話說電容之一:電容的作用詳述

作為無源元件之一的電容 , 其作用不外乎以下幾種:
1、應用于電源電路 , 實現旁路、去藕、濾波和儲能的作用 。 下面分類詳述之:
1)旁路
旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件 , 它能使穩壓器的輸出均勻化 , 降低負載需求 。 就像小型可充電電池一樣 , 旁路電容能夠被充電 , 并向器件進行放電 。 為盡量減少阻抗 , 旁路電容要盡量靠近負載器件的供電電源管腳和地管腳 。 這能夠很好地防止輸入值過大而導致的地電位抬高和噪聲 。 地彈是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降 。
2 )去藕
去藕 , 又稱解藕 。 從電路來說 , 總是可以區分為驅動的源和被驅動的負載 。 如果負載電容比較大 , 驅動電路要把電容充電、放電 , 才能完成信號的跳變 , 在上升沿比較陡峭的時候 , 電流比較大 , 這樣驅動的電流就會吸收很大的電源電流 , 由于電路中的電感 , 電阻(特別是芯片管腳上的電感 , 會產生反彈) , 這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲 , 會影響前級的正常工作 , 這就是所謂的“耦合” 。
去藕電容就是起到一個“電池”的作用 , 滿足驅動電路電流的變化 , 避免相互間的耦合干擾 。
將旁路電容和去藕電容結合起來將更容易理解 。 旁路電容實際也是去藕合的 , 只是旁路電容一般是指高頻旁路 , 也就是給高頻的開關噪聲提高一條低阻抗泄防途徑 。 高頻旁路電容一般比較小 , 根據諧振頻率一般取0.1µF、0.01µF 等;
而去耦合電容的容量一般較大 , 可能是10µF 或者更大 , 依據電路中分布參數、以及驅動電流的變化大小來確定 。
旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象 , 而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象 , 防止干擾信號返回電源 。 這應該是他們的本質區別 。
3 )濾波
從理論上(即假設電容為純電容)說 , 電容越大 , 阻抗越小 , 通過的頻率也越高 。 但實際上超過1µF 的電容大多為電解電容 , 有很大的電感成份 , 所以頻率高后反而阻抗會增大 。 有時會看到有一個電容量較大電解電容并聯了一個小電容 , 這時大電容通低頻 , 小電容通高頻 。 電容的作用就是通高阻低 , 通高頻阻低頻 。 電容越大低頻越容易通過 , 電容越大高頻越容易通過 。 具體用在濾波中,大電容(1000µF)濾低頻 , 小電容(20pF )濾高頻 。
曾有人形象地將濾波電容比作“水塘” 。 由于電容的兩端電壓不會突變 , 由此可知 , 信號頻率越高則衰減越大 , 可很形象的說電容像個水塘 , 不會因幾滴水的加入或蒸發而引起水量的變化 。 它把電壓的變動轉化為電流的變化 , 頻率越高 , 峰值電流就越大 , 從而緩沖了電壓 。 濾波就是充電 , 放電的過程 。
4 )儲能
儲能型電容器通過整流器收集電荷 , 并將存儲的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出端 。 電壓額定值為40~450VDC 、電容值在220~150 000µF 之間的鋁電解電容器(如EPCOS 公司的 B43504 或B43505)是較為常用的 。 根據不同的電源要求 , 器件有時會采用串聯、并聯或其組合的形式 , 對于功率級超過10KW 的電源 , 通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器 。
2、應用于信號電路 , 主要完成耦合、振蕩/ 同步及時間常數的作用:
1)耦合
舉個例子來講 , 晶體管放大器發射極有一個自給偏壓電阻 , 它同時又使信號產生壓降反饋到輸入端形成了輸入輸出信號耦合 , 這個電阻就是產生了耦合的元件 , 如果在這個電阻兩端并聯一個電容 , 由于適當容量的電容器對交流信號較小的阻抗 , 這樣就減小了電阻產生的耦合效應 , 故稱此電容為去耦電容 。