穿心电容的使用.doc

随着电子设备工作频率的迅速提高，电磁干扰的频率也越来越高，干扰频率通常会达到数百MHz，甚至GHz以上。对这样高频的电磁噪声必须使用穿心电容才能有效地滤除。普通电容之所以不能有效地滤除高频噪声，是因为两个原因，一个原因是电容引线电感造成电容谐振，对高频信号呈现较大的阻抗，削弱了对高频信号的旁路作用；另一个原因是导线之间的寄生电容使高频信号发生耦合，降低了滤波效果，穿心电容的使用 2009-08-29 在实际工程中，要滤除的电磁噪声频率往往高达数百MHz，甚至超过1GHz。对这样高频的电磁噪声必须使用穿心电容才能有效地滤除。普通电容之所以不能有效地滤除高频噪声，是因为两个原因，一个原因是电容引线电感造成电容谐振，对高频信号呈现较大的阻抗，削弱了对高频信号的旁路作用；另一个原因是导线之间的寄生电容使高频信号发生耦合，降低了滤波效果，穿心电容之所以能有效地滤除高频噪声，是因为穿心电容不仅没有引线电感造成电容谐振频率过低的问题，而且穿心电容可以直接安装在金属面板上，利用金属面板起到高频隔离的作用。但是在使用穿心电容时，要注意的问题是安装问题。穿心电容最大的弱点是怕高温和温度冲击，这在将穿心电容往金属面板上焊接时造成很大困难。许多电容在焊接过程中发生损坏。特别是当需要将大量的穿心电容安装在面板上时，只要有一个损坏，就很难修复，因为在将损坏的电容拆下时，会造成邻近其它电容的损坏。随着电子设备复杂程度的提高，设备内部强弱电混合安装、数字逻辑电路混合安装的情况越来越多，电路模块之间的相互骚扰成为严重的问题。解决这种电路模块相互骚扰的方法之一是用金属隔离舱将不同性质的电路隔离开。但是所有穿过隔离舱的导线要通过穿心电容，否则会造成隔离失效。当不同电路模块之间有大量的联线时，在隔离舱上安装大量的穿心电容是十分困难的事情。为了解决这个问题，国外许多厂商开发了“滤波阵列板”，这是用特殊工艺事先将穿心电容焊接在一块金属板构成的器件，使用滤波阵列板能够轻而易举地解决大量导线穿过金属面板的问题。但是这种滤波阵列板的价格往往较高，每针的价格约30元。1999年，北京天亦通公司开发成功了TLZ 1系列滤波阵列板（专利申请中）。这种滤波阵列板的滤波性能接近国外产品，但价格仅为国外产品的1/10以下。TLZ 1系列滤波阵列板的密度是标准2.54mm，可以直接与扁平电缆插座配合，便于安装，可广泛用于电子设备的滤波隔离（图6）。图7 滤波阵列板用于电路隔离在电子设备的PCB板电路中会大量使用感性元件和EMI滤波器元件。这些元件包括片式电感和片式磁珠，以下就这两种器件的特点进行描述并分析他们的普通应用场合以及特殊应用场合。 表面贴装元件的好处在于小的封装尺寸和能够满足实际空间的要求。除了阻抗值，载流能力以及其他类似物理特性不同外，通孔接插件和表面贴装器件的其他性能特点基本相同。 片式电感在需要使用片式电感的场合，要求电感实现以下两个基本功能：电路谐振和扼流电抗。谐振电路包括谐振发生电路，振荡电路，时钟电路，脉冲电路，波形发生电路等等。谐振电路还包括高Q带通滤波器电路。 要使电路产生谐振，必须有电容和电感同时存在于电路中。在电感的两端存在寄生电容，这是由于器件两个电极之间的铁氧体本体相当于电容介质而产生的。在谐振电路中，电感必须具有高Q，窄的电感偏差，稳定的温度系数，才能达到谐振电路窄带，低的频率温度漂移的要求。高Q电路具有尖锐的谐振峰值。窄的电感偏置保证谐振频率偏差尽量小。稳定的温度系数保证谐振频率具有稳定的温度变化特性。 标准的径向引出电感和轴向引出电感以及片式电感的差异仅仅在于封装不一样。电感结构包括介质材料（通常为氧化铝陶瓷材料）上绕制线圈，或者空心线圈以及铁磁性材料上绕制线圈。 在功率应用场合，作为扼流圈使用时，电感的主要参数是直流电阻（DCR）,额定电流，和低Q值。当作为滤波器使用时，希望宽带宽特性，因此，并不需要电感的高 Q特性。低的DCR可以保证最小的电压降，DCR定义为元件在没有交流信号下的直流电阻。 片式磁珠 片式磁珠的功能主要是消除存在于传输线结构（PCB电路）中的RF噪声,RF能量是叠加在直流传输电平上的交流正弦波成分，直流成分是需要的有用信号,而射频RF能量却是无用的电磁干扰沿着线路传输和辐射（EMI）。要消除这些不需要的信号能量，使用片式磁珠扮演高频电阻的角色（衰减器），该器件允许直流信号通过，而滤除交流信号。通常高频信号为30MHz以上，然而，低频信号也会受到片式磁珠的影响。片式磁珠由软磁铁氧体材料组成，构成高体积电阻率的独石结构。涡流损耗同铁氧体材料的电阻率成反比。涡流损耗随信号频率的平方成正比。 使用片式磁珠的好处： 小型化和轻量化 在射频噪声频率范围内具有高阻抗，消除传输线中的电磁干扰。 闭合磁路结构，更好地消除信号的串绕。 极好的磁屏蔽结构。 降低直流电阻，以免对有用信号产生过大的衰减。 显著的高频特性和阻抗特性（更好的消除RF能量）。 在高频放大电路中消除寄生振荡。 有效的工作在几个MHz到几百MHz的频率范围内。穿心式电容穿心式电容，是一种三端电容，因其空心的物理结构而得名。 屏蔽腔体输出或输入的低频信号（包括电源），经过穿心式电容接进来，可以过滤掉一部分带进来的噪声，因此，穿心式电容在很多专用高频、超高频、微波设备中大量使用。 滤波器中采用的穿心式电容一般为陶瓷电容。 编辑本段一、穿心式电容的优点穿心式电容，其电感较普通电容小得多，故而自谐振频率很高；同时，由于其采用穿心式的安装方式，也有效地防止了高频信号从输入端直接耦合到输出端，因此，这种低通高阻的组合，在 1GHz 频率范围内，提供了极好的抑制效果。 穿心电容主要应用于：,馈通滤波器,低通滤波器,EMI滤波器,信号滤波器,滤波电容器,焊接式馈通滤波器,螺纹式馈通滤波器,树脂密封滤波器,玻璃密封高性能滤波器 标称容量Capacitance ： 10pF,65pF,100pF,470pF,500pF,1000pF,1200pF,1500pF,1750pF,2000pF,2500pF,2700pF,3000pF,3300pF,4700pF,5000pF,5500pF,6800pF,7000pF,9000pF,10000pF,0.01F,0.012F,0.015F,0.018F,0.022F,0.025F,0.027F,0.028F,0.045F,0.050F,0.056F,0.075F,0.08F,0.1F,0.15F,0.21F,0.3F,0.75F,0.8F,1F,0.015F,0.060F,0.062F,0.150F,0.200F,0.250F,0.250F,0.300F,0.450F,0.500F,0.7F,0.750F,0.990F,1.0F,1.2F,1.4F,1.5F,2.1F,2.8F,4.0F,5.2F, 其中1000pF=1nF 1000000pF=1F 1000nF=1F 1F=1000nF=1000000pF 1F=1000000F 工作电流Rated Current ： 0.06A,0.15A,0.25A,0.3A,0.45A,0.5A,1A,2A,3A,4A,5A,10A,15A,25A,50A,100A 额定电压Rated Voltage ： 直流：5V,28V,35V,50V,60V,70V,80V,100V,150V,200V,250V,275V,300V,330V,350V,400V,450V,500V,600V,750V,1250V,2500V 交流：70V,85V,90V,115V,125V,140V,200V,220V,230V,240V,330V,350V 耐电压Dielectric Withstanding Voltage ： 直流：额定电压的2.5倍 交流：额定电压的6倍的直流电压 工作温度Working Temperature Range： E：-10-+85 F：-25-+85 G：-30-+125 H：-40-+85 I：-55-+85 J：-55-+125 EMI 滤波器的构成 滤波电容 滤波器所用的电容一般为陶瓷电容。由于其物理结构，这种陶瓷电容又称为穿心式电容。 穿心式电容自电感较普通电容小得多，故而自谐振频率很高。同时，穿心式设计，也有效地防止了高频信号从输入端直接耦合到输出端。这种低通高阻的组合，在 1GHz 频率范围内，提供了极好的抑制效果。 最简单的穿心结构是由内外电极和陶瓷构成的一个（ C 型）或两个电容（ Pi 型）。 这种电容的容量可从 10pF ，工作电压可达 2000VDC 。管式穿心电容因为其同轴性，即使在 10GHz 频率，也不会产生明显的自谐振。 滤波电感 滤波电感一般采用铁氧体材料，它可以方便地与穿心电容组合起来