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濾波電容、去耦電容、旁路電容的作用

來源:濟南磐龍筆記本交換機維修作者:濟南磐龍維修網址:http://caifu94670.cn

濾波電容、去耦電容、旁路電容的作用

濾波電容用在電源整流電路中,用來濾除交流成分。使輸出的直流更平滑。
去耦電容用在放大電路中不需要交流的地方,用來消除自激,使放大器穩定工作。
旁路電容用在有電阻連接時,接在電阻兩端使交流信号順利通過。

1.關于去耦電容蓄能作用的理解

1)去耦電容主要是去除高頻如RF信号的幹擾,幹擾的進入方式是通過電磁輻射。




而實際上,芯片附近的電容還有蓄能的作用,這是第二位的。







你可以把總電源看作密雲水庫,我們大樓内的家家戶戶都需要供水,





這時候,水不是直接來自于水庫,那樣距離太遠了,





等水過來,我們已經渴的不行了。





實際水是來自于大樓頂上的水塔,水塔其實是一個buffer的作用。






如果微觀來看,高頻器件在工作的時候,其電流是不連續的,而且頻率很高,





而器件VCC到總電源有一段距離,即便距離不長,在頻率很高的情況下,





阻抗Z=i*wL+R,線路的電感影響也會非常大,





會導緻器件在需要電流的時候,不能被及時供給。





而去耦電容可以彌補此不足。





這也是為什麼很多電路闆在高頻器件VCC管腳處放置小電容的原因之一




(在vcc引腳上通常并聯一個去藕電容,這樣交流分量就從這個電容接地。)


2)有源器件在開關時産生的高頻開關噪聲将沿着電源線傳播。去耦電容的主要功能就是提供







一 個局部的直流電源給有源器件,以減少開關噪聲在闆上的傳播和将噪聲引導到地


2.旁路電容和去耦電容的區别





去耦:去除在器件切換時從高頻器件進入到配電網絡中的RF能量。去耦電容還可以為器件



供局部化的DC電壓源,它在減少跨闆浪湧電流方面特别有用。

旁路:從元件或電纜中轉移出不想要的共模RF能量。這主要是通過産生AC旁路消除無意的能量進入敏感的部分,另外還可以提供基帶濾波功能(帶寬受限)。

我們經常可以看到,在電源和地之間連接着去耦電容,它有三個方面的作用:一是作為本集成電路的蓄能電容;二是濾除該器件産生的高頻噪聲,切斷其通過供電回路進行傳播的通路;三是防止電源攜帶的噪聲對電路構成幹擾。





在電子電路中,去耦電容和旁路電容都是起到抗幹擾的作用,電容所處的位置不同,稱呼就不一樣了。對于同一個電路來說,旁路(bypass)電容是把 輸入信号中的高頻噪聲作為濾除對象,把前級攜帶的高頻雜波濾除,而去耦(decoupling)電容也稱退耦電容,是把輸出信号的幹擾作為濾除對象。


濾波電容的選擇




經過整流橋以後的是脈動直流,波動範圍很大。後面一般用大小兩個電容,大電容用來穩定輸出,衆所周知電容兩端電壓不能突變,因此可以使輸出平滑,小電容是用來濾除高頻幹擾的,使輸出電壓純淨,電容越小,諧振頻率越高,可濾除的幹擾頻率越高

容量選擇:
(1)大電容,負載越重,吸收電流的能力越強,這個大電容的容量就要越大
(2)小電容,憑經驗,一般104即可
1、電容對地濾波,需要一個較小的電容并聯對地,對高頻信号提供了一個對地通路。
2、電源濾波中電容對地腳要盡可能靠近地。
3、理論上說電源濾波用電容越大越好,一般大電容濾低頻波,小電容濾高頻波。
4、可靠的做法是将一大一小兩個電容并聯,一般要求相差兩個數量級以上,以獲得更大的濾波頻段.

具體案例: AC220-9V再經過全橋整流後,需加的濾波電容是多大的? 再經78LM05後需加的電容又是多大?
前者電容耐壓應大于15V,電容容量應大于2000微發以上。 後者電容耐壓應大于9V,容量應大于220微發以上。
2.有一電容濾波的單相橋式整流電路,輸出電壓為24V,電流為500mA,要求:
(1)選擇整流二極管;
(2)選擇濾波電容;
(3)另:電容濾波是降壓還是增壓?
(1)因為橋式是全波,所以每個二極管電流隻要達到負載電流的一半就行了,所以二極管最大電流要大于250mA;電容濾波式橋式整流的輸出電壓等于輸入交 流電壓有效值的1.2倍,所以你的電路輸入的交流電壓有效值應是20V,而二極管承受的最大反壓是這個電壓的根号2倍,所以,二極管耐壓應大于 28.2V。
(2)選取濾波電容:1、電壓大于28.2V;2、求C的大小:公式RC≥(3--5)×0.1秒,本題中R=24V/0.5A=48歐
所以可得出C≥(0.00625--0.0104)F,即C的值應大于6250μF。
(3)電容濾波是升高電壓。

濾波電容的選用原則

在電源設計中,濾波電容的選取原則是:



C≥2.5T/R

























其中: C為濾波電容,單位為UF;

































T為頻率, 單位為Hz

































R為負載電阻,單位為Ω



當然,這隻是一般的選用原則,在實際的應用中,如條件(空間和成本)允許,都選取C≥5T/R.



3.濾波電容的大小的選取




























PCB制版電容選擇

印制闆中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時.操作它們時均會産生較大火花放電,必須采
用RC吸收電路來吸收放電電流。一般R取1~2kΩ,C取2.2~4.7μF




一般的10PF左右的電容用來濾除高頻的幹擾信号,0.1UF左右的用來濾除低頻的紋波幹擾,還
可以起到穩壓的作用。

濾波電容具體選擇什麼容值要取決于你PCB上主要的工作頻率和可

能對系統造成影響的諧波頻率,可以查一下相關廠商的電容資料或者參考廠商提供的資料庫
軟件,根據具體的需要選擇。至于個數就不一定了,看你的具體需要了,多加一兩個也挺好
的,暫時沒用的可以先不貼,根據實際的調試情況再選擇容值。如果你PCB上主要工作頻率
比較低的話,加兩個電容就可以了,一個慮除紋波,一個慮除高頻信号。如果會出現比較大
的瞬時電流,建議再加一個比較大的钽電容。




其實濾波應該也包含兩個方面,也就是各位所說的大容值和小容值的,就是去耦和旁路。

原理我就不說了,實用點的,一般數字電路去耦0.1uF即可,用于10M以下;20M以上用1到
10個uF,去除高頻噪聲好些,大概按C=1/f 。旁路一般就比較的小了,一般根據諧振頻率
一般為0.1或0.01uF




說到電容,各種各樣的叫法就會讓人頭暈目眩,旁路電容,去耦電容,濾波電容等等,其

實無論如何稱呼,它的原理都是一樣的,即利用對交流信号呈現低阻抗的特性,這一點可
以通過電容的等效阻抗公式看出來:Xcap=1/2лfC,工作頻率越高,電容值越大則電容的
阻抗越小.。在電路中,如果電容起的主要作用是給交流信号提供低阻抗的通路,就稱為旁
路電容;如果主要是為了增加電源和地的交流耦合,減少交流信号對電源的影響,就可以
稱為去耦電容;如果用于濾波電路中,那麼又可以稱為濾波電容;除此以外,對于直流電
壓,電容器還可作為電路儲能,利用沖放電起到電池的作用。而實際情況中,往往電容的
作用是多方面的,我們大可不必花太多的心思考慮如何定義。本文裡,我們統一把這些應
用于高速PCB設計中的電容都稱為旁路電容.
電容的本質是通交流,隔直流,理論上說電源濾波用電容越大越好。
但由于引線和PCB布線原因,實際上電容是電感和電容的并聯電路,
(還有電容本身的電阻,有時也不可忽略)
這就引入了諧振頻率的概念:ω=1/(LC)1/2
在諧振頻率以下電容呈容性,諧振頻率以上電容呈感性。
因而一般大電容濾低頻波,小電容濾高頻波。
這也能解釋為什麼同樣容值的STM封裝的電容濾波頻率比DIP封裝更高。
至于到底用多大的電容,這是一個參考








電容諧振頻率

電容值



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)

不過僅僅是參考而已,用老工程師的話說——主要靠經驗。
更可靠的做法是将一大一小兩個電容并聯,
一般要求相差兩個數量級以上,以獲得更大的濾波頻段。
一般來講,大電容濾除低頻波,小電容濾除高頻波。電容值和你要濾除頻率的平方成反比

具體電容的選擇可以用公式C=4Pi*Pi /(R * f * f )
電源濾波電容如何選取,掌握其精髓與方法,其實也不難。
1)理論上理想的電容其阻抗随頻率的增加而減少(1/jwc),但由于電容兩端引腳的電感效應
,這時電容應該看成是一個LC串連諧振電路,自諧振頻率即器件的FSR參數,這表示頻率大于
FSR值時,電容變成了一個電感,如果電容對地濾波,當頻率超出FSR後,對幹擾的抑制就大打
折扣,所以需要一個較小的電容并聯對地,可以想想為什麼?
原因在于小電容,SFR值大,對高頻信号提供了一個對地通路,所以在電源濾波電路中我們常
常這樣理解:大電容慮低頻,小電容慮高頻,根本的原因在于SFR(自諧振頻率)值不同,當然也
可以想想為什麼?如果從這個角度想,也就可以理解為什麼電源濾波中電容對地腳為什麼要
盡可能靠近地了.
2)那麼在實際的設計中,我們常常會有疑問,我怎麼知道電容的SFR是多少?就算我知道SFR值
,我如何選取不同SFR值的電容值呢?是選取一個電容還是兩個電容?
電容的SFR值和電容值有關,和電容的引腳電感有關,所以相同容值的0402,0603,或直插式電
容的SFR值也不會相同,當然獲取SFR值的途徑有兩個,1)器件Data sheet,如22pf0402電容的
SFR值在2G左右, 2)通過網絡分析儀直接量測其自諧振頻率,想想如何量測?S21?
知道了電容的SFR值後,用軟件仿真,如RFsim99,選一個或兩個電路在于你所供電電路的工作
頻帶是否有足夠的噪聲抑制比.仿真完後,那就是實際電路試驗,如調試手機接收靈敏度時,
LNA的電源濾波是關鍵,好的電源濾波往往可以改善幾個dB.

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