耦合指信號由第一級向第二級傳遞的過程,一般不加注明時往往是指交流耦合。
退耦是指對電源采取進一步的濾波措施,去除兩級間信號通過電源互相干擾的影響。耦合常數是指耦合電容值與第二級輸入阻抗值乘積對應的時間常數。
退耦有三個目的
1、將電源中的高頻紋波去除,將多級放大器的高頻信號通過電源相互串擾的通路切斷。
2、大信號工作時,電路對電源需求加大,引起電源波動,通過退耦降低大信號時電源波動對輸入級/高電壓增益級的影響。
3、形成懸浮地或是懸浮電源,在復雜的系 統(tǒng)中完成各部分地線或是電源的協調匹,有源器件在開關時產生的高頻開關噪聲將沿著電源線傳播。
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,以減少開關噪聲在板上的傳播和將噪聲引導到地。
干擾的耦合方式
干擾源產生的干擾信號是通過一定的耦合通道對電控系統(tǒng)發(fā)生電磁干擾作用的。干擾的耦合方式無非是通過導線、空間、公共線等作用在電控系統(tǒng)上。
分析下來主要有以下幾種。
直接耦合:
這是干擾侵入最直接的方式,也是系統(tǒng)中存在最普遍的一種方式。
如干擾信號通過導線直接侵入系統(tǒng)而造成對系統(tǒng)的干擾。對這種耦合方式,可采用濾波去耦的方法有效地抑制電磁干擾信號的傳入。
公共阻抗耦合:
這也是常見的一種耦合方式。常發(fā)生在兩個電路的電流有共同通路的情況。
公共阻抗耦合有公共地和電源阻抗兩種。防止這種耦合應使耦合阻抗趨近于零、使干擾源和被干擾對象間沒有公共阻抗。
電容耦合:
又稱電場耦合或靜電耦合,是由于分布電容的存在而產生的一種耦合方式。
電磁感應耦合:
又稱磁場耦合。是由于內部或外部空間電磁場感應的一種耦合方式,防止這種耦合的常用方法是對容易受干擾的器件或電路加以屏蔽。
輻射耦合:
電磁場的輻射也會造成干擾耦合,是一種無規(guī)則的干擾。這種干擾很容易通過電源線傳到系統(tǒng)中去。
另當信號傳輸線較長時,它們能輻射干擾波和接收干擾波,稱為大線效應。
漏電耦合:
所謂漏電耦合就是電阻性耦合。這種干擾常在絕緣降低時發(fā)生。
去藕電容一般容量比較大,也就是避免噪聲耦合到其他部分的意思;旁路電容容量小,提供低阻抗的噪聲回流路徑。
其實這種說法也可以算沒有什么大錯誤。但是經過偶查閱了相關資料,才發(fā)現其實decouple和bypass從根本上來說沒有任何區(qū)別,兩者在稱謂上可以互換。兩者的作用低俗一點說:當電源用。
所謂噪聲其實就是電源的波動,電源波動來自于兩個方面:電源本身的波動,負載對電流需求變化和電源系統(tǒng)相應能力的差別帶來的電壓波動。而去藕和旁路電容都是相對負載變化引起的噪聲來說。
所以他們兩個沒有必要做區(qū)分。而且實際上電容值的大小,數量也是有理論根據可循的,如果隨意選擇,可能會在某些情況下遇到去藕電容(旁路)和分布參數發(fā)生自激振蕩的情況。
所以真正意義上的去藕和旁路都是根據負載和供電系 統(tǒng)的實際情況來說的。沒有必要去做區(qū)分,也沒有本質區(qū)別。
電容是板卡設計中必用的元件,其品質的好壞已經成為我們判斷板卡質量的一個很重要的方面。
電容基礎
1、電容的功能和表示方法
由兩個金屬極,中間夾有絕緣介質構成。電容的特性主要是隔直流通交流,因此多用于級間耦合、濾波、去耦、旁路及信號調諧。
電容在電路中用“C”加數字表示,比如C8,表示在電路中編號為8的電容。
2、電容的分類
電容按介質不同分為:氣體介質電容,液體介質電容,無機固體介質電容,有機固體介質電容電解電容。
按極性分為:有極性電容和無極性電容。按結構可分為:固定電容,可變電容,微調電容。
3、電容的容量
電容容量表示能貯存電能的大小。
電容對交流信號的阻礙作用稱為容抗,容抗與交流信號的頻率和電容量有關,容抗XC=1/2πf c (f表示交流信號的頻率,C表示電容容量)。
4、電容的容量單位和耐壓
電容的基本單位是F(法),其它單位還有:毫法(mF)、微法(uF)、納法(nF)、皮法(pF)。
由于單位F 的容量太大,所以我們看到的一般都是μF、nF、pF的單位。
換算關系:1F=1000000μF,1μF=1000nF=1000000pF。
每一個電容都有它的耐壓值,用V表示。
一般無極電容的標稱耐壓值比較高有:63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V等。
有極電容的耐壓相對比較低,一般標稱耐壓值有:4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V、100V、220V、400V等。
5、電容的標注方法和容量誤差
電容的標注方法分為:直標法、色標法和數標法。
對于體積比較大的電容,多采用直標法。如果是0.005,表示0.005uF=5nF。如果是5n,那就表示的是5nF。
數標法一般用三位數字表示容量大小,前兩位表示有效數字,第三位數字是10的多少次方。如:102表示10x10x10 PF=1000PF,203表示20x10x10x10 PF。
色標法是沿電容引線方向,用不同的顏色表示不同的數字,第一、二種環(huán)表示電容量,第三種顏色表示有效數字后零的個數(單位為pF)。
顏色代表的數值為:黑=0、棕=1、紅=2、橙=3、黃=4、綠=5、藍=6、紫=7、灰=8、白=9。
電容容量誤差用符號F、G、J、K、L、M來表示,允許誤差分別對應為±1%、±2%、±5%、±10%、±15%、±20%。
6、電容的正負極區(qū)分和測量
電容上面有標志的黑塊為負極。在PCB上電容位置上有兩個半圓,涂顏色的半圓對應的引腳為負極。也有用引腳長短來區(qū)別正負極長腳為正,短腳為負。
當我們不知道電容的正負極時,可以用萬用表來測量。電容兩極之間的介質并不是絕對的絕緣體,它的電阻也不是無限大,而是一個有限的數值,一般在1000兆歐以上。
電容兩極之間的電阻叫做絕緣電阻或漏電電阻。只有電解電容的正極接電源正(電阻擋時的黑表筆),負端接電源負(電阻擋時的紅表筆)時,電解電容的漏電流才小(漏電阻大)。反之,則電解電容的漏電流增加(漏電阻減小)。
這樣,我們先假定某極為“+”極,萬用表選用R*100或R*1K擋,然后將假定的“+”極與萬用表的黑表筆相接,另一電極與萬用表的紅表筆相接,記下表針停止的刻度(表針靠左阻值大),對于數字萬用表來說可以直接讀出讀數。
然后將電容放電(兩根引線碰一下),然后兩只表筆對調,重新進行測量。兩次測量中,表針最后停留的位置靠左(或阻值大)的那次,黑表筆接的就是電解電容的正極。
7、電容使用的一些經驗及四個誤區(qū)
一點經驗
在電路中不能確定線路的極性時,建議使用無極電解電容。通過電解電容的紋波電流不能超過其充許范圍。
如超過了規(guī)定值,需選用耐大紋波電流的電容。電容的工作電壓不能超過其額定電壓。
在進行電容的焊接的時候,電烙鐵應與電容的塑料外殼保持一定的距離,以防止過熱造成塑料套管破裂。并且焊接時間不應超過10秒,焊接溫度不應超過260攝氏度。
四個誤區(qū)
(1)電容容量越大越好?
很多人在電容的替換中往往愛用大容量的電容。我們知道雖然電容越大,為IC提供的電流補償的能力越強。
且不說電容容量的增大帶來的體積變大,增加成本的同時還影響空氣流動和散熱。關鍵在于電容上存在寄生電感,電容放電回路會在某個頻點上發(fā)生諧振。
在諧振點,電容的阻抗小。因此放電回路的阻抗最小,補充能量的效果也最好。但當頻率超過諧振點時,放電回路的阻抗開始增加,電容提供電流能力便開始下降。
電容的容值越大,諧振頻率越低,電容能有效補償電流的頻率范圍也越小。從保證電容提供高頻電流的能力的角度來說,電容越大越好的觀點是錯誤的,一般的電路設計中都有一個參考值的。
(2)同樣容量的電容,并聯越多的小電容越好?
耐壓值、耐溫值、容值、ESR(等效電阻)等是電容的幾個重要參數,對于ESR自然是越低越好。
ESR與電容的容量、頻率、電壓、溫度等都有關系。當電壓固定時候,容量越大,ESR越低。在板卡計中采用多個小電容并連多是出與PCB空間的限制,這樣有的人就認為,越多的并聯小電阻,ESR越低,效果越好。
理論上是如此,但是要考慮到電容接腳焊點的阻抗,采用多個小電容并聯,效果并不一定突出。
(3)ESR越低,效果越好?
結合我們上面的提高的供電電路來說,對于輸入電容來說,輸入電容的容量要大一點。相對容量的要求,對ESR的要求可以適當的降低。
因為輸入電容主要是耐壓,其次是吸收MOSFET的開關脈沖。對于輸出電容來說,耐壓的要求和容量可以適當的降低一點。
ESR的要求則高一點,因為這里要保證的是足夠的電流通過量。但這里要注意的是ESR并不是越低越好,低ESR電容會引起開關電路振蕩。而消振電路復雜同時會導致成本的增加。
板卡設計中,這里一般有一個參考值,此作為元件選用參數,避免消振電路而導致成本的增加。
(4)好電容代表著高品質?
“唯電容論”曾經盛極一時,一些廠商和媒體也刻意的把這個事情做成一個賣點。在板卡設計中,電路設計水平是關鍵。
和有的廠商可以用兩相供電做出比一些廠商采用四相供電更穩(wěn)定的產品一樣,一味的采用高價電容,不一定能做出好產品。
衡量一個產品,一定要全方位多角度的去考慮,切不可把電容的作用有意無意的夸大。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:濾波電容越大越好嗎?
文章出處:【微信號:c-stm32,微信公眾號:STM32嵌入式開發(fā)】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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