电子电路中电容的作用

1、电容分类，作用，原理一、电容的分类和作用电容 （ Electric capacity ），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nF （微法）、pF （皮法），另外还有 一个用的比较少的单位，那就是

2、：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nF、nF、pF的单位，而不是F的单位。他们之间的具体换算如下：1F=1000000仙 F1 仙 F=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

3、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

4、、 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

5、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。

6、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

7、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

8、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0.1小巳 这个电容的分布电感的典型值是 5仙乩0.1 nF的去耦电容有5 H 的分布电感，它的并行共振频率大约在 7MH加右，也就是说，对于10MHz以下 的噪声有较好的去耦效果，对 40MHzW上的噪声几乎不

9、起作用。1F、10nF的 电容，并行共振频率在20MH拟上，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10仙F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。要使用锂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10MH派 0.1 nF, 100MH故 0.01 仙 F。一般来说，容量为uF级的电容，像电解电容或锂电容，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

10、去；容量为 0.0010.1uf 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

11、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1

12、0u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 。信号输入信号输出去耦电容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 40450VDC电容值在220150 000uF之间的 铝电解电容器（如EPCO公司的B43504或B43505）

13、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一 一电路中的电位关系）；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（也叫等效用联电感，英文简称ESD。 电感对高频信号的阻抗是很大

14、，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

15、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:11TTT« * « » « «»» * a« 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:千C?<Value>1表示无极性电容。在电容的命名中，通常使用NP （no po1 e）表示无极性，POL>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

16、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

17、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 铁心或铁注氧磁心。为防止通过较大直流电流弓I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。囹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电容滤波电路滤波原理滤波电容容量大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容 滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。当u2为正半周并且数值大于电容两端电压 uC时，二极管D1和D3管导通，D2和D4管截止, 电流一路流

18、经负载电阻RL另一路对电容C充电。当uC>u2导致D1和D3管反向偏置而截止， 电容通过负载电阻RL放电，uC按指数规律缓慢下降。十(b)因的波形单相侨式整流电容滤波电路及稳态时的波形分析当u2为负半周幅值变化到恰好大于uC时，D2和D4因加正向电压变为导通状态，u2再次对 C充电，uC上升到u2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时 D2和D4变为截止，C对RL放 电，uC按指数规律下降；放电到一定数值时 D1和D3变为导通，重复上述过程。RL C对充放电的影响电容充电时间常数为rDC,因为二极管的rD很小，所以充电时间常数小，充电速度快；RLg放电时间常数，因为RL较大，放电时间常数远

19、大于充电时间常数，因此，滤波效果取决 于放电时间常数。电容C愈大，负载电阻RL愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大，如图所示。我四、电容反馈式振荡电路 演袅酷1班1 .电路组成为了获得较好的输出电压波 形，若将电感反馈式振荡电路中的 电容换成电感，电感换成电容，并 在转换后将两个电容的公共端接 地，且增加集电极电阻Rc,就可得 到电容反馈式振荡电路，如右图所 示。因为两个电容的三个端分别接 在晶体管的三个极，故也称为电容 三点式电路。2 .工作原理 根据正弦波振荡电路的判断方法，观察如上图所示电路，包含了放大电路、 选频网络、反馈网络和非线性元件（晶体管）四个部分； 放大电路能够正常工

20、作； 断开反馈，加频率为fo的输入电压，给定其极性，判断出从C2上所获得的 反馈电压极性与输入电压相同，故电路弦波振荡的相位条件，各点瞬时极性如图 所示。 只要电路参数选择得当，电路就可以满足幅值条件，而产生正弦波振荡。3 .振荡频率及起振条件 振荡频率反馈系数起振条件4 .优缺点电容反馈式振荡电路的 输出电压波形 好，但若用改变电容的方法来调节振荡频 率，则会影响电路的反馈系数和起振条件； 而若用改变电感的方法来调节振荡频率， 则 比较困难。在振荡频率可调范围不大的情况 下，可采用如右图所示电路作为选频网络。5 .稳定振荡频率的措施若要提高电容反馈式振荡电路的频率，要减小CC2的电容量和L的

21、电感量 实际上，当Ci和C2减小到一定程度时，晶体管的极间电容和电路中的杂散电容 将纳入Ci和C2之中，从而影响振荡频率。这些电容等效为放大电路的输入电容 Ci和输出电容C。，改进型电路和等效电器如下图所示。由于极间电容受温度的影 响，杂散电容又难于确定，为了稳定振荡频率，在电感支路串联一个小容量电容 C3,而且 C3«C1, C3«C2,这样11 11 1'总+图'J J+c; j+g q q振荡频率2叩弓 2好Q几乎与C1和C2无关，也与Ci和Co无关，所以频率稳定度局电容反馈式振荡电路的改进7.1.3 LC正弦波振荡电路LC正弦波振荡电路与 RC桥式正

22、弦波振荡电路的组成原则在本质上是相同 的，只是选频网络采用LC电路。在LC振荡电路中，当f=fo时，放大电路的放大 倍数数值最大，而其余频率的信号均被衰减到零；引入正反馈后，使反馈电压作 为放大电路的输入电压，以维持输出电压，从而形成正弦波振荡。由于 LC正弦 波振荡电路的振荡频率较高，所以放大电路多采用分立元件电路。一、LC谐振回路的频率特性LC正弦波振荡电路中的选频网络采用 LC并联网络，如图所示。图（a）为理想 电路，无损耗，谐振频率为f , 10 2加国（推导过程）在信号频率较低时，电容的容抗（商）才很大，网络呈感性；在信号频率较高 时，电感的 牛 L 感抗（/二J祝）很大，网络呈容性

23、；只有当f=fo时，网络才呈纯阻性，且阻抗最大。这时电路产生电,理想情况下的网络LC并联网络（垃考虑电路报耗时的网第LC并联网络流谐振，电容的电场能转换成磁场能，而电感的 磁场能又转换成电场能，两种能量相互转换。实际的LC并联网络总是有损耗的，各种 损耗等效成电阻R,如图（b）所示。电路的导纳 为Y = M + -R + j或回路的品质因数_ 1 L（推导过程）上式表明，选频网络的损耗愈小，谐振频率相同时，电容容量愈小，电感数 值愈大。当f=fo时，电抗瓦卜。、总0/总0小（推导过程）当网络的输入电流为Io时，电容和电感的电流约为 QIo。1 = ? =-根据式ZR+J武,可得适用于频率从零到

24、无穷大时 LC并联网络电抗的表达式Z=1/Y,其频率特性如下图所示。Q值愈大，曲线愈陡，选频特性 愈好。LC并联圈络电抗的领率特性若以LC并联网络作为共射放大电路 的集电极负载，如右图所示，则电路的电 压放大倍数4=一吁根据LC并联招的频率特性，当£=£。 时，电压放大倍数的数值最大，且无附加 相移（原因）。对于其余频率的信号，电 压放大倍数不但数值减小，而且有附加相- Ce移。电路具有选频特性，故称之为选频放东曲 大电路。若在电路中引入正反馈，并能用选频放大电反馈电压取代输入电压，则电路就成为正。 弦波振荡电路。根据引入反馈的方式不 同，LC正弦波振荡电路分为变压器反馈

25、式、电感反馈式和电容反馈式三种电路。袁三、电感反馈式振荡电路1 .电路组成为了克服变压器反馈式振荡 电路中变压器原边线圈和副边线 圈耦合不紧密的缺点，可将变压 器反馈式振荡电路的Ni和N2合 并为一个线圈，如右图所示，为 了加强谐振效果，将电容C跨接 在整个线圈两端，便得到电感反 馈式振荡电路。2 .工作原理观察电路它包含了放大电路、 选频网络、反馈网络和非线性元件（晶体管） 四个部分，而且放大电路能够正常工作。用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件：断开反馈，加频 率为fo的输入电压，给定其极性，判断出从 心上获得的反馈电压极性与输入电压 相同，故电路满足正弦波振荡的相位条件，各点

26、瞬时极性如上图所示。只要电路参数选择得当，电路就可满足幅值条件，而产生正弦波振荡。如下图所示为电感反馈式振荡电路的交流通路，原边线圈的三个端分别接在 晶体管的三个极，故称电感反馈式振荡电路为 电感三点式电路。电感反饰式振荡电路的交流通路3 .振汤频率及起振条件振荡频率/0 总n1、2 开+ 2Af）C反馈系数F二二起振条件+M 出 r L.+M 咫4.优缺点电感反馈式振荡电路中 心与Ni之间耦合紧密，振幅大，易起振；当C采用 可变电容时，可以获得调节范围较宽的振荡频率，最高振荡频率可达几十MHz。由于反馈电压取自电感，对高频信号具有较大的电抗，反馈信号中含有较多的高 次谐波分量，输出电压波形不

27、好。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。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。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。1 .关于去耦电容蓄能作用的理解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。 而实际上，芯片附近的电容还有蓄能的作用，这是第二位的。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，这时候，水不是直接来自于水库，那样距离太远了，等水过来，我们已经渴的不行了。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。如果微观来看，高频器件在工作的时候，

28、其电流是不连续的，而且频率很 高，而器件VCC®总电源有一段距离，即使距离不长，在频率很高的情况下，阻抗Z= i*wL+R,线路的电感影响也会非常大，会导致器件在需要电流的时候，不能被及时供给。而去耦电容可以弥补此不足。这也是为什么很多电路板在高频器件 VCCT脚处放置小电容的原因之一（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。）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2 .旁路电容和去耦电容的区别去耦：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。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）。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