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电子技术:电容的电路应用
发布时间:2020-06-29 01:06 来源:互联网 点击次数:

前文我们一起学习了电容的原理与特性,了解了电容有充放电的基本作用,也知道了电容为什么有“通交流隔直流,通高频阻低频”的特性。

随便找一块电脑主板,在上面随便找一个电容,你要怎么来确认这个电容的作用呢?根据外观?容值大小?还是具体的电路连接?

首先我们还是先了解一下电容的常见作用有哪些:储能、滤波、耦合、旁路、去耦(退耦)等。

储能电容:首先是最简单的储能电容,既然电容有可以充放电的特性,那我们是可以把它当成一个储能元件的。在电源电压不稳定甚至断开时,可以由储能电容为负载提供供电。很多耗能较大的芯片供电脚附近往往可以看到容值较大的电容,它们就在起储能作用,当芯片的工作电流突然增加时,储能电容就会给芯片提供电能,避免引起供电电压不稳。如下图,芯片左侧供电线并联了一排电容。

上图中的电容只是为了供电能够更稳定,但是要想单靠电容来储能,那电容的容值必须非常大,这样才能满足储能的需求。

现在很多蓝牙耳机就是使用的法拉电容来储能,比如上图中的一个电容,乍一看挺像纽扣电池的,不过可以看到外壳上标有5.5V/1.5F的文字,表示这是一个耐压值为5V,容量为1.5F的电容。看过我之前的文章的读者或者了解电容的读者应该知道,法拉这个单位是是相当大的,一般常见的电容都是微法uF级的。(一微法等于百万分之一法。1F=1000mF=1000000uF)

虽然电容储能还是不如锂电池储能多,但是电容储能相比锂电池是有很多优点的,比如充电速度快、电流大、对充电电压要求不高、不担心过放等。

最典型的滤波电容就是用在电源整流电路中,用来滤除整流后产生的交流成分,使输出的直流更平滑。而且对于精密电路而言,往往这个时候会采用并联电容电路的组合方式来提高滤波电容的工作效果。

滤波电容的工作原理如上图所示:在电源电压上升时电容开始充电,在电源电压下降时电容放电,如此循环使得电压输出更加平滑稳定。一般在实际应用中会并联多个电容提升滤波效果,如下图中的稳压芯片右端电压输出线上并联的几个电容:

在电子学中,耦合指从一个电路部分到另一个电路部分的能量传递。要想在一个电路中传递交流信号并且隔断直流信号,就需要用到耦合电容。

耦合电容的作用是将交流信号从前一级传到下一级。耦合的方法还有直接耦合和变压器耦合的方法。直接耦合效率最高,信号又不失真,但是,前后两级工作点的调整比较复杂,相互牵连。为了使后一级的工作点不受前一级的影响,就需要在直流方面把前一级和后一级分开,同时,又能使交流信号从前一级顺利地传递到后一级,同时能完成这一任务的方法就是采用电容传输或者变压器传输来实现。他们都能传递交流信号和隔断直流,使前后级的工作点互不牵连。但不同的是,用电容传输时,信号的相位要延迟一些,用变压器传输时,信号的高频成分要损失一些。一般情况下,小信号传输时,常用电容作为耦合元件,大信号或者强信号传输时,常用变压器作为耦合元件。

为什么要把旁路电容与去耦电容放在一起讲呢?因为旁路电容看起来与去耦电容相差不大,都是在芯片边上,都是用来滤除一些干扰成分的。但是它们所处位置和作用还是有一定区别的。

旁路电容是可将混有高频电流和低频电流的交流电中的高频成分旁路滤掉的电容。简单的说,旁路就是给干扰信号在芯片边上再开辟一道道路,让高频干扰经过电容去接地,不给芯片带来干扰。去耦电容作用也是类似,但是所处位置不同而已。

如上图所示:对于同一个电路来说,旁路电容是把输入信号中的高频噪声干扰作为滤除对象,把前级携带的高频杂波滤除,而去耦电容是把输出信号的干扰作为滤除对象。要注意的是,电源线上也会产生高频干扰,所以也有去耦电容。

以上就是一些电容的常见作用,由于篇幅有限,讲解的并不是很全面,欢迎各位读者在评论区留言指导,也可以点开作者首页查看其他文章哦。

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