電容作為常用的器件,隨著應用逐漸廣泛,電容的子類型也越來越多,比如耦合電容、固定電容、可變電容等等。為增進大家對電容的認識,本文將對負載電容、負載電容分類、負載電容的作用以及負載電容的選擇予以介紹。如果你對電容具有興趣,不妨繼續往下閱讀哦。
一、負載電容是什么
負載電容是指晶振的兩條引線連接IC塊內部及外部所有有效電容之和,可看作晶振片在電路中串接電容。
負載頻率不同決定振蕩器的振蕩頻率不同。標稱頻率相同的晶振,負載電容不一定相同。因為石英晶體振蕩器有兩個諧振頻率,一個是串聯揩振晶振的低負載電容晶振:另一個為并聯揩振晶振的高負載電容晶振。所以,標稱頻率相同的晶振互換時還必須要求負載電容一致,不能冒然互換,否則會造成電器工作不正常。把電能轉換成其他形式的能的裝置叫做負載。電動機能把電能轉換成機械能,電阻能把電能轉換成熱能,電燈泡能把電能轉換成熱能和光能,揚聲器能把電能轉換成聲能。電動機、電阻、電燈泡、揚聲器等都叫做負載。晶體三極管對于前面的信號源來說,也可以看作是負載。對負載最基本的要求是阻抗匹配和所能承受的功率。
負載是指連接在電路中的電源兩端的電子元件。電路中不應沒有負載而直接把電源兩極相連,此連接稱為短路。常用的負載有電阻、引擎和燈泡等可消耗功率的元件。不消耗功率的元件,如電容,也可接上去,但此情況為斷路。
二、負載分類
感性負載:即和電源相比當負載電流滯后負載電壓一個相位差時負載為感性(如負載為電動機;變壓器;)
容性負載:即和電源相比當負載電流超前負載電壓一個相位差時負載為容性(如負載為補償電容)
阻性負載:即和電源相比當負載電流負載電壓沒有相位差時負載為阻性(如負載為白幟燈;電爐)
容性負載,即具有電容的性質,(充放電,電壓不能突變);感性負載,即具有電感的性質,(磁場,電流不能突變);混聯電路中容抗比感抗大,電路呈容性反之為感性。
三、負載電容的作用
晶體的特性類似電感,它在加電壓后會產生機械彎曲,然后在斷電時彎曲產生的應力釋放產生電能,這時所產生的電能在放進電容之后,就會存放起來。這時彎曲恢復成正常時,電容中的電能就會作用到晶振上,利用電路捕獲這個釋放時間,并正反饋它,以相同極性和電容一起送進晶振,加強它的彎曲,重復剛才的過程。即,由電容和晶振構成類似LC電路。
晶振所需要外接的電容,也是使晶振兩端的等效電容(電路之間的分布電容)等于負載電容,負載就是晶振起振的電容,這時候電容的作用就很明顯了,充電,晶振起振。負載電容很重要,決定著晶振是否可以在產品中正常起振工作。
如果在選購晶振時,最好把所需的負載電容等重要參數,也跟采購說明放一起;那么采購在晶振選型過程中,會減少很多選型彎路。晶振的負載不能確認的話,電容很難匹配,起振電容無法充電放電,晶振也就起振不了;當分布電容與晶振電容值是相等時,就可以讓晶振發出諧振頻率了。電容大小能影響晶振頻率的穩定度和相位,越小價格也會越高。所以這個負載還決定著這個其晶振本身的一個價格。
四、如何選擇負載電容
振蕩電路中的負載電容是保證石英晶體精度的最重要的數值之一。同時它也是振蕩電路設計過程中最常見的錯誤原因之一。因此,為電路選擇合適的晶振負載電容十分關鍵!
大多數石英晶體用于皮爾斯振蕩電路,因此,需要兩個外部電容器。現在可能會出現問題,如何為這兩個電容器選擇正確的值?
第一個常見的誤解是晶體數據表上的負載電容直接確定了兩個電容器的所需值。這意味著如果晶體的負載電容為20pF,則兩個電容都需要為20pF。然而,這是不正確的,這會導致頻率偏移。
另一個誤解是晶體數據表上的負載電容需要等于兩個電容的總和。如果我們使用具有20pF晶振的相同示例,這意味著兩個電容器都需要為10pF。然而,這也是不正確的。在大多數情況下,即使負載電容錯誤,晶體也會在電路中工作,但是頻率會發生偏移,這可能會導致其他問題。由于上述關于負載電容的兩個假設都是錯誤的。
正確的方法是需要考慮電路中的所有電容。因此,不僅要考慮這兩個電容,還必須考慮單片機的輸入輸出電容和所有雜散電容。這一切共同形成了負載電容。現在最大的問題是,如果沒有實際電路,就不可能知道或確定雜散電容。
因此,在PCB設計期間,您必須只猜測雜散電容,然后再檢查最終電路是否頻率在容差范圍內。皮爾斯振蕩電路中典型的雜散電容在3pF到7pF之間。
另一個建議是選擇Ca和Cb具有相似的值,或者至少彼此相距不遠。這將防止意外的頻移和其他干擾。如果Ca和Cb不應該相等,則Ca應該小于Cb。
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