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干貨 | VCC(電源)和 GND(地)之間電容的作用

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發(fā)表于 2024-3-18 08:40:12 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式


作用: 電源輸入/輸出濾波電容,主要用于穩(wěn)定輸出,對穩(wěn)壓有利


電容的主要作用



穩(wěn)壓
電源與地之間接電容的原因有兩個作用,儲能和旁路儲能:電路的耗電有時候大,有時候小,當(dāng)耗電突然增大的時候如果沒有電容,電源電壓會被拉低,產(chǎn)生噪聲,振鈴,嚴(yán)重會導(dǎo)致 CPU 重啟,這時候大容量的電容可以暫時把儲存的電能釋放出來,穩(wěn)定電源電壓,就像河流和水庫的關(guān)系旁路:電路電流很多時候有脈動,例如數(shù)字電路的同步頻率,會造成電源電壓的脈動,這是一種交流噪聲,小容量的無極電容可以把這種噪聲旁路到地(電容可以通交流,阻直流,小容量電容通頻帶比大電容高得多),也是為了提高穩(wěn)定性。



電源濾波
電容的容量 = 介電常數(shù)面積 / 距離 =εS/d,通常 ε、d 不易改動,只能改動 S 來改變電容量。當(dāng)電容很大時,S 必然大,為了減小體積,不得不用卷疊的方式,但卷疊必然增加電感量(盡管對稱雙繞)。電容實際是 R、L、C的組合,如此,大電容相對電感量 L 也大。例如:用 2200uF 電容波時,對于低頻 50Hz是很好的,但是對于高頻(K、MHz)來說,一點用也沒有,因為L太大。所以高手很講究電源的濾波,會采用大、中、小三種電容,分別針對低、中、高頻來濾波。





實際應(yīng)用


01


在直流電源(Vcc)和地之間并接電容的電容可稱為濾波電容,濾波電容濾除電源的雜波和交流成分,壓平滑脈動直流電,儲存電能,取值一般 100-4700uF。取值與負(fù)載電流和對電源的純凈度有關(guān),容量越大越好。有時在大電容旁邊會并有一個容量較小的電容,叫高頻去耦電容,也是濾波的一種形式,用來濾除電源中的高頻雜波,以免電路態(tài)產(chǎn)生自激,穩(wěn)定電路工作狀,取值一般 0.1-10uF,取值與濾除雜波的頻率有關(guān)。
  • 這樣接的作用一般叫 “退耦”,也叫 “退交連”、“旁路” 電容,常按排在電源供給、IC 和功能模塊電路附近。以無感的瓷片、獨石電容為佳。
  • 作用是為高頻信號提供通路,減小電源內(nèi)阻,去除電源和地線在敷銅板上 “走長線” 的影響,防止公用電源的各部分電路之間的 “有害交連” 等等。常用 10nF。
02


在開發(fā)板上,通常直流電源和地之間有很多 0.1uF非電解電容和 10uF的電解電容。
這些電容,目的是使電源線和地線之間為低阻抗,電源接近理想電壓源。你要說是濾波作用也可以,但需要弄清楚是濾什么波。不是濾電源的紋波,而是某芯片電流發(fā)生變化在電源線上造成的紋波,使其不影響其它芯片。
使用 0.1uF 無極性電容和 10uF 電解電容并聯(lián),是因為電解電容的寄生電感比較大,消除高頻紋波能力較差。而無極性電容寄生電感小,濾除高頻紋波能力較好。但若根據(jù)低頻的要求選擇容量,則無極性電容體積太大,成本也高,電解電容體積小,同樣容量價格較便宜。故采用兩種電容并聯(lián)。
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你自己設(shè)計電路,也應(yīng)該這樣使用,而且各電容位置和走線很有講究。只能說兩句原則:
01
各小容量的無極性電容兩端到芯片的電源引腳和地引腳聯(lián)接線盡可能短,越短越好。
02
電源通常由其它電路板引入,電解電容通常每塊電路板上只有一個兩個。一個電解電容的話,放到電源進(jìn)入該電路板之處。此時電解電容當(dāng)然離各芯片較遠(yuǎn),但因電解電容主要在較低頻率起作用,所以稍遠(yuǎn)一點沒有關(guān)系。如果該電路板上用兩支電解電容,另一支放到耗電最多的芯片附近。

這些和電路板元件布局、地線的走線安排 (多層板通常有地層) 都有關(guān)系。
10MHz 以下的噪聲 0.1μF 電容效果好。 按 C=1/F,即 10MHz 取 0.1μF。
簡單的說是,將干擾通過電容接地。
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