电路中的@@旁路电容@@的@@原理及其应用技巧@@

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电容器@@的@@这两个功能@@(或@@功能@@)都在@@旁路电容@@器@@中使用@@@@。

想象一下@@,您已经设计了@@一个不错的@@运算放大器电路@@,并开始对其进行原型设计@@,但失望地发现该电路无法按预期工作或@@根本无法工作@@。造成这种@@情况的@@主要原因可能是来自电源或@@内部@@IC电路的@@噪声@@,甚至@@来自相邻@@IC的@@噪声可能已耦合到电路中@@。

来自电源的@@噪声@@(规则的@@尖峰脉冲@@)是不希望的@@@@,必须不惜一切代价消除@@。旁路电容@@器@@是防止电源上@@有害噪声的@@第一道防线@@。

什么是旁路电容@@器@@@@?

通常@@在@@集成电路@@的@@@@VCC和@@GND引脚之间@@施加一个旁路电容@@器@@@@。旁路电容@@器@@消除了@@电源电压尖峰的@@影响@@,并降低了@@电源噪声@@。

使用@@“旁路电容@@器@@”这个名称是因为@@它旁路了@@电源的@@高频分量@@。它也被称为@@去耦电容器@@@@,因为@@它可以将电路的@@一部分与另一部分解耦@@(通常@@,来自电源或@@其他@@IC的@@噪声被分流@@,并且在@@电路的@@另一部分上@@的@@影响减小了@@@@)。

旁路电容@@器@@通常@@应用于电路的@@两个位置@@:一个位于电源上@@@@,另一个位于每个有源设备@@@@(模拟或@@数字@@@@IC)上@@。

位于电源附近的@@旁路电容@@器@@通过存储电荷并在@@必要时@@释放电荷@@(通常@@在@@出现尖峰时@@@@)来消除电源中的@@电压降@@。

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来到@@IC的@@VCC和@@GND引脚附近放置的@@旁路电容@@器@@将能够满足开关电路@@(数字@@IC)的@@瞬时@@电流需求@@,因为@@寄生电阻@@和@@电感会延迟瞬时@@电流的@@传递@@。

旁路电容@@器@@如何消除电源噪声@@?

要了@@解旁路电容@@器@@如何消除噪声@@,您需要首先了@@解电容器@@在@@直流和@@交流下的@@工作方式@@。当@@电容器@@跨接在@@直流电源上@@时@@@@(例如@@示例中的@@电池@@),在@@电介质上@@会产生电场@@,导体之一上@@带有正电荷@@,而@@另一导体上@@带有负电荷@@。

电容器@@充电时@@@@,瞬态电流从电源中流出@@。但是@@,当@@电容器@@上@@的@@电荷达到最大值@@@@(由@@Q = CV确定@@)时@@,电容器@@导电板之间@@的@@电场会使电源的@@电场无效@@,并且不再有电荷流过电容器@@@@。

因此@@,在@@直流电路中@@,电容器@@充电至@@电源电压并阻止任何电流流过该电容器@@@@。

当@@电容器@@跨时@@变交流电源连接时@@@@,由@@于@@充电和@@放电循环@@,电流流过的@@电阻@@很小或@@没有电阻@@@@。

请记住@@,将旁路电容@@器@@跨接在@@电源上@@时@@@@,它为@@从电源到地的@@噪声@@(本质上@@是交流信号@@)提供了@@一条低电阻@@路径@@。因此@@,旁路电容@@器@@利用交流信号将电源旁路@@。

由@@于@@DC被电容器@@阻止@@,它将通过电路而@@不是通过电容器@@接地@@,这就是旁路电容@@使用@@的@@原因@@,该电容器@@也称为@@去耦电容器@@@@。

旁路电容@@器@@注意事项@@

没有旁路电容@@或@@旁路不当@@的@@电路会产生严重的@@电源干扰@@,并可能导致电路故障@@。因此@@,电路中必须使用@@适当@@的@@旁路电容@@@@。

以下是选择旁路电容@@器@@时@@必须考虑的@@一些注意事项@@。

●   电容器@@种@@类@@

●   电容器@@放置@@

●   电容器@@尺寸@@

●   输出负载效应@@

●   电容器@@种@@类@@

在@@高频电路中@@,旁路电容@@器@@的@@引线电感是重要的@@因素@@。在@@> 100MHz之类的@@高频下切换时@@@@,电源轨上@@会产生高频噪声@@,并且电源中的@@这些谐波与高引线电感一起将导致电容器@@充当@@开路@@。

电容器@@在@@需要时@@@@提供必要的@@电流@@,以维持稳定的@@电源@@。因此@@,当@@从设备@@@@(集成电路@@)的@@内部噪声中选择用于旁路电源的@@电容器@@@@时@@@@,必须选择低引线电感的@@电容器@@@@@@。

MLCC或@@多层陶瓷贴片电容器@@是旁路电源的@@首选@@。

电容器@@放置@@

旁路电容@@器@@的@@放置非常简单@@。通常@@,旁路电容@@应尽可能靠近设备@@的@@电源引脚放置@@。如果距离增加@@,PCB上@@的@@多余粘性会转化为@@串联电感器@@和@@串联电阻@@器@@,从而@@降低电容器@@的@@有用带宽@@。

因此@@,电源引脚和@@旁路电容@@器@@之间@@较长的@@@@PCB走线会增加电感@@,并且会破坏首先引入旁路电容@@器@@的@@目的@@@@。

电容器@@尺寸@@

确定@@电容器@@的@@尺寸时@@@@,要考虑两件事@@。

从低到高切换引脚时@@所需的@@电流量@@

最大脉冲摆率可计算电容器@@的@@最大电流@@

输出负载效应@@

如果输出负载是纯电阻@@性的@@@@,则频率不会影响输出的@@上@@升和@@下降时@@间@@。但是@@,如果输出负载是电容性的@@@@,则频率的@@增加将导致更高的@@瞬态电流和@@电源振荡@@。

旁路电容@@在@@电路设计@@中的@@应用@@

在@@哪里使用@@旁路电容@@器@@@@?

下图显示了@@分压器偏置放大器的@@电路图@@。电阻@@R1,R2,RC和@@RE有助于晶体管以@@Q点偏置在@@负载线的@@中间@@。电阻@@RE为@@Q点增加了@@稳定性@@。

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输入和@@输出端分别有两个耦合电容器@@@@C1和@@C2。C1将交流信号源耦合到晶体管的@@基极@@,而@@C2将放大信号耦合到负载@@。

但是@@讨论的@@设备@@是旁路电容@@@@CE。由@@于@@交流信号的@@放大@@,发射极电流很大@@。如果没有旁路电容@@@@,则大的@@交流发射极电流流经发射极电阻@@@@RE,RE两端的@@交流压降很大@@。

当@@RE两端的@@电压降减去@@Vin时@@,这将导致较小的@@交流基极电流@@。因此@@,输出电压降低@@,电压增益急剧降低@@。

我们需要提供一个低阻抗路径@@,以使交流发射极电流从发射极流到地@@,以防止电压增益损失@@。这可以通过在@@发射极和@@地之间@@连接一个电容器@@来实现@@,该电容器@@可以用作旁路电容@@器@@@@,以旁路交流发射极电流@@。

几乎所有@@的@@模拟和@@数字@@设备@@都使用@@旁路电容@@器@@@@。在@@这两种@@器件中@@,旁路电容@@器@@(通常@@为@@@@0.1μF的@@电容器@@@@)都非常靠近电源引脚放置@@。电源也使用@@旁路电容@@器@@@@,它们通常@@是较大的@@@@10μF电容器@@。

旁路电容@@器@@的@@值@@取决于器件@@,在@@电源情况下@@@@,其值@@在@@@@10μF至@@100μF之间@@;在@@IC情况下@@,其值@@通常@@为@@@@@@0.1μF,或@@由@@工作频率决定@@。

如果设备@@的@@带宽约为@@@@1MHz,则使用@@@@1pF旁路电容@@。如果带宽约为@@@@10MHz或@@更高@@,则使用@@@@0.1μF电容器@@。

在@@某些应用中@@,并联的@@旁路电容@@器@@网@@络用于过滤宽范围的@@频率@@。

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电路中的@@每个有源器件都必须在@@电源引脚附近放置一个旁路电容@@器@@@@。如果有多个旁路电容@@器@@@@,则必须将较小容量的@@电容器@@@@放置@@在@@靠近设备@@的@@地方@@。

在@@模拟电路中@@,旁路电容@@器@@通常@@会将电源上@@的@@高频分量定向到地面@@。否则@@,这些信号将通过电源引脚进入敏感的@@模拟@@IC。如果在@@模拟电路中@@未使用@@旁路电容@@器@@@@,则很有可能会将噪声引入信号路径@@。

在@@带有微处理器和@@控制器的@@数字@@电路中@@,旁路电容@@器@@的@@使用@@略有不同@@。数字@@电路中旁路电容@@器@@的@@主要功能是充当@@电荷储存器@@。

在@@逻辑门以高频开关的@@数字@@电路中@@,在@@开关期间需要大电流@@。寄生电阻@@和@@电感将不允许开关过程中突然需要大电流@@。

因此@@,旁路放置在@@尽可能靠近电源引脚的@@位置@@,以减小寄生电感@@,它将在@@电源接通之前提供瞬时@@电流@@。

旁路电容@@器@@的@@应用@@

旁路电容@@器@@的@@主要目的@@是在@@通过所需的@@@@DC的@@同时@@分流电源的@@不良高频分量@@。以下是旁路电容@@器@@的@@三个主要应用领域@@。

补偿当@@前需求@@

需要时@@@@,使用@@旁路电容@@器@@提供必要的@@电流@@。例如@@,从放大器到扬声器的@@驱动电流根据信号而@@变化@@,并且放大器输出的@@电流需求取决于信号的@@强度@@。

输出端的@@这种@@变化的@@电流导致从电源汲取的@@变化的@@电流@@。功率的@@这些变化会引起波动@@,该波动可能会通过电源作为@@噪声耦合到信号线@@。

旁路电容@@器@@可以用作临时@@电流源@@,有助于减少波动@@。

电源滤波器@@

在@@电源中@@,通常@@使用@@@@100μF或@@1000μF或@@更大的@@大型旁路电容@@器@@来过滤整流正弦波的@@纹波@@。

数字@@系统@@

在@@数字@@电路中@@,所有@@IC的@@VCC和@@GND引脚之间@@都使用@@一个旁路电容@@器@@@@。这有助于在@@@@IC的@@一定范围内保持稳定的@@电源@@,并消除高频信号进入电源@@。此外@@,它们还充当@@快速开关电路中的@@瞬时@@电流提供者@@。

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