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电容器的功能和用途是什么?

发布时间:2022-10-06

电容器是电路设计中最常用的设备,是无源元件之一,有源装置简单地说就是需要能源(电)源的装置叫有源装置, 无需电源的设备是无源设备。电容器在高速电路中也经常发挥重要作用。


一般来说,电容器的功能和用途有很多种。例如:在旁路、去藕、滤波、储能等方面的作用;在振荡、同步和时间常数的作用下……


下面详细分析一下:


1.隔离直流:作用是防止直流通过,让交流通过。


旁路(去耦):为交流电路中的一些并联元件提供低阻抗通路。


旁路电容:旁路电容器,又称退耦电容器,是为某一设备提供能量的储能设备。它利用电容器的频率阻抗特性(理想电容器的频率特性随频率的增加而降低),就像一个池塘,可以均匀输出输出电压,减少负载电压的波动。 旁路电容器应尽可能靠近负载装置的电源管脚和地管脚,这是阻抗要求。PCB特别要注意的是,只有靠近某个组件时,才能抑制电压或其他输电信号过大引起的地电位升高和噪声。说白了就是通过电容将直流电源中的交流重量耦合到电源地,净化直流电源。如图C1是旁路电容,画画时尽量靠近IC1。


去藕电容:去耦电容器是将输出信号的干扰作为过滤对象。去耦电容器相当于电池。利用其充放电,放大后的信号不会受到电流突变的干扰。其容量取决于信号的频率和抑制波纹的程度。去耦电容器起到电池的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互耦合干扰。


旁路电容其实是去藕合的,但旁路电容器一般是指高频旁路,即提高高频开关噪声的低阻抗泄漏方式。高频旁路电容器一般相对较小,根据谐振频率一般采用 0.1F、0.01F 等; 而去耦合电容的容量一般较大,可能是 10F 或更大,根据电路中的分布参数和驱动电流的变化来确定。


区别:旁路是过滤输入信号中的干扰,而去耦是过滤输出信号的干扰,防止干扰信号返回电源。


3.耦合:作为两个电路之间的连接,允许交流信号通过并传输到下一个电路 。


以电容为耦合元件,将前级信号传输到后级,隔断前级直流对后级的影响,使电路调试简单,性能稳定。


如果不放大电容交流信号,就不会改变,但各级工作点需要重新设计。由于前后级的影响,调试工作点非常困难,几乎无法在多级实现。


4.滤波:这对电路非常重要,CPU背后的电容基本都是这样。


也就是说,频率f越大,电容器的阻抗Z就越小。低频时,电容C可以通过有用的信号,因为阻抗Z很小,相当于短路高频噪声GND上去了。


滤波作用:电容越大,阻抗越小,通过频率越高。电解电容一般超过 1F ,其中的电感成份很大,因此频率高后反而阻抗会大。我们经常看到,有时我们会看到一个电容量大的电解电容器并联一个小电容器。事实上,大电容器通过低频和小电容器通过高频,从而充分过滤高频和低频。电容器频率越高,衰减越大。电容器就像一个池塘。几滴水不足以引起很大的变化,也就是说,当电压波动不大时,电压可以缓冲。


5.温度补偿:补偿其他部件对温度适应性不足的影响,提高电路稳定性。


分析:由于定时电容的容量决定了振荡器的振荡频率,因此要求定时电容的容量非常稳定,不会随着环境湿度的变化而变化,从而稳定振荡器的振荡频率。因此,采用正负温度系数的电容释放连接来补充温度。


当工作温度升高时,Cl容量在增加,而C2的容量在减小,两个电容并联后的总容量是两个电容之和,因为一个容量在增加,另一个容量在减少,所以总容量基本不变。


同样,当温度下降时,一个电容器的容量在下降,另一个电容器的容量在增加,总容量基本保持不变,稳定振荡频率,达到温度补偿的目的。


6.计时:电容器与电阻器一起使用,确定电路的时间常数。


当输入信号从低到高跳转时,在缓冲1后输入RC电路。电容充电的特性使得B点的信号不会随着输入信号立即跳转,而是有一个逐渐扩大的过程。当它变大到一定程度时,缓冲2翻转,在输出端从低到高延迟跳转。


时间常数:以常见的 RC 以串联构成积分电路为例。当输入信号电压添加到输入端时,电容器上的电压逐渐上升。随着电压的升高,电阻R和电容C串联连接到输入信号VI,信号由电容C输出V0,当RC (τ)输入方波的数值和宽度tW之间满足:τ》》tW,这种电路称为积分电路


7.调谐:系统调谐与频率相关的电路,如手机、收音机、电视等。


二极管调谐电路极管


因为lc调谐振荡电路的谐振频率是lc的函数,我们发现振荡电路的最大与最小谐振频率之比随着电容比的平方根变化。此处电容比是指反偏电压最小时的电容与反偏电压最大时的电容之比。因而,电路的调谐特征曲线(偏压一谐振频率)基本上是一条抛物线。


8.整流:在预定时间打开或关闭导体开关元件。


9.储能:必要时释放储能。


比如相机闪光灯、加热设备等。(现在有些电容器的储能水平接近锂电池的水平,一个电容器储存的电能可以供手机使用一天。


储能作用:一般来说,电解电容会起到储能的作用。对于具有特殊储能功能的电容器,电容储能机制为双层电容器和法拉第电容器,主要形式为超级电容储能,其中超级电容器采用双层原理,当外部电压加到超级电容器的两个电极板上时,与普通电容器一样,电极板的正电极储存正电荷,负电极板储存负电荷,在电解质和电极之间的界面上形成相反的电荷,以平衡电解质的内电场。这种正负电荷在两个不同相之间的接触面上排列在正负电荷之间的相反位置。这种电荷分布层称为双层,因此电容非常大。

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