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基本元器件-电容

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发表于 2021-5-20 11:03:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
电容


  电容从作用来分明:有滤波电容、退耦电容、旁路电容、去耦电容、耦合电容、调谐电容、定时电容、整流电容、储能电容等等,这些是目前最常接触的。

1. 滤波电容:一般容值较大(一般 1uF 以上),一般都是电解电容,使用在直流电源的正负极之间,主要滤除直流电源中不需要的交流成分,使直流电平滑,利用电容频率信号呈现低阻抗的特性,将交流型号引入到地,电容值越大、频率越高,阻抗越低(Xcap=1/2лfC),但由于实际上电容是电感和电容的并联电路,由于谐振的原因,大容值的一般应用低频,高频用小容值(pF 级别),所以一般都会在电解电容端再并联一个小电容。

2. 退耦电容:指的是应用于 IC 电源输入引脚之间,将电源上的交流信号引入地,去除电源上的干扰,避免地电位的抬升和噪声,容值都较小,一般在 104(0.1uF)以下,这个电容一定要靠近电源脚,要不然电容作用会衰减。

3. 旁路电容:指的是将输入信号的高频部分作为滤波对象的电容,为交流信号或者说脉冲信号提供一条低阻抗的通路,将高频部分引入到地,电容值一般较小(0.1uF、0.01uF)。

4. 去耦电容:是把输出信号的干扰作为滤除对象,防止干扰信号返回;去耦电容相当于电池,利用其充放电,使得放大后的信号不会因电流的突变而受干扰。它的容量根据信号的频率、抑制波纹程度而定,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。一般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。从电路来说,总是存在驱动电源和被驱动的负载。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。
注:在很多文章中 有的会将退耦电容和去耦电容混在一起,有的呢,又会将退耦电容和旁路电容混在一起,所以在我自己的理解中,我将这三种分开来谈,退耦电容,我只应用于 IC 电源输入。

5. 耦台电容:利用电容隔直通交的特性,在交流信号处理电路中,用于连接信号源和信号处理电路或者作两放大器的级间连接,用以隔断直流,让交流信号或脉冲信号通过,使前后级放大电路的直流工作点互不影响。

6. 调谐电容:指的是连接在谐振电路的振荡线圈两端的电容,起到选择振荡频率的作用。最常用的是 LC 谐振,利用电感低频的高通性和电容高频的高通性,进行对频率的选择,LC 又分为串联和并联,简单来说,串联就是要同时满足电感和电容频率选择的频率才允许通过,并联就是同时满足电感和电容频率选择的频率不允许通过。谐振频率计算公式 :f=1/(2π√LC)
注:LC串联和并联电路

7. 定时电容:利用电容电流可突变、电压不可突变的特性,对信号进行延时,一般应用就是 RC 电路,RC 串联,根据电阻值和电容值来决定充放电时间。

8. 整流电容:一般应用于整流电路两端用以降低交流脉动波纹系数提升高效平滑直流输出的一种储能器件,一般容值很大,基本上都是电解电容,可以将波动较大的电压滤的更平滑。

9. 储能电容:储存电能的,一般都是很大的,对于专门的储能作用的电容,电容储能的机理为双电层电容以及法拉第电容,其主要形式为超级电容储能,其中超级电容器是利用双电层原理的电容器,当外加电压加到超级电容器的两个极板上时,与普通电容器一样,极板的正电极存储正电荷,负极板存储负电荷,在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下,在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷,以平衡电解液的内电场,这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上,以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上,这个电荷分布层叫做双电层,因此电容量非常大。
在 IC 电源输入脚我加一颗 0.1uF 的退耦电容和一颗 10uF 的电容,这颗 10uF 电容的作用是为了稳定 IC 的电源供应,因为在 IC 工作在大功率板子上时,经常会因为功率过大,造成电源抖动,这颗 10uF 电容就是为了在板子电源抖动时,为 IC 供 的,保证 IC 电源稳定,有时候我也会叫这颗电容为储能电容。

虽然电容叫法和用法有很多种,但电容的使用离不开几点:隔直通交、对于交流信号的低阻抗、电容 C 与 ESL(等效电感)的谐振、电容的电流可突变电压不可突变、储能、放电。

针对于PT32电动工具机方案,有两处最为关键的电容:
1.电源输入端的电解电容:这颗电容一般使用的都是大容值(目前使用的是1000uF),因为在驱动电动工具机时,驱动电流大,电机反电动势能量强,这样的干扰会反馈到电源上,造成电源抖动,所以在电源端加一颗大电容,用于吸收冲击和干扰、平稳电源。

2.MCU电源引脚的退耦电容和储能电容:退耦电容一般使用0.1uF,储能电容一般使用10uF,并且电容摆放位置一定要靠近MCU电源引脚。

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