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耦合電容的容量大小應(yīng)如何選擇呢?

2019年10月16日 11:08 lq 作者: 用戶評(píng)論(0

去耦電容集成電路電源和地之間的有兩個(gè)作用:一方面是本集成電路的蓄能電容,另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容值是0.1μF.這個(gè)電容的分布電感的典型值是5μH.0.1μF的去耦電容有5μH的分布電感,它的并行共振頻率大約在7MHz左右,也就是說(shuō),對(duì)于10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果,對(duì)40MHz以上的噪聲幾乎不起作用.1μF、10μF的電容,并行共振頻率在20MHz以上,去除高頻噪聲的效果要好一些。每10片左右集成電路要加一片充放電電容,或1個(gè)蓄能電容,可選10μF左右。最好不用電解電容,電解電容是兩層薄膜卷起來(lái)的,這種卷起來(lái)的結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。去耦電容的選用并不嚴(yán)格,可按C=1/F,即10MHz取0.1μF,100MHz取0.01μF.

分布電容是指由非形態(tài)電容形成的一種分布參數(shù)。一般是指在印制板或其他形態(tài)的電路形式,在線與線之間、印制板的上下層之間形成的電容。這種電容的容量很小,但可能對(duì)電路形成一定的影響。在對(duì)印制板進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)一定要充分考慮這種影響,尤其是在工作頻率很高的時(shí)候。也成為寄生電容,制造時(shí)一定會(huì)產(chǎn)生,只是大小的問(wèn)題。布高速PCB時(shí),過(guò)孔可以減少板層電容,但會(huì)增加電感。

分布電感是指在頻率提高時(shí),因?qū)w自感而造成的阻抗增加。

耦合電容,又稱電場(chǎng)耦合或靜電耦合,是由于分布電容的存在而產(chǎn)生的一種耦合方式。耦合電容器是使得強(qiáng)電和弱電兩個(gè)系統(tǒng)通過(guò)電容器耦合并隔離,提供高頻信號(hào)通路,阻止低頻電流進(jìn)入弱電系統(tǒng),保證人身安全。帶有電壓抽取裝置的耦合電容器除以上作用外,還可抽取工頻電壓供保護(hù)及重合閘使用,起到電壓互感器的作用。

耦合電容的容量大小應(yīng)如何選擇呢???

本質(zhì):耦合電容與下一級(jí)的輸入電阻構(gòu)成了RC高通濾波器,為了保成輸入信號(hào)下限頻率能通過(guò)這一“RC高通濾波器”,RC高通濾波器的下限頻率不能高于輸入信號(hào)的頻率。

相當(dāng)于選擇適當(dāng)?shù)碾娙輥?lái)設(shè)計(jì)一個(gè)高通濾波器,以保證輸入信號(hào)通不衰減通過(guò),所以電容C可用公式計(jì)算出來(lái),下面會(huì)給出公式。

我們來(lái)看下面一個(gè)實(shí)驗(yàn),電路圖如下所示,輸入信號(hào)為頻率為1Hz,大小為10mv.可見(jiàn)此輸入信號(hào)有兩個(gè)特點(diǎn),頻率很低,幅度又很小。

按照常識(shí),電容容量越大,信號(hào)的頻率就可以越低,現(xiàn)在的輸入信號(hào)頻率為1Hz,那么耦合電容的容量越大越好嗎???請(qǐng)看下面的實(shí)驗(yàn)。

耦合電容的容量大小應(yīng)如何選擇呢?

實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

1.輸入信號(hào)頻率為1Hz,幅度10mV,負(fù)載電阻300K,耦合電容先0.4uF測(cè)得輸入輸出波形如下圖所示,黃色為輸入,綠色為輸出。

可見(jiàn)輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合電容后,幅度被嚴(yán)重衰減,由此可知耦合電容選擇過(guò)小。耦合電容選擇0.1uF-0.5uF期間,輸入信號(hào)衰減比較嚴(yán)重。

結(jié)論:如果電路要求信號(hào)耦合之后不能衰減,那么耦合電容就不能小于0.5uF

耦合電容的容量大小應(yīng)如何選擇呢?

2.輸入信號(hào)頻率為1Hz,幅度10mV,負(fù)載電阻300K,耦合電容大于等于0.5uF

輸出波形如下圖所示,可見(jiàn)只要電容大于0.5uF,信號(hào)耦合之后就不會(huì)有幅度衰減。那么是不是選擇越大越好呢???請(qǐng)看實(shí)驗(yàn)3

耦合電容的容量大小應(yīng)如何選擇呢?

3.輸入信號(hào)頻率為1Hz,幅度10mV,負(fù)載電阻300K,耦合電容為100uF

幅度不出現(xiàn)衰減,但電路反應(yīng)變得非常緩慢,輸入信號(hào)后等待10多秒才有輸出信號(hào)。剛輸入信號(hào)的前段時(shí)間,電路竟然不工作了,這是為什么呢???主要是因?yàn)殡娙萏蟪潆姇r(shí)間過(guò)長(zhǎng),至使輸出信號(hào)出現(xiàn)延遲,特別是輸入信號(hào)幅度很小的時(shí)個(gè)就要特別注意這個(gè)問(wèn)題,否則電路會(huì)變得非常緩慢。

總結(jié):

把耦合電容加到電路中之后,耦合電容與負(fù)載電阻構(gòu)成了RC高通濾波器,所以我們可根據(jù)公式來(lái)計(jì)算出耦合電容的大小即:f=1/2πRC式中π=3.14

R為負(fù)載電阻(耦合下一級(jí)電路的輸入電阻)須估算下一級(jí)的輸入電阻f為信號(hào)的頻率

C就是我們要計(jì)算的耦合電容大小

如上面實(shí)驗(yàn):負(fù)載電阻R=300K頻率為1Hz由f=1/2πRC

可計(jì)算出C=0.5uf

所以C不能低于0.5uf,可選1uf.

主要是根據(jù)高通濾波器的下限頻率來(lái)確定C的容量的。所以選擇耦合電容時(shí)要估算出下一級(jí)的輸入電阻。

提示

1.耦合電容容量太小時(shí),低頻信號(hào)通過(guò)耦合電容時(shí)就會(huì)有嚴(yán)重的衰減,甚至不能通過(guò)。以所制做電路時(shí)最好使用信號(hào)發(fā)生器在耦合電容輸入端注入信號(hào),用視波器來(lái)觀察信號(hào)是否被嚴(yán)重衰減。注意頻率和幅度要與實(shí)際電路大致相同。

2.耦合電容容量太大時(shí),電路出現(xiàn)延遲。電路上電后要等待幾十秒才有反應(yīng),特別是信號(hào)幅度很小的時(shí)候。

最佳選擇:耦合電容容量應(yīng)選擇能保證輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合電容后不出現(xiàn)衰減的最小值容量值。

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( 發(fā)表人:李倩 )

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