去耦電容在集成電路電源和地之間的有兩個作用:一方面是本集成電路的蓄能電容,另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容值是0.1μF.這個電容的分布電感的典型值是5μH.0.1μF的去耦電容有5μH的分布電感,它的并行共振頻率大約在7MHz左右,也就是說,對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果,對40MHz以上的噪聲幾乎不起作用.1μF、10μF的電容,并行共振頻率在20MHz以上,去除高頻噪聲的效果要好一些。每10片左右集成電路要加一片充放電電容,或1個蓄能電容,可選10μF左右。最好不用電解電容,電解電容是兩層薄膜卷起來的,這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時表現(xiàn)為電感。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。去耦電容的選用并不嚴格,可按C=1/F,即10MHz取0.1μF,100MHz取0.01μF.
分布電容是指由非形態(tài)電容形成的一種分布參數(shù)。一般是指在印制板或其他形態(tài)的電路形式,在線與線之間、印制板的上下層之間形成的電容。這種電容的容量很小,但可能對電路形成一定的影響。在對印制板進行設計時一定要充分考慮這種影響,尤其是在工作頻率很高的時候。也成為寄生電容,制造時一定會產(chǎn)生,只是大小的問題。布高速PCB時,過孔可以減少板層電容,但會增加電感。
分布電感是指在頻率提高時,因?qū)w自感而造成的阻抗增加。
耦合電容,又稱電場耦合或靜電耦合,是由于分布電容的存在而產(chǎn)生的一種耦合方式。耦合電容器是使得強電和弱電兩個系統(tǒng)通過電容器耦合并隔離,提供高頻信號通路,阻止低頻電流進入弱電系統(tǒng),保證人身安全。帶有電壓抽取裝置的耦合電容器除以上作用外,還可抽取工頻電壓供保護及重合閘使用,起到電壓互感器的作用。
耦合電容的容量大小應如何選擇呢???
本質(zhì):耦合電容與下一級的輸入電阻構(gòu)成了RC高通濾波器,為了保成輸入信號下限頻率能通過這一“RC高通濾波器”,RC高通濾波器的下限頻率不能高于輸入信號的頻率。
相當于選擇適當?shù)碾娙輥碓O計一個高通濾波器,以保證輸入信號通不衰減通過,所以電容C可用公式計算出來,下面會給出公式。
我們來看下面一個實驗,電路圖如下所示,輸入信號為頻率為1Hz,大小為10mv.可見此輸入信號有兩個特點,頻率很低,幅度又很小。
按照常識,電容容量越大,信號的頻率就可以越低,現(xiàn)在的輸入信號頻率為1Hz,那么耦合電容的容量越大越好嗎???請看下面的實驗。
實驗結(jié)果:
1.輸入信號頻率為1Hz,幅度10mV,負載電阻300K,耦合電容先0.4uF測得輸入輸出波形如下圖所示,黃色為輸入,綠色為輸出。
可見輸入信號經(jīng)過耦合電容后,幅度被嚴重衰減,由此可知耦合電容選擇過小。耦合電容選擇0.1uF-0.5uF期間,輸入信號衰減比較嚴重。
結(jié)論:如果電路要求信號耦合之后不能衰減,那么耦合電容就不能小于0.5uF
2.輸入信號頻率為1Hz,幅度10mV,負載電阻300K,耦合電容大于等于0.5uF
輸出波形如下圖所示,可見只要電容大于0.5uF,信號耦合之后就不會有幅度衰減。那么是不是選擇越大越好呢???請看實驗3
3.輸入信號頻率為1Hz,幅度10mV,負載電阻300K,耦合電容為100uF
幅度不出現(xiàn)衰減,但電路反應變得非常緩慢,輸入信號后等待10多秒才有輸出信號。剛輸入信號的前段時間,電路竟然不工作了,這是為什么呢???主要是因為電容太大充電時間過長,至使輸出信號出現(xiàn)延遲,特別是輸入信號幅度很小的時個就要特別注意這個問題,否則電路會變得非常緩慢。
總結(jié):
把耦合電容加到電路中之后,耦合電容與負載電阻構(gòu)成了RC高通濾波器,所以我們可根據(jù)公式來計算出耦合電容的大小即:f=1/2πRC式中π=3.14
R為負載電阻(耦合下一級電路的輸入電阻)須估算下一級的輸入電阻f為信號的頻率
C就是我們要計算的耦合電容大小
如上面實驗:負載電阻R=300K頻率為1Hz由f=1/2πRC
可計算出C=0.5uf
所以C不能低于0.5uf,可選1uf.
主要是根據(jù)高通濾波器的下限頻率來確定C的容量的。所以選擇耦合電容時要估算出下一級的輸入電阻。
提示
1.耦合電容容量太小時,低頻信號通過耦合電容時就會有嚴重的衰減,甚至不能通過。以所制做電路時最好使用信號發(fā)生器在耦合電容輸入端注入信號,用視波器來觀察信號是否被嚴重衰減。注意頻率和幅度要與實際電路大致相同。
2.耦合電容容量太大時,電路出現(xiàn)延遲。電路上電后要等待幾十秒才有反應,特別是信號幅度很小的時候。
最佳選擇:耦合電容容量應選擇能保證輸入信號經(jīng)過耦合電容后不出現(xiàn)衰減的最小值容量值。