电容器相关知识要点

1、1. 滤波电容，去耦电容，旁路电容2. 电容特性3. 电容滤波电路关于滤波电容、去耦电容、旁路电容作用（转）2007-07-28 11:10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

2、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，其电流是不连续的，而且频率很高，而器件vcca总电源有一段距离，即便距离不长，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

3、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：从组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；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。在电子电路中，去耦电

4、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。信号输出信号输入至路电容工耦电容c去耦电容0.01u等，而去耦合电容一般比较大，是高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般是0.1u,10u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。数字电路中典型的去耦电容值是 0.1 nf。这个电容的分布电感的典型值是 5 ph。0.1 pf的去耦电容有5仙h的分布电感，它的

5、并行共振频率大约在 7mh加右，也就是说，对于10mhzw下的噪 声有较好的去耦效果，对40mhzw上的噪声几乎不起作用。1pf、10 pf的电容，并行共振频率 在20mh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派 0.01 pf。电容器选用及使用注意事项：1, 一般在低频耦合或旁路，电气特性要求较低时，可选用纸介、涤纶电容器；在高

6、频高压电路中， 应选用云母电容器或瓷介电容器；在电源滤波和退耦电路中，可选用电解电容器。2,在振荡电路、延时电路、音调电路中，电容器容量应尽可能与计算值一致。在各种滤波及网（选 频网络），电容器容量要求精确；在退耦电路、低频耦合电路中，对同两级精度的要求不太严格。3,电容器额定电压应高于实际工作电压， 并要有足够的余地，一般选用耐压值为实际工作电压两 倍以上的电容器。4,优先选用绝缘电阻高，损耗小的电容器，还要注意使用环境。back电容特性:在消费类电子产品系统中，体积越来越小，器件摆放越来越密，模拟、数字部分已很难通过布局有效分开，系统设计工程师往往在电源网络中使用很多电容，衰减高频数字噪声

7、，期望能净化”电源，减少对模拟电路的干扰。在电压调整器中,在输入、输出端通常都各有一只电容，跨接在输入、输出管脚和地（gnd）之间。输入电容的主要作用是滤除交流噪声，抑制输入端的电压变化。而输出电容的作用，除了构成反馈环路的一部分之外（增加一个额外的零点,当然不可避免的也要带来一个极点，提高环路的相位裕量），还可以抑制由于负载电流或者输入电压瞬变引起的输出电压变化。从某种角度来说，滤除交流噪声与抑制电压突变在本质上是一回事，那就是去除交流信号。电容的特性 不同介质种类的电容，其自身特性相差甚远。在描述电容的特性之前，我们需要了解以下几个参数: 电阻一符号r,是指通过导体的直流电压与电流之比，单

8、位为欧姆。电抗一符号x,是交流电路中由电感和电容引起的阻抗部分，包括感抗（xl）和容抗（xc）,单位为欧姆。阻抗一符号z,是一个复合参数，实部为电阻，虚部为电抗，单位为欧姆，所以阻抗也可以表示为：z = r + jx。电导一符号g,是指通过导体的直流电流与电压之比，电阻的倒数，单位为西门子。电纳一符号b,是导纳的虚数部分，包括容纳（bc）和感纳（bl）,单位为西门子。导纳一符号y,是阻抗z的倒数，也是一个复合参数，实部为电导，虚部为电纳，单位为西门子，也可以表示为：y = g+ jb导纳y通常表示的是器件并联的情况，而阻抗 z表示的则是器件串联的情况，见图1。其中,z = r+jx = yir

9、2+x2y = g + jbxl=2 叽2tz/cdf =- = tan s = c tan 0 = 0r _ g _ g一 一 bl 纥w=2兀 f电容：z=r+jx=r+1/jwc=r+1/j2 兀 fc=r-j1/2 兀 fc电感：z=r+jx=r+jwl=r+j2 兀 fl图1:阻抗与导纳的表示方法所以对于串联的器件组合，如果90c,则说明器件两端有感性，越接近 90 c,感性越强，当 e=90c时，为纯感性器件。同样0 c2 , r1r2时，极点可以表达成下式,pl =27r(r0+r)cp2 =_2h(r08)+r2c2以上面50v/10uf电解电容，和16v/1uf陶瓷电容的数据

10、作为依据，对上述器件进行如下赋值，esr取f=100khz的值。r0 = 1 q, c1 = 8.21uf , c2 = 0.997uf , r1 = 774m q , r2 = 190m q ,图 3 网络的频率特性如图4 所示，从上图看出， 在紧接着第一个极点 p1之后，出现了第一个零点 z1,它是由r1、c1形成的，如果没有电容 02, ac 曲线将保持水平，不再有衰减。正是由于02的存在，使得增益在通过第二个极点p2之后继续衰减，直至第二个零点z2。因此要使两只电容并联的增益衰减更多，可以将 z2外移，也就是使电容 02以及r2远小于01、r1。这是假定电容 0、esr在所有频率下都是

11、定彳1的条件下，用 math0ad计算出的理想曲线。实际上，根据上表中的数据告诉我们，0、esr会随着频率而变化，而且在高频时会出现esl,考虑到这些因素，得到的曲线如图5所示。图6是使用网络分析仪(agilent 4395a)得到的实际频响曲线。窗 p;nlriieq图5：两只电容并联的幅度 相位频率特性13uu13卜 requen /(700khz，由于esl的作用，增益上翘。当满足条件 r1x c1=r2xc2时，根据上式系统可以简化成一个极点，一个零点。现实中满足这种条件的有两种情况，两只电容c1、c2完全相同，意味着类型、容值、 esr和频率特性等一样。图7:网络分析测到的频率特性容

12、值与esr成反比，对于同一类型的电容,实际上也基本满足这个规律。此时其零、极点变为零点-ze =(/?/pe r/r2)+c1/c2) s (re+ 0) ce s实际上此时可以等效成1个电容，它的容值为两个电容的并联ce = c1/c2 , esr为两个esr并联re = r1/r2 。三只电容并联的情况如图8所示，传输函数可以表示成indrooutxysloufc2 1.0uf图8:三只电容并联的交流等效电路。(1 a (1 则十一,r2 +一(i sj c2 s)a3 +招)从上式不难看出，系统包括三个极点，三个零点。假定上述器件给出值如下，r0 = 1 、c1 = 10uf、c2 =

13、1uf、c3=0.1uf、r1 = 2 、r2 = 100mq、r3=50的 ,网络的频率特性如图 9,衰减是第一个极点p1开始，到最后一个零点 z3结束。p1是由c1、r0+r1引起的，z3是由c3、r3引起的。同样类似的情况，当满足 r1xc1 = r2xc2 = r3xc3时，仍可以等效成一只电容，其容值为三个电容的并联ce = c1/c2/c3esr为三个电阻并联 re = r1/r2/r3 。对于线性电压调整器，用户只关心输出端的交流噪声。这个噪声只有两个来源，一个是来自输入端，一个则是来自调整器本身。幸运白是，来自 bcd新一代线性电压调整器能够很好地解决这两个问题。芯片本身出色的

14、psrr性能，可以很好的抑制来自输入端的交流噪声，尤其是在低频部分；而自身的输出噪声很低，几乎可以忽略。 比如ap2121 , psrr为70db ,从dc可以持续到1khz、10hz 100khz 之间的噪声电压只有 30uvrms 。因此在使用 ap2121时，根本不 需要再额外使用多个电容并联，尤其是大的电解电容，就可以得到干净的电压源。本文结论为了实现更好的噪声衰减，当使用多只电容并联时，应选择esr与c各不相同的电容，这样可以使衰减曲线从第一个极点开始，一直到最后一个零点结束，容值最大的那只电容决定了衰减的起始频率，容值最小的那只电容决定了衰减的终止频率，并且务必减小引线长度，防止出

15、现esl。当使用ap2121高psrr、低噪声线性电压调整器时，只需要使用一颗片式陶瓷电容，推荐值 1uf。esr值就是等效串联电阻阻值。esl值等效串联电感值。这两个值是描述电容的两重要参数-阻抗、感抗。也是形成容抗的基础。esr值越低越好，电容又不是电阻，干吗要阻抗（不想要但一定会存在）。作者：王玉系统工程师bcd半导体制造有限公司back电容滤波电路2007年10月11日 星期四17:02滤波电路整流电路虽然可将交流电变成直流电，但其脉动成分较大， 在一些要求直流电平滑的场合是不适用的，需加上滤波电路，以减小整流后直流电中的脉动成分。一般直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示：脉动系数

16、（s）=愉出电压的基波最大值输出电压的干均值gs0712例如，全波整流输出电压 ul可用付氏级数展开为：（24 入 44 小八，、飞.15.35tt）gs0713其中基波最大值为 0.6u2,直流分量（平均值）为 0.9 u2,故脉动系数s=0.67 。同理可求得半波整流输出电压的脉动系数为 s=1.57,可见其脉动系数是比较大的。一般电子设备所需直流电源的脉动系数小于0.01,故整流输出的电压必须采取一定的措施，一方面尽量降低输出电压中的脉动成分，另一方面尽量保存输出电压中 的直流成分，使输出电压接近于较理想的直流电源的输出电压。这一措施就是滤波。最基本的滤波组件是电感、电容。其滤波原理是：

17、利用这些电抗组件在整流二极管导通期间储存能量、在截止期间释放能量的作用，使输出电压变得比较平滑；或从另一角度来看，电容、电感对交、直流成分反映出来 的阻抗不同，把它们合理地安排在电路中，即可达到降低交流成分而保留直流成分的目的，体现出滤波作用。常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。其中无源滤波的主要形式有电容滤波，电感滤波和复式滤波（包括倒l型lc滤波，兀型lc滤波和兀型rc滤波等）。有源滤波的主要形式是有源rc滤波。电容滤波半波整流电容滤波电路如图z0710所示。其滤波原理如下半波整流阳者宅源电毫圉 ztm。半波整流电容滤波电路出+卜 味 .一潴波波彩t ”聿装整流电容派波电路工作时的电

18、混及电压波形电容c并联于负载 rl的两端，ul=uco在没有并入电容 c之前，整流二极管在 u2的正半周导通，负半周截 止，输出电压ul的波形如图中红线所示。并入电容之后，设在cot=0时接通电源，则当 u2由零逐渐增大时，二极管d导通，除有一电流il流向负载以外还有一电流 ic向电容c充电，充电电压uc的极性为上正下负。 如忽略二极管的内阻，则 uc可充到接近u2的峰值u2m。在u2达到最大值以后开始下降，此时电容器上的电 压uc也将由于放电而逐渐下降。当u2vuc时，d因反偏而截止，于是 c以一定的时间常数通过 rl按指数规律放电，uc下降。直到下一个正半周，当 u2 uc时，d又导通。如此下去，使输出电压的波形如图中蓝线所 示。显然比未并电容 c前平滑多了。全波或桥式整流电容滤波的原理与半波整波电容滤波基本相同，滤波波形如图z0711所示。图七口力1全波整流电容源波波形图从以上分析可以看出：1 .加了电容滤波之后，输出电压的直流成分提高了，而脉动成分降低了。这都是由于电容的储能作用造成 的。电容在二极管导通时充电（储能），截止时放电（将能量释放给负载），不但使输出