在电子电路中,退耦是什么意思?有起滤波作用的所谓滤波电阻吗?所谓退耦,既防止前后电路网络电流大小变化时,在供电电路中所形成的电流冲动对网络的正常工作产生影响。
换言之,退耦电路能够有效的消除电路网络之间的寄生耦合。
退耦滤波电容的取值通常为47~200μF,退耦压差越大时,电容的取值应越大。
所谓退耦压差指前后电路网络工作电压之差。
如下图为典型的RC退耦电路,R起到降压作用:大家看到图中,在一个大容量的电解电容C1旁边又并联了一个容量很小的无极性电容C2 原因很简单,因为在高频情况下工作的电解电容与小容量电容相比,无论在介质损耗还是寄生电感等方面都有显著的差别(由于电解电容的接触电阻和等效电感的影响,当工作频高于谐振频率时,电解电容相当于一个电感线圈,不再起电容作用)。
在不少典型电路,如电源退耦电路,自动增益控制电路及各种误差控制电路中,均采用了大容量电解电容旁边并联一只小电容的电路结构,这样大容量电解电容肩负着低频交变信号的退耦,滤波,平滑之作用;而小容量电容则以自身固有之优势,消除电路网络中的中,高频寄生耦合。
在这些电路中的这一大一小的电容均称之为退耦电容。
还有些电路存在一些设置直流工作点的电阻,为消除其对于交流信号的耦合或反馈作用就需要在其上并联适当的电容来减少对交流信号的阻抗。
这些电容均起到退耦作用称之为退耦电容。
什么是旁路电容、去耦电容、滤波电容?作用是什么?滤波电容——用在电源整流电路中,用来滤除交流成分,使输出的直流更平滑。
去耦电容——用在放大电路中不需要交流的地方,用来消除自激,使放大器稳定工作。
旁路电容——用在有电阻连接时,接在电阻两端使交流信号顺利通过。
去耦电容的作用:去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。
去耦电容还可以为器件供局部化的DC电压源,它在减少跨板浪涌电流方面特别有用。
旁路电容的作用:从元件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。
这主要是通过产生AC旁路消除无意的能量进入敏感的部分,另外还可以提供基带滤波功能(带宽受限)。
我们经常可以看到,在电源和地之间连接着去耦电容,它有三个方面的作用:一是作为本集成电路的蓄能电容;二是滤除该器件产生的高频噪声,切断其通过供电回路进行传播的通路;三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。
在电子电路中,去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用,电容所处的位置不同,称呼就不一样了。
对于同一个电路来说,旁路(bypass)电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象,把前级携带的高频杂波滤除,而去耦(decoupling)电容也称退耦电容,是把输出信号的干扰作为滤除对象。
高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般是0.1u,0.01u等;而去耦电容一般比较大,是10u或者更多,依据电路中的分布参数,以及驱动电流的变化大小来确定。
数字电路中典型的去耦电容值是0.1uF。
之歌电容的分布电感的典型值是5uH。
0.1uF的去耦电容有5uH的分布电感,它的并行共振频率大约在7MHz左右,也就是说,对于10MHz 以下的噪声有较好的去耦效果,对40MHz以上的噪声几乎不起作用。
1uF、10uF的电容,并行共振频率在20MHz以上,去除高频噪声的效果要好一些。
每10片左右集成电路要加一片充放电电容,或一个蓄能电容,可选10uF左右。
最好不用电解电容,电解电容是两层薄膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时变现为电感。
要使用钽电容或聚酸酯电容。
去耦电容的选用并不严格,可按C=“1”/F,即10Mhz取0.1uF,去耦在直流电源回路中,负载的变化会引起电源噪声。
例如在数字电路中,当电路从一个状态转换为另一种状态时,就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流,形成瞬变的噪声电压。
配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声,是印制电路板的可靠性设计的一种常规做法,配置原则如下:●电源输入端跨接一个10~100uF的电解电容器,如果印制电路板的位置允许,采用100uF以上的电解电容器的抗干扰效果会更好。
●为每个集成电路芯片配置一个0.01uF的陶瓷电容器。
如遇到印制电路板空间小而装不下时,可每4~10个芯片配置一个1~10uF钽电解电容器,这种器件的高频阻抗特别小,在500kHz~20MHz范围内阻抗小于1Ω,而且漏电流很小(0.5uA以下)。
●对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储型器件,应在芯片的电源线(Vcc)和地线(GND)间直接接入去耦电容。
●去耦电容的引线不能过长,特别是高频旁路电容不能带引线。
(1)使用电容滤波时, 特定频段(比如高频噪音)的滤波效果取决于电容值及其寄生电感的谐振频率。
1000pF的电容寄生电感肯定比10uF的小的多,因此谐振频率也会落在高频段(区),相应的高频阻抗会极小,对高频干扰旁路(滤波)效果才明显.反之,谐振频率落在低频段(区),高频信号阻抗很大,低频阻抗则较小,表现为对低频干扰较有效,而对高频干扰却无能为力。
图1电容基本结构和高频等效模型。
电容的基本公式是:式(1)显示,减小电容器极板之间的距离(d)和增加极板的截面积(A)将增加电容器的电容量。
电容通常存在等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)二个寄生参数。
图2是电容器在不同工作频率下的阻抗(Zc)。
一个电容器的谐振频率(fo)可以从它自身电容量(C)和等效串联电感量(LESL)得到,即当一个电容器工作频率在fo以下时,其阻抗随频率的上升而减小,即(频率低,电容表现为较大的容抗,电感表现为很小的感抗)当电容器工作频率在fo以上时,其阻抗会随频率的上升而增加,即(频率高时,电容表现出很小的容抗相当与短路,电感表现为很大的感抗)当电容器工作频率接近fo时,电容阻抗就等于它的等效串联电阻(RESR)。
电解电容器一般都有很大的电容量和很大的等效串联电感。
由于它的谐振频率很低,对低频信号通过较好,而对高频信号,表现出较强的电感性,阻抗较大,所以只能使用在低频滤波上。
同时,大电容还可以起到局部电荷池的作用,可以减少局部干扰通过电源耦合出去。
钽电容器一般都有较大电容量和较小等效串联电感,因而它的谐振频率会高于电解电容器,并能使用在中高频滤波上。
瓷片电容器电容量和等效串联电感一般都很小,因而它的谐振频率远高于电解电容器和钽电容器,所以能使用在高频滤波和旁路电路上。
由于小电容量瓷片电容器的谐振频率会比大电容量瓷片电容器的谐振频率要高,因此,在选择旁路电容时不能光选用电容值过高的瓷片电容器。
为了改善电容的高频特性,多个不同特性的电容器可以并联起来使用。
图3是多个不同特性的电容器并联后阻抗改善的效果。
(2)电解电容由于容量较大,因此在设计时为了加大面积,都采用卷状形式,这就导致了其本身的电感量比较大,因此对高频分量,对地不会形成低通支路。
因此对于高频分量,只能用高频小电容。
(3)去耦电容一般都是针对电源来讲的,为了防止多子系统中电源间的相互窜扰,一般在每级子系统的电源输入端需要加上高频电容来退耦,容量一般都是0.1uF电容/滤波电容/去耦电容/耦合电容/旁路电容用于旁路:是让有用信号容易通过(通过是指从电容的一脚到另一脚)用于去耦:是让非有用的脉动能量通过(认真来说是:储存在电容里,并适时释放出来)要让某一频率的波形/信号容易通过电容,就必须使这一波形/信号的能量无法完全填满电容这样的一个容器,当填满时,就无法通过了..至于能否填满电容这一容器,就得看频率(填/释的时间)有量了(能量的强弱,也就是常提的RC常数的R--------R对电荷有阻碍作用).作为旁路时,要让有用的信号通过电容,就要设置电路参数。
要让电容在信号有有效时间内填不满电荷(电容充满电的时间远大于信号周期)——容量。
另一个就是限制能量强度,也就是串R了,但串R有违旁路的目的。
作为去耦是一样的,只是对象不同。
滤波电容用在电源整流电路中,用来滤除交流成分。
使输出的直流更平滑。
去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方,用来消除自激,使放大器稳定工作。
耦合电容隔直流通交流旁路电容用在有电阻连接时,接在电阻两端使交流信号顺利通过。
滤波电容用在电源上,使电源更平滑,没有杂波;去耦电容用在直流信号反馈上,去掉交流耦合信号;旁路电容用在直流通路连接时提高交流信号通过率的。
另:滤波/去耦/旁路之类的电容并不是越大越好:如:一个很大的电源滤波电容,储存容量是足够了,但是由于容量过大,刚通电瞬间,由于电容两端电压不能突变,所以整流管上和变压器上的负担很大,如是后面的滤波电容过大,使输出电压上升过慢,导致变压器/整流管等长时间超负荷工作,会被损坏,或是引起过载保护等问题。
(解决方法是合适减小滤波电容或是采用开机电压慢升(也就是小电流让电容上建立正常电平后,再让电源进入工作状态)。
又如:旁路电容过大,因为三极管(以典型共射极为例)建立正常的工作点后,E极电压设为2V,又设放大电路的输入低频非有用信号,使Ce上升为2.2V,如在其后有个2.7V 的高频有用信号来到,因Ce电荷过多,Re无法让Ce快速放电到静态电平,会使一个或更多个有用信号周期失真。
又如:去耦,当电容过大,由于退耦电阻的关系,电压上升速度过慢。
会使某些高要求电路复位不正常,而不能工作。
所以,不管是滤波,去耦,旁路。
都要选择合适的RC常数,不要一味追求C过大,想着C越大,滤波/去耦/旁路效果就越好。
真正理解RC常数这一个含义。
1、介质损耗什么是介质损耗:绝缘材料在电场作用下,由于介质电导和介质极化的滞后效应,在其内部引起的能量损耗。
也叫介质损失,简称介损。
2、介质损耗角δ在交变电场作用下,电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角(功率因数角Φ)的余角(δ)。
简称介损角。
3、介质损耗正切值tgδ又称介质损耗因数,是指介质损耗角正切值,简称介损角正切。
介质损耗因数的定义如下:如果取得试品的电流相量和电压相量,总电流可以分解为电容电流Ic和电阻电流IR合成,因此:这正是损失角δ=(90°-Φ)的正切值。
因此现在的数字化仪器从本质上讲,是通过测量δ或者Φ得到介损因数。
测量介损对判断电气设备的绝缘状况是一种传统的、十分有效的方法。
绝缘能力的下降直接反映为介损增大。
进一步就可以分析绝缘下降的原因,如:绝缘受潮、绝缘油受污染、老化变质等等。
测量介损的同时,也能得到试品的电容量。
如果多个电容屏中的一个或几个发生短路、断路,电容量就有明显的变化,因此电容量也是一个重要参数。
4、功率因数cosΦ功率因数是功率因数角Φ的余弦值,意义为被测试品的总视在功率S中有功功率P所占的比重。
功率因数的定义如下:有的介损测试仪习惯显示功率因数(PF:cosΦ),而不是介质损耗因数(DF:tgδ)。
一般cosΦ<tgδ,在损耗很小时这两个数值非常接近。