电容

电容的选择

通常,应该如何为我们的电路选择一颗合适的电容呢?笔者认为,应基于以下几点考虑:

1、静电容量;
2、额定耐压;
3、容值误差;
4、直流偏压下的电容变化量;
5、噪声等级;
6、电容的类型;
7、电容的规格。

那么,是否有捷径可寻呢?其实,电容作为器件的外围元件,几乎每个器件的 Datasheet 或者 Solutions,都比较明确地指明了外围元件的选择参数,也就是说,据此可以获得基本的器件选择要求,然后再进一步完善细化之。其实选用电容时不仅仅是只看容量和封装,具体要看产品所使用环境,特殊的电路必须用特殊的电容。

下面是 chip capacitor 根据电介质的介电常数分类, 介电常数直接影响电路的稳定性。

电容的选择NP0 or CH (K < 150): 电气性能最稳定,基本上不随温度﹑电压与时间的改变而改变,适用于对稳定性要求高的高频电路。鉴于K 值较小,所以在0402、0603、0805 封装下很难有大容量的电容。如 0603 一般最大的 10nF以下。

电容的选择X7R or YB (2000 < K < 4000): 电气性能较稳定,在温度﹑电压与时间改变时性能的变化并不显著(ΔC < ±10%)。适用于隔直、偶合、旁路与对容量稳定性要求不太高的全频鉴电路。

电容的选择Y5V or YF(K > 15000): 容量稳定性较 X7R 差(ΔC < +20% ~ -80%),容量﹑损耗对温度、电压等测试条件较敏感,但由于其K 值较大,所以适用于一些容值要求较高的场合。

电容的分类

电容的分类方式及种类很多,基于电容的材料特性,其可分为以下几大类:

  •   铝电解电容
电容容量范围为0.1μF ~ 22000μF,高脉动电流、长寿命、大容量的不二之选,广泛应用于电源滤波、解藕等场合。

  •   薄膜电容
电容容量范围为0.1pF ~ 10μF,具有较小公差、较高容量稳定性及极低的压电效应,因此是X、Y 安全电容、EMI/EMC 的首选。

  •   钽电容
电容容量范围为2.2μF ~ 560μF,低等效串联电阻(ESR)、低等效串联电感(ESL)。脉动吸收、瞬态响应及噪声抑制都优于铝电解电容,是高稳定电源的理想选择。

  •   陶瓷电容
电容容量范围为0.5pF ~ 100μF,独特的材料和薄膜技术的结晶,迎合了当今“更轻、更薄、更节能“的设计理念。

  •   超级电容
电容容量范围为0.022F ~ 70F,极高的容值,因此又称做“金电容”或者“法拉电容”。主要特点是:超高容值、良好的充/放电特性,适合于电能存储和电源备份。缺点是耐压较低,工作温度范围较窄。

摘自:6星

围观 373

对于主电源掉电后需要继续工作一段时间来用于数据保存或者发出报警的产品,我们往往都能够看见产品PCB板上有大电容甚至是超级电容器的身影。大容量的电容虽然能延时系统掉电,使得系统在电源意外关闭时MCU能继续完成相应操作,而如果此时重新上电,却经常遇到系统无法启动的问题。那么这到底是怎么回事呢?遇到这种情况又该如何处理呢?

一、上电失败问题分析

1. 上电缓慢引起的启动失败

对于需要进行掉电保存或者掉电报警功能的产品,利用大容量电容缓慢放电的特性来实现这一功能往往是很多工程师的选择,以便系统在外部电源掉电的情况下,依靠电容的储能来维持系统需要的重要数据保存及安全关闭的时间。此外,在不需要掉电保存数据的系统中,为了防止电源纹波、电源干扰及负载变比引起供电电压的波动,在电源输出端也需要并接一个适当的滤波电容。

电路中增加电容,虽然使系统在某些方面能满足设计要求,但是由于电容的存在,系统的上电时间也会相应的延长,下电时由于电容放电缓慢,下电时间也会更长。而上下电时间的延长,对于MCU来说,往往会带来意外的致命缺点。

比如某系列的MCU,就经常能遇到客户反馈说系统在掉电后重新上电,系统启动失败的问题,一开始工程师以为是软件的问题,花费了很大的时间和精力来找BUG,问题仍然没有很好的得到解决。后来查翻手册发现,发现该系列的MCU对于上电时间是有一定要求的(其实几乎所有品牌的MCU都有上下电时序要求)。

如何处理由电源引起的MCU启动失败?
图1上电要求

从图1我们可以看出,芯片输入电源从200mV以下为起点上升到VDD的时间tr,手册要求是最长不能超过500ms。而电路中的大电容乃至超级电容,显然会大大拉长这个上电时间,对于没有详细选择参数的电源设计来说,这个时间甚至可能会远远大于500ms。这样的话就不能很好地满足芯片的上电时间要求,从而导致系统无法启动,或者器件内部上电时序混乱而引起器件闩锁的问题。

所以电源的上电缓慢对于MCU处理器来说,有时也是一个“头痛”问题,那么如何有效的解决上电缓慢这个问题呢?先别急,我们再来说说系统下电缓慢带来的问题。而且下电缓慢引起的问题,比上电时间过长的问题更普遍。

2. 下电缓慢引起的启动失败

其实上面提到的上电图中,还有一个至关重要的参数,那就是图中的twait。我们可以从图中看到twait的最小数值为12μs。这个参数的含义就是说,在上电之前,芯片的输入电源需保持在200mV以下至少12μs的时间。这个参数就要求我们的电路在掉电后,如果需要对系统重新上电的话,必须让芯片的输入电源电压至少有12μs的时间是在200mV以下。换个角度表述就是:在下电后,必须让MCU的供电电压降到200mV以下才能再次上电(12μs很短,几乎可以忽略),系统才能可靠运行。

由于电路中存在大电容,系统负载又小,导致电路下电缓慢,当我们再次上电时,芯片电源电压此时可能还没有降到200mV 以下,如下图2所示:

如何处理由电源引起的MCU启动失败?
图2缓慢掉电再上电示意图

由于电路中存在较大的电容,在系统掉电后,系统负载不能很快的泄放能量时,就会出现MCU等数字器件掉电缓慢的情况。此时重新上电的话,由于不符合上文提到的降到200mV以下 12μs以上的要求,芯片内部就没有及时“归零”。对MCU等数字器件来说,这是一种不确定的状态,此时再对系统进行重新上电的操作,就容易造成MCU逻辑混乱,从而出现器件闩锁,系统不能启动的情况。

掉电缓慢也会导致MCU等数字器件内部掉电时序的混乱,特别是对于需要多路电源的MCU处理器,它们对于上电时序和掉电时序有更高的要求,内部时序的混乱会引起器件闩锁,系统无法启动。这也是为什么很多产品重启时,系统往往无法启动。

因此我们可以看出,系统上电或下电缓慢都有可能会造成MCU无法启动或者启动异常的情况,那么如何对缓慢的上电放电过程进行干预,提升上电斜率,缩短掉电时间呢?

二、解决方案推荐

当遇到系统启动失败的问题时,请先使用示波器检查器件的供电引脚是不是存在上电缓慢,掉电缓慢,不彻底的情况。当遇到该情况时,可以选择在电路中搭配使用广州周立功单片机科技有限公司研发的小体积、低内阻的电源调理模块:QOD-ADJ。

该模块可以保证在系统上电时,当电压达到额定电压的约70%-75%左右才开启输出,此后输出跟随输入,相当于给系统一个极快上电的电源。下电时,该模块可以对电容残存电压自动放电,可以在极短的时间内到达100mV以下,从而解决短时间内再次上电时系统处于锁死状态的问题。正所谓是上电下电两不误!使系统上下电都能稳定可靠。

如何处理由电源引起的MCU启动失败?
图3 QOD-ADJ模块

QOD-ADJ具有以下功能:
• 在系统电源开启时的快速上电,提升上电斜率;
• 电源关断时使容性负载快速放电到近0V的状态;
• 可外部控制的单通道负载开关;
• 使用简单方便,串入需要控制的电路中即可。

三、产品使用示例

使用下图4所示电路进行对我们的产品进行测试:

如何处理由电源引起的MCU启动失败?
图4测试电路图

当VIN=5V,Cin=2.5F(超级电容),CL=100μF,RL=10Ω时的上电曲线和掉电曲线如图5图6输入端2.5F超级电容及负载10Ω下电曲线所示。
如何处理由电源引起的MCU启动失败?
图5输入端2.5F超级电容及负载10Ω上电曲线

如何处理由电源引起的MCU启动失败?
图6输入端2.5F超级电容及负载10Ω下电曲线

1. 显著缩短上电时间

由上面两图可以清楚的看出因为有超级电容的存在,VIN的上电曲线(蓝色曲线)爬升缓慢,而经过模块之后(Vout红色曲线)显著缩短了上电时间,使后级电路能在短时间内达到一种确定的状态。

2. 显著加快掉电速度

由图可以看出在系统掉电时,由于有超级电容的存在,模块前端(蓝色曲线)掉电速度,异常缓慢,经过模块之后(红色曲线)能显著加快放电速度,使得后级电路在极短的时间内到达一种确定的状态。
系统中的器件对于电源的上下电有严格的要求,在产品的设计当中,要关注核心器件的上下电要求,包括上下电的时序,斜率等,不合理的设计往往会引起系统上电无法启动等异常情况。

转自:21IC.com

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作为无源元件之一的电容,其作用不外乎以下几种:

1、应用于电源电路,实现旁路、去藕、滤波和储能的作用。

下面分类详述之:

(1)旁路
旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件,它能使稳压器的输出均匀化,降低负载需求。 就像小型可充电电池一样,旁路电容能够被充电,并向器件进行放电。 为尽量减少阻抗,旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。 这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。

(2)去藕
去藕,又称解藕。 从电路来说, 总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大, 驱动电路要把电容充电、放电, 才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候, 电流比较大, 这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感,电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声,会影响前级的正常工作,这就是所谓的“耦合”。

去藕电容就是起到一个“电池”的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰。将旁路电容和去藕电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般取0.1μF、0.01μF 等;而去耦合电容的容量一般较大,可能是10μF 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。

旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象,防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。

(3)滤波
从理论上(即假设电容为纯电容)说,电容越大,阻抗越小,通过的频率也越高。但实际上超过1μF 的电容大多为电解电容,有很大的电感成份,所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容,这时大电容通低频,小电容通高频。电容的作用就是通高阻低,通高频阻低频。电容越大低频越容易通过,电容越大高频越容易通过。具体用在滤波中,大电容(1000μF)滤低频,小电容(20pF)滤高频。

曾有网友形象地将滤波电容比作“水塘”。由于电容的两端电压不会突变,由此可知,信号频率越高则衰减越大,可很形象的说电容像个水塘,不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。它把电压的变动转化为电流的变化,频率越高,峰值电流就越大,从而缓冲了电压。滤波就是充电,放电的过程。

(4)储能
储能型电容器通过整流器收集电荷,并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。 电压额定值为40~450VDC、电容值在220~150 000μF 之间的铝电解电容器(如EPCOS 公司的 B43504 或B43505)是较为常用的。根据不同的电源要求,器件有时会采用串联、并联或其组合的形式, 对于功率级超过10KW 的电源,通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。

2、应用于信号电路,主要完成耦合、振荡/同步及时间常数的作用:

(1)耦合
举个例子来讲,晶体管放大器发射极有一个自给偏压电阻,它同时又使信号产生压降反馈到输入端形成了输入输出信号耦合, 这个电阻就是产生了耦合的元件,如果在这个电阻两端并联一个电容, 由于适当容量的电容器对交流信号较小的阻抗,这样就减小了电阻产生的耦合效应,故称此电容为去耦电容。

(2)振荡/同步
包括RC、LC 振荡器及晶体的负载电容都属于这一范畴。

(3)时间常数
这就是常见的 R、C 串联构成的积分电路。当输入信号电压加在输入端时,电容(C)上的电压逐渐上升。而其充电电流则随着电压的上升而减小。电流通过电阻(R)、电容(C)的特性通过下面的公式描述:
i = (V / R)e - (t / CR)

未完待续......

摘自:6星

围观 389
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我们选择无极性电容式,不知道大家是否有注意到电容的X5R,X7R,Y5V,COG等等看上去很奇怪的参数,有些摸不着头脑,本人特意为此查阅了相关的文献,现在翻译出来奉献给大家。

这类参数描述了电容采用的电介质材料类别,温度特性以及误差等参数,不同的值也对应着一定的电容容量的范围。具体来说,就是:

X7R常用于容量为3300pF~0.33uF的电容,这类电容适用于滤波,耦合等场合,电介质常数比较大,当温度从0°C变化为70°C时,电容容量的变化为±15%;

Y5P与Y5V常用于容量为150pF~2nF的电容,温度范围比较宽,随着温度变化,电容容量变化范围为±10%或者+22%/-82%。

对于其他的编码与温度特性的关系,大家可以参考表4-1。例如,X5R的意思就是该电容的正常工作温度为-55°C~+85°C,对应的电容容量变化为±15%。

表4-1 电容的温度与容量误差编码

电容参数:X5R,X7R,Y5V,COG 详解

下面我们仅就常用的NPO、X7R、Z5U和Y5V来介绍一下它们的性能和应用 以及采购中应注意的订货事项以引起大家的注意。不同的公司对于上述不同性能的电容器可能有不同的命名方法,这里我们引用的是AVX公司的命名方法,其他公 司的产品请参照该公司的产品手册。 NPO、X7R、Z5U和Y5V的主要区别是它们的填充介质不同。在相同的体积下由于填充介质不同所组成的电容器的容量就不同,随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同。所以在使用电容器时应根据电容器在电路中作用不同来选用不同的电容器。

一 NPO电容器

NPO是一种最常用的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器。它的填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成的。NPO电容器是电容量和介质损耗最稳定的电容器之一。在温度从-55℃到+125℃时容量变化为0±30ppm/℃,电容量随频率的变化小于±0.3ΔC。NPO电容的漂移或滞后小于±0.05%,相对大于±2%的薄膜电容来说是可以忽略不计的。其典型的容量相对使用寿命的变化小于±0.1%。NPO电容器随封装形式不同其电容量和介质损耗随频率变化的特性也不同,大封装尺寸的要比小封装尺寸的频率特性好。

下面给出了NPO电容器可选取的容量范围。

封 装 DC=50V DC=100V
  0805 0.5---1000pF 0.5---820pF
  1206 0.5---1200pF 0.5---1800pF
  1210 560---5600pF 560---2700pF
  2225 1000pF---0.033μF 1000pF---0.018μF

NPO电容器适合用于振荡器、谐振器的槽路电容,以及高频电路中的耦合电容。

二 X7R电容器

X7R电容器被称为温度稳定型的陶瓷电容器。当温度在-55℃到+125℃时其容量变化为15%,需要注意的是此时电容器容量变化是非线性的。

X7R电容器的容量在不同的电压和频率条件下是不同的,它也随时间的变化而变化,大约每10年变化1%ΔC,表现为10年变化了约5%。

X7R电容器主要应用于要求不高的工业应用,而且当电压变化时其容量变化是可以接受的条件下。它的主要特点是在相同的体积下电容量可以做的比较大。

下面给出了X7R电容器可选取的容量范围。

封 装 DC=50V DC=100V
0805 330pF---0.056μF 330pF---0.012μF
1206 1000pF---0.15μF 1000pF---0.047μF
1210 1000pF---0.22μF 1000pF---0.1μF
2225 0.01μF---1μF 0.01μF---0.56μF

三 Z5U电容器

Z5U电容器称为”通用”陶瓷单片电容器。这里首先需要考虑的是使用温度范围,对于Z5U电容器主要的是它的小尺寸和低成本。对于上述三种陶瓷 单片电容起来说在相同的体积下Z5U电容器有最大的电容量。但它的电容量受环境和工作条件影响较大,它的老化率最大可达每10年下降5%。

尽管它的容量不稳定,由于它具有小体积、等效串联电感(ESL)和等效串联电阻(ESR)低、良好的频率响应,使其具有广泛的应用范围。尤其是在退耦电路的应用中。

下面给出了Z5U电容器的取值范围

封 装 DC=25V DC=50V
0805 0.01μF---0.12μF 0.01μF---0.1μF
1206 0.01μF---0.33μF 0.01μF---0.27μF
1210 0.01μF---0.68μF 0.01μF---0.47μF
2225 0.01μF---1μF 0.01μF---1μF

Z5U电容器的其他技术指标如下:

工作温度范围 +10℃ --- +85℃
温度特性 +22% ---- -56%
介质损耗 最大 4%

四 Y5V电容器

Y5V电容器是一种有一定温度限制的通用电容器,在-30℃到85℃范围内其容量变化可达+22%到-82%。
Y5V的高介电常数允许在较小的物理尺寸下制造出高达4.7μF电容器。

Y5V电容器的取值范围如下所示

封 装 DC=25V DC=50V
0805 0.01μF---0.39μF 0.01μF---0.1μF
1206 0.01μF---1μF 0.01μF---0.33μF
1210 0.1μF---1.5μF 0.01μF---0.47μF
2225 0.68μF---2.2μF 0.68μF---1.5μF

Y5V电容器的其他技术指标如下:

工作温度范围 -30℃ --- +85℃
温度特性 +22% ---- -82%
介质损耗 最大 5%

贴片电容器命名方法可到AVX网站上找到。

NPO,X7R及Y5V电容的特性及主要用途

NPO的特性及主要用途

属1类陶瓷介质,电气性能稳定,基本上不随时间、温度、电压变化,适用于高可靠、高稳定的高额、特高频场合。
特性:
电容范围 1pF~0.1uF (1±0.2V rms 1MHz)
环境温度: -55℃~+125℃ 组别:CG
温度特性: 0±30ppm/℃
损耗角正切值: 15x10-4
绝缘电阻: ≥10GΩ
抗电强度: 2.5倍额定电压 5秒 浪涌电流:≤50毫安

X7R的特性及主要用途

属2类陶瓷介质,电气性能较稳定,随时间、温度、电压的变化,其特性变化不明显,适用于要求较高的耦合、旁路、源波电路以及10兆周以下的频率场合。
特性:
电容范围 300pF~3.3uF (1.0±0.2V rms 1KHz)
环境温度: -55℃~+125℃ 组别:2X1
温度特性: ±15%
损耗角正切值: 100Volts: 2.5% max
50Volts: 2.5% max
25Volts: 3.0% max
16Volts: 3.5% max
10Volts: 5.0% max
绝缘电阻: ≥4GΩ或 ≥100S/C (单位:MΩ)
抗电强度: 2.5倍额定电压 5秒 浪涌电流:≤50毫安

Y5V的特性及主要用途

属 2类陶瓷介质,具有很高的介电系数,能较容易做到小体积,大容量,其容量随温度变化比较明显,但成本较低。广泛应用于对容量,损耗要求不高的场合。
特性:
电容范围 1000pF~22uF (0.3V 1KHz)
环境温度: -30℃~+85℃
温度特性: ±22%~-82%
损耗角正切值: 50Volts: 3.5%
25Volts: 5.0%
16Volts: 7.0%
绝缘电阻: ≥4GΩ或 ≥100S/C (单位:MΩ)
抗电强度: 2.5倍额定电压 5秒 浪涌电流:≤50毫安

围观 720

DLP技术是一种利用数字微镜器件(DMD)调节光线的微机电系统(MEMS) 技术。DMD的每个微镜都在屏幕上代表一个像素,并且独立进行调节,与色序照明保持同步,从而打造令人惊叹的显示效果。DLP技术支持全球许多产品的显示,从数字影院投影机到智能手机。

2014年,一种基于突破性微镜技术的全新DLP Pico芯片组问世,这种微镜技术被称为DLP TRP。DLP TRP芯片组的像素间距仅为5.4μm,偏转角度增加到了17度,分辨率更高、功耗更低,并增强了图像处理功能,同时依然保持了DLP技术一流的光学效率。德州仪器TRP芯片组非常适用于任何在紧凑尺寸下要求以低功耗提供高分辨率和高亮度的显示系统。

近眼显示器使用DLP技术有以下几个关键优势:

● 光学效率高——DLP技术提供非常高的光学效率。微型铝微镜可将入射光的绝大部分反射出来,能以更低的照明功率创造更明亮的近眼显示。

● 与偏振无关——DLP 技术能与包括LED、激光、激光荧光体和灯泡在内的任何光源一起使用。如果采用LED等非偏振光源,基于DLP的解决方案产生的光学系统效率高,因为它无需进行偏振转换,可以弥补损耗。

光学效率的优势使得DLP技术尤其适合更高亮度的近眼显示应用,如透视与更大视场应用。随着亮度的增加,DLP系统的功耗优势也更加明显。DLP Pico芯片组配备了小型、高效的控制器和支持集成式可靠系统的PMIC/LED驱动器,具有尺寸小、功耗低的特点。控制器仅为7mm&TImes;7mm,PMIC仅为3.4mm&TImes;3.2mm。DMD与控制器组合的典型功耗为150mW~300mW,具体取决于阵列大小和分辨率。图11显示了采用DLP技术解决方案的近眼显示器应用的典型系统框图。

盘点DLP技术应用电路设计方面的注意事项
图10:小型电路板设计示例

盘点DLP技术应用电路设计方面的注意事项
图11:系统框图示例

DLP控制器通过I2C与前端处理器通信,并通过并行接口接收24位RGB视频数据。前端处理器使用PROJ_ON信号控制DLP系统的上下电。PMIC/LED驱动器为控制器和DMD提供所有必需的电源,而集成式LED驱动器提供可配置的RGB LED电流。

表2中的芯片组非常适合近眼显示器应用。

盘点DLP技术应用电路设计方面的注意事项
表2,适合近眼显示器的芯片组

DLP技术是市场上最成熟的显示技术之一。现已售出数百万计的DLP芯片,而且DLP影院是全球近90%的数字影院银幕所选用的技术。面向近眼显示器的DLP芯片组采用相同的核心技术,并将其转换成微型显示器,可在几乎任何近眼显示器应用中创建影院级图像质量。

转自: 电子产品世界

围观 516

看了详细解析电源滤波电容的选取与计算(一),做个粗略的总结。

1.电容对地滤波,需要一个较小的电容并联对地,对高频信号提供了一个对地通路。
2.电源滤波中电容对地脚要尽可能靠近地。
3.理论上说电源滤波用电容越大越好,一般大电容滤低频波,小电容滤高频波。
4.可靠的做法是将一大一小两个电容并联,一般要求相差两个数量级以上,以获得更大的滤波频段。

滤波电容的选取原则

经过整流桥以后的是脉动直流,波动范围很大。后面一般用大小两个电容;
大电容用来稳定输出,众所周知电容两端电压不能突变,因此可以使输出平滑;
小电容是用来滤除高频干扰的,使输出电压纯净;
电容越小,谐振频率越高,可滤除的干扰频率越高;

容量选择:
(1)大电容,负载越重,吸收电流的能力越强,这个大电容的容量就要越大
(2)小电容,凭经验,一般104即可

1.别人的经验(来自互联网)

1、电容对地滤波,需要一个较小的电容并联对地,对高频信号提供了一个对地通路。
2、电源滤波中电容对地脚要尽可能靠近地。
3、理论上说电源滤波用电容越大越好,一般大电容滤低频波,小电容滤高频波。
4、可靠的做法是将一大一小两个电容并联,一般要求相差两个数量级以上,以获得更大的滤波频段。

具体案例: AC220-9V再经过全桥整流后,需加的滤波电容是多大的? 再经78LM05后需加的电容又是多大?
前者电容耐压应大于15V,电容容量应大于2000微发以上。 后者电容耐压应大于9V,容量应大于220微发以上。

2.有一电容滤波的单相桥式整流电路,输出电压为24V,电流为500mA,

要求:
(1)选择整流二极管;
(2)选择滤波电容;
(3)另:电容滤波是降压还是增压?

(1)因为桥式是全波,所以每个二极管电流只要达到负载电流的一半就行了,所以二极管最大电流要大于250mA;电容滤波式桥式整流的输出电压等于输入交流电压有效值的1.2倍,所以你的电路输入的交流电压有效值应是20V,而二极管承受的最大反压是这个电压的根号2倍,所以,二极管耐压应大于28.2V。
(2)选取滤波电容:1、电压大于28.2V;2、求C的大小:公式RC≥(3--5)×0.1秒,本题中R=24V/0.5A=48欧
所以可得出C≥(0.00625--0.0104)F,即C的值应大于6250μF。
(3)电容滤波是升高电压。

滤波电容的选用原则

在电源设计中,滤波电容的选取原则是: C≥2.5T/R
其中: C为滤波电容,单位为UF;
T为频率, 单位为Hz
R为负载电阻,单位为Ω
当然,这只是一般的选用原则,在实际的应用中,如条件(空间和成本)允许,都选取C≥5T/R。

3.滤波电容的大小的选取

PCB制版电容选择
印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时。操作它们时均会产生较大火花放电,必须采用RC吸收电路来吸收放电电流。一般R取1~2kΩ,C取2.2~4.7μF。

一般的10PF左右的电容用来滤除高频的干扰信号,0.1UF左右的用来滤除低频的纹波干扰,还可以起到稳压的作用滤波电容具体选择什么容值要取决于你PCB上主要的工作频率和可能对系统造成影响的谐波频率,可以查一下相关厂商的电容资料或者参考厂商提供的资料库软件,根据具体的需要选择。至于个数就不一定了,看你的具体需要了,多加一两个也挺好的,暂时没用的可以先不贴,根据实际的调试情况再选择容值。如果你PCB上主要工作频率比较低的话,加两个电容就可以了,一个虑除纹波,一个虑除高频信号。如果会出现比较大的瞬时电流,建议再加一个比较大的钽电容。

其实滤波应该也包含两个方面,也就是各位所说的大容值和小容值的,就是去耦和旁路。原理我就不说了,实用点的,一般数字电路去耦0.1uF即可,用于10M以下;20M以上用1到10个uF,去除高频噪声好些,大概按C=1/f 。旁路一般就比较的小了,一般根据谐振频率一般为0.1或0.01uF。

说到电容,各种各样的叫法就会让人头晕目眩,旁路电容,去耦电容,滤波电容等等,其实无论如何称呼,它的原理都是一样的,即利用对交流信号呈现低阻抗的特性,这一点可以通过电容的等效阻抗公式看出来:Xcap=1/2лfC,工作频率越高,电容值越大则电容的阻抗越小。

在电路中,如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路,就称为旁路电容;如果主要是为了增加电源和地的交流耦合,减少交流信号对电源的影响,就可以称为去耦电容;如果用于滤波电路中,那么又可以称为滤波电容;除此以外,对于直流电压,电容器还可作为电路储能,利用冲放电起到电池的作用。而实际情况中,往往电容的作用是多方面的,我们大可不必花太多的心思考虑如何定义。本文里,我们统一把这些应用于高速PCB设计中的电容都称为旁路电容。

电容的本质是通交流,隔直流,理论上说电源滤波用电容越大越好。

但由于引线和PCB布线原因,实际上电容是电感和电容的并联电路,(还有电容本身的电阻,有时也不可忽略)
这就引入了谐振频率的概念:ω=1/(LC)1/2
在谐振频率以下电容呈容性,谐振频率以上电容呈感性。
因而一般大电容滤低频波,小电容滤高频波。
这也能解释为什么同样容值的STM封装的电容滤波频率比DIP封装更高。
至于到底用多大的电容,这是一个参考。

电容谐振频率
电容值 DIP (MHz) STM (MHz)
1.0μF 2.5 5
0.1μF 8 16
0.01μF 25 50
1000pF 80 160
100 pF 250 500
10 pF 800 1.6(GHz)
不过仅仅是参考而已,用老工程师的话说——主要靠经验。
更可靠的做法是将一大一小两个电容并联,
一般要求相差两个数量级以上,以获得更大的滤波频段。
一般来讲,大电容滤除低频波,小电容滤除高频波。电容值和你要滤除频率的平方成反比。

具体电容的选择可以用公式C=4Pi*Pi /(R * f * f )
电源滤波电容如何选取,掌握其精髓与方法,其实也不难。
1)理论上理想的电容其阻抗随频率的增加而减少(1/jwc),但由于电容两端引脚的电感效应,这时电容应该看成是一个LC串连谐振电路,自谐振频率即器件的FSR参数,这表示频率大于FSR值时,电容变成了一个电感,如果电容对地滤波,当频率超出FSR后,对干扰的抑制就大打折扣,所以需要一个较小的电容并联对地,可以想想为什么?

原因在于小电容,SFR值大,对高频信号提供了一个对地通路,所以在电源滤波电路中我们常常这样理解:大电容虑低频,小电容虑高频,根本的原因在于SFR(自谐振频率)值不同,当然也可以想想为什么?如果从这个角度想,也就可以理解为什么电源滤波中电容对地脚为什么要尽可能靠近地了。

2)那么在实际的设计中,我们常常会有疑问,我怎么知道电容的SFR是多少?就算我知道SFR值,我如何选取不同SFR值的电容值呢?是选取一个电容还是两个电容?电容的SFR值和电容值有关,和电容的引脚电感有关,所以相同容值的0402,0603,或直插式电容的SFR值也不会相同,当然获取SFR值的途径有两个,1)器件Data sheet,如22pf0402电容的SFR值在2G左右, 2)通过网络分析仪直接量测其自谐振频率,想想如何量测?S21?

知道了电容的SFR值后,用软件仿真,如RFsim99,选一个或两个电路在于你所供电电路的工作频带是否有足够的噪声抑制比.仿真完后,那就是实际电路试验,如调试手机接收灵敏度时,LNA的电源滤波是关键,好的电源滤波往往可以改善几个dB.

滤波电容的选取与计算
从网上看有两种工程常用的计算方法:(参考,感觉有些道理)
一,当要求不是很精确的话,可以根据负载计算,每mA,2uf.
二,按RC时间常数近似等于3~5倍电源半周期估算。给出一例:

负载情况:直流1A,12V。其等效负载电阻12欧姆。
桥式整流:
RC = 3 (T/2)
C = 3 (T/2) / R = 3 x (0.02 / 2 ) / 12 = 2500 (μF)
工程中可取2200 μF,因为没有2500 μF这一规格。若希望纹波小些,按5倍取。这里,T是电源的周期,50HZ时,T = 0.02 秒。

全波整流结果一样,但半波整流时,时间常数加倍。

根据全波整流波形,可以看出,输出电压的平滑与电容充放电时间和信号的频率有关系,当信号的频率增大时,输出电压的波动就分变大,可以改变滤波电容的大小来改变充放电时间,使波动减小.这也反应了上述滤波电容的计算关系.理论上滤波电容越大滤波效果越好,输出电压就越平滑,但在电路接通的瞬间,电路中所产生的冲击电流因素却不能被忽略,这是因为,几乎所有的电子元器件都有其可以通过的最大电流值,所以,在选择电子元器件时,必须考虑冲击电流所带来的流过相关元器件瞬间电流的最大值,冲击电流越大,对电子元器件的要求就越高,电路的成本就会提高。

来源: 电子工程专辑

围观 4546

电感的阻抗与频率成正比,电容的阻抗与频率成反比。所以,电感可以阻扼高频通过,电容可以阻扼低频通过.二者适当组合,就可过滤各种频率信号。如在整流电路中,将电容并在负载上或将电感串联在负载上,可滤去交流纹波。电容滤波属电压滤波,是直接储存脉动电压来平滑输出电压,输出电压高,接近交流电压峰值;适用于小电流,电流越小滤波效果越好。

电感滤波属电流滤波,是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流,输出电压低,低于交流电压有效值;适用于大电流,电流越大滤波效果越好。电容和电感的很多特性是恰恰相反的。

一般情况下,电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号,但即使是低频信号,其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用,电解电容也分为高频电容和低频电容(这里的高频是相对而言)。

低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波,其工作频率与市电一致为50Hz;而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波,其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时,由于低频滤波电容高频特性不好,它在高频充放电时内阻较大,等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化,电容内压力升高,最终导致电容的鼓包和爆裂。

电源滤波电容的大小,平时做设计,前级用4.7u,用于滤低频,二级用0.1u,用于滤高频,4.7uF的电容作用是减小输出脉动和低频干扰,0.1uF的电容应该是减小由于负载电流瞬时变化引起的高频干扰。一般前面那个越大越好,两个电容值相差大概100倍左右。电源滤波,开关电源,要看你的ESR(电容的等效串联电阻)有多大,而高频电容的选择最好在其自谐振频率上。大电容是防止浪涌,机理就好比大水库防洪能力更强一样;小电容滤高频干扰,任何器件都可以等效成一个电阻、电感、电容的串并联电路,也就有了自谐振,只有在这个自谐振频率上,等效电阻最小,所以滤波最好!

电容的等效模型为一电感L,一电阻R和电容C的串联,
电感L为电容引线所至,电阻R代表电容的有功功率损耗,电容C。
因而可等效为串联LC回路求其谐振频率,串联谐振的条件为WL=1/WC,W=2*PI*f,从而得到此式子f = 1/(2pi* LC)。,串联LC回路中心频率处电抗最小表现为纯电阻,所以中心频率处起到滤波效果。引线电感的大小因其粗细长短而不同,接地电容的电感一般是1MM为10nH左右,取决于需要接地的频率。

采用电容滤波设计需要考虑参数:
ESR
ESL
耐压值
谐振频率

那么如何选取电源滤波电容呢?

电源滤波电容如何选取,掌握其精髓与方法,其实也不难
1)、理论上理想的电容其阻抗随频率的增加而减少(1/jwc),但由于电容两端引脚的电感效应,这时电容应该看成是一个LC串连谐振电路,自谐振频率即器件的FSR参数,这表示频率大于FSR值时,电容变成了一个电感,如果电容对地滤波,当频率超出FSR后,对干扰的抑制就大打折扣,所以需要一个较小的电容并联对地.原因在于小电容,SFR值大,对高频信号提供了一个对地通路,

所以在电源滤波电路中我们常常这样理解:大电容滤低频,小电容滤高频,根本的原因在于SFR(自谐振频率)值不同,想想为什么?如果从这个角度想,也就可以理解为什么电源滤波中电容对地脚为什么要尽可能靠近地了。

2)、那么在实际的设计中,我们常常会有疑问,我怎么知道电容的SFR是多少?就算我知道SFR值,

我如何选取不同SFR值的电容值呢?是选取一个电容还是两个电容?

电容的SFR值和电容值有关,和电容的引脚电感有关,所以相同容值的0402,0603,或直插式电容的SFR值也不会相同,当然获取SFR值的途径有两个:1)器件Data sheet,如22pf0402电容的SFR值在2G左右, 2)通过网络分析仪直接量测其自谐振频率,想想如何测量S21?

知道了电容的SFR值后,用软件仿真,如RFsim99,选一个或两个电路在于你所供电电路的工作频带是否有足够的噪声抑制比.仿真完后,那就是实际电路试验,如调试手机接收灵敏度时,LNA的电源滤波是关键,好的电源滤波往往可以改善几个dB。

电容的本质是通交流,隔直流,理论上说电源滤波用电容越大越好.但由于引线和PCB布线原因,实际上电容是电感和电容的并联电路,(还有电容本身的电阻,有时也不可忽略)这就引入了谐振频率的概念:ω=1/(LC)1/2
在谐振频率以下电容呈容性,谐振频率以上电容呈感性.因而一般大电容滤低频波,小电容滤高频波。

这也能解释为什么同样容值的STM封装的电容滤波频率比DIP封装更高.
至于到底用多大的电容,这是一个参考电容谐振频率

电容值 DIP (MHz) STM (MHz)
1.0μF 2.5 5

0.1μF 8 16

0.01μF 25 50

1000pF 80 160

100 pF 250 500

10 pF 800 1.6(GHz)

不过仅仅是参考而已,老工程师说主要靠经验.
更可靠的做法是将一大一小两个电容并联,
一般要求相差两个数量级以上,以获得更大的滤波频段。

来源:网络

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为什么晶振电路中用22pf或30pf的电容而不用别的?

其实单片机和其他一些IC的振荡电路的真名叫“三点式电容振荡电路”,如下图:

细说单片机晶振电路中22pf或30pf电容的作用

Y1是晶体,相当于三点式里面的电感,C1和C2就是电容,5404非门和R1实现一个NPN的三极管,接下来分析一下这个电路。

5404必需要一个电阻,不然它处于饱和截止区,而不是放大区,R1相当于三极管的偏置作用,让5404处于放大区域,那么5404就是一个反相器,这个就实现了NPN三极管的作用,NPN三极管在共发射极接法时也是一个反相器。

大家知道一个正弦振荡电路要振荡的条件是,系统放大倍数大于1,这个容易实现,相位满足360度,与晶振振荡频率相同的很小的振荡就被放大了。接下来主要讲解这个相位问题:

5404因为是反相器,也就是说实现了180°移相,那么就需要C1,C2和Y1实现180°移相就可以,恰好,当C1,C2,Y1形成谐振时,能够实现180移相,这个大家可以解方程等,把Y1当作一个电感来做。也可以用电容电感的特性,比如电容电压落后电流90°,电感电压超前电流90°来分析,都是可以的。当C1增大时,C2端的振幅增强,当C2降低时,振幅也增强。有些时候C1,C2不焊也能起振,这个不是说没有C1,C2,而是因为芯片引脚的分布电容引起的,因为本来这个C1,C2就不需要很大,所以这一点很重要。接下来分析这两个电容对振荡稳定性的影响。

因为5404的电压反馈是靠C2的,假设C2过大,反馈电压过低,这个也是不稳定,假设C2过小,反馈电压过高,储存能量过少,容易受外界干扰,也会辐射影响外界。C1的作用对C2恰好相反。因为我们布板的时候,假设双面板,比较厚的,那么分布电容的影响不是很大,假设在高密度多层板时,就需要考虑分布电容。

有些用于工控的项目,建议不要用无源晶振的方法来起振,而是直接接有源晶振。也是主要由于无源晶振需要起振的原因,而工控项目要求稳定性要好,所以会直接用有源晶振。在有频率越高的频率的晶振,稳定度不高,所以在速度要求不高的情况下会使用频率较低的晶振。

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