 d' P, p) |$ Y; E; i比较低的话，加两个电容就可以了，一个虑除纹波，一个虑除高频信号。如果会出现比较大$ h9 a# v2 ]& U0 D6 M
的瞬时电流，建议再加一个比较大的钽电容。
+ V5 }0 y( P4 Y7 S8 A% k9 B      其实滤波应该也包含两个方面，也就是各位所说的大容值和小容值的，就是去耦和旁路。
  \. M8 ?% {; ^3 r8 }$ A3 M原理我就不说了，实用点的，一般数字电路去耦0.1uF即可，用于10M以下；20M以上用1到
: o7 N& S6 t4 r8 Q10个uF，去除高频噪声好些，大概按C=1/f 。旁路一般就比较的小了，一般根据谐振频率
3 m( U, g1 z! r9 T, ]一般为0.1或0.01uF
- k3 L& {2 `1 ]# f      说到电容，各种各样的叫法就会让人头晕目眩，旁路电容，去耦电容，滤波电容等等，其- d& N2 f. u% h, F: l
实无论如何称呼，它的原理都是一样的，即利用对交流信号呈现低阻抗的特性，这一点可
" o. C6 Q" t5 i' C. x. i以通过电容的等效阻抗公式看出来：Xcap=1/2лfC，工作频率越高，电容值越大则电容的) _1 ^* R; `1 n' |
阻抗越小.。在电路中，如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路，就称为旁
4 A! w8 o9 a8 |6 K& T路电容；如果主要是为了增加电源和地的交流耦合，减少交流信号对电源的影响，就可以
0 b. L3 L" t' O( X8 V" M! y称为去耦电容；如果用于滤波电路中，那么又可以称为滤波电容；除此以外，对于直流电
# x& C' R9 P7 ^* _  B+ I! n- Q压，电容器还可作为电路储能，利用冲放电起到电池的作用。而实际情况中，往往电容的
, o' \. k/ s$ E. L% t/ G作用是多方面的，我们大可不必花太多的心思考虑如何定义。本文里，我们统一把这些应& e' N2 v  l) c
用于高速PCB设计中的电容都称为旁路电容.
9 _; R; n/ c3 \# c5 I( i0 a电容的本质是通交流，隔直流，理论上说电源滤波用电容越大越好。3 ~- g1 h9 C; r9 b+ L* W
但由于引线和PCB布线原因，实际上电容是电感和电容的并联电路，; b( a  n) \+ `/ \1 T) k
（还有电容本身的电阻，有时也不可忽略）
. Y% E' b7 B$ t) a2 |2 I这就引入了谐振频率的概念：ω=1/(LC)1/2% h& O0 k) |/ i2 }: l
在谐振频率以下电容呈容性，谐振频率以上电容呈感性。
# ], b5 s0 z" H- ^5 [2 A! E因而一般大电容滤低频波，小电容滤高频波。+ G- l. \3 o9 `% M3 i8 g& R# h
这也能解释为什么同样容值的STM封装的电容滤波频率比DIP封装更高。$ c' ~& N7 q* n7 J
至于到底用多大的电容，这是一个参考
6 v4 c% i8 J5 a  ^6 ?$ G             电容谐振频率9 Z1 P) J: Z/ V0 T+ K
电容值       DIP (MHz)      STM (MHz)6 M3 q  v! H  f! v3 ~2 u) B* o( t
1.0μF                2.5                     5
3 x  j2 ^7 ^: r/ c; R0.1μF                 8                     16. w1 s9 d: n* Q  u  Q
0.01μF              25                     50
& F6 g* g* }3 O& {1000pF             80                    160
8 ~# w+ x+ L- |3 U' t6 a6 N4 f100 pF              250                   5002 C7 x6 J9 Y4 u& O+ m
10 pF                800                1.6(GHz)' u" A9 Y( m) }2 v/ t! }
不过仅仅是参考而已，用老工程师的话说——主要靠经验。" d8 `% W5 v# P1 D$ @8 K
更可靠的做法是将一大一小两个电容并联，
8 a: B6 u* @- m0 J一般要求相差两个数量级以上，以获得更大的滤波频段。
2 Z$ q, f8 C. C一般来讲，大电容滤除低频波，小电容滤除高频波。电容值和你要滤除频率的平方成反比1 P% F1 ]9 ^$ [: u0 h$ n
。
" d0 U7 A8 Q3 S. o8 }2 w/ j# G7 o具体电容的选择可以用公式C=4Pi*Pi /(R * f * f )
7 ]: I+ q9 w5 g6 V( E电源滤波电容如何选取，掌握其精髓与方法，其实也不难。
% w- K8 E( v9 g$ {) A. ~% G1）理论上理想的电容其阻抗随频率的增加而减少(1/jwc),但由于电容两端引脚的电感效应
- w& ~; A% B$ q: a$ V& w,这时电容应该看成是一个LC串连谐振电路,自谐振频率即器件的FSR参数,这表示频率大于8 p  }4 N, d% q3 U
FSR值时,电容变成了一个电感,如果电容对地滤波,当频率超出FSR后,对干扰的抑制就大打
5 m8 x& X* p# ]/ _0 X& F折扣,所以需要一个较小的电容并联对地,可以想想为什么?2 u& ^: _8 @$ I) V5 {
原因在于小电容,SFR值大,对高频信号提供了一个对地通路,所以在电源滤波电路中我们常
% M8 x7 A1 e2 u# T  f& U常这样理解:大电容虑低频,小电容虑高频,根本的原因在于SFR(自谐振频率)值不同,当然也
" x6 b& E- y# V6 f, _% ?+ \可以想想为什么?如果从这个角度想,也就可以理解为什么电源滤波中电容对地脚为什么要
' j6 U) @5 o6 K) q) c, ^$ E5 h尽可能靠近地了.5 W& J, W" Z. D
2)那么在实际的设计中,我们常常会有疑问,我怎么知道电容的SFR是多少?就算我知道SFR值
! y8 o/ |3 K7 k- z' I! l/ Y1 h& W,我如何选取不同SFR值的电容值呢?是选取一个电容还是两个电容?) n& d- a$ A; `! c9 }& V$ M
电容的SFR值和电容值有关,和电容的引脚电感有关,所以相同容值的0402,0603,或直插式电8 P# }1 D; Q8 S# e( z( ~
容的SFR值也不会相同,当然获取SFR值的途径有两个,1)器件Data sheet,如22pf0402电容的* |" T1 v0 X: x2 z
SFR值在2G左右, 2)通过网络分析仪直接量测其自谐振频率,想想如何量测?S21?' M/ l) B% Q/ ?1 O
知道了电容的SFR值后,用软件仿真,如RFsim99,选一个或两个电路在于你所供电电路的工作. A4 T+ T& b( d6 ^( A% e
频带是否有足够的噪声抑制比.仿真完后,那就是实际电路试验,如调试手机接收灵敏度时,
' K8 x4 d1 r1 yLNA的电源滤波是关键,好的电源滤波往往可以改善几个dB.

- Z% t9 ^+ a% b9 ^' q3 n1 l& b
作者: jack_are    时间: 2022-8-3 10:25
看一看，学习学习。增长知识了
作者: Terran    时间: 2022-8-3 13:22
认真学习技术上的知识。
作者: richyou    时间: 2022-8-3 14:51
:victory:
作者: VIC56    时间: 2022-8-3 14:54
多多分享实际的例子、有实际用处的



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