3 2 微控制器中去耦電容的應用

2021-09-10 02:20:45 字數 2285 閱讀 2549

首先來看圖 3-1,這是上節課已經見過的 usb 介面和供電電路。

圖 3-1 usb 介面和供電電路

左邊這張圖,過了保險絲以後,接了乙個 470uf 的電容 c16,右邊這張圖,經過開關後,接了乙個 100uf 的電容 c19,並且併聯了乙個 0.1uf 的電容 c10。其中 c16 和 c19 起到的作用是一樣的,c10 的作用和他們兩個不一樣,我們先來介紹這 2 個大一點的電容。

容值比較大的電容,理論上可以理解成水缸或者水池子,同時,大家可以直接把電流理解成水流,其實大自然萬物的原理都是類似的。

作用一,緩衝作用。當上電的瞬間,電流從電源處流下來的時候,不穩定,容易衝擊電子器件,加個電容可以起到緩衝作用。就如同我們直接用水龍頭的水澆地,容易沖壞花花草草。我們只需要在水龍頭處加個水池,讓水經過水池後再緩慢流進草地,就不會沖壞花草,起到有效的保護作用。

作用二,穩定作用。我們的一整套電路,后級電子器件的功率大小都不一樣,而器件正常工作的時候,所需電流的大小也不是一成不變的。比如后級有個器件還沒有工作的時候,電流消耗是 100ma,突然它參與工作了,電流猛的增大到了 150ma,這個時候如果沒有乙個水缸的話,電路中的電壓(水位)就會直接突然下降,比如我們的 5v 電壓突然降低到 3v了。而我們系統中有些電子元器件,必須高於一定的電壓才能正常工作,電壓太低就直接不工作了,這個時候水缸就必不可少了。電容會在這個時候把儲存在裡邊的電量釋放一下,穩定電壓,當然,隨後前級的電流會及時把水缸充滿的。

有了這個電容,可以說我們的電壓和電流就會很穩定了,不會產生大的波動。這種電容常用的有如圖 3-2、圖 3-3、圖 3-4 所示三種:

圖 3-2 鋁電解電容

圖 3-3 鉭電容

圖 3-4 陶瓷電容

這三種電容是最常用的三種,其中第一種個頭大,佔空間大,單位容量**最便宜,第 二種和第三種個頭小,佔空間小,效能一般也略好於第一種,但是**也貴不少。當然,除 了**,還有一些特殊引數,在通訊要求高的場合也要考慮很多,這裡暫且不說。我們板子 上現在用的是第一種,在同樣的符合條件的耐壓值和容值下,第一種 470uf 的電容不到一毛錢,而第二種和第三種可能要 1 塊錢左右了。

電容的選取,第乙個引數是耐壓值的考慮。我們用的是 5v 系統,電容的耐壓值要高於5v,一般推薦 1.5 倍到 2 倍即可,有些場合稍微再高點也可以。我們板子上用的是 10v 耐壓的。第二個引數是電容容值,這個就需要根據經驗來選取了,選取的時候,要看這個電容起作用的整套系統的功率消耗情況,如果系統耗電較大,波動可能比較大,那麼容值就要選大一些,反之可以小一些。

同學們剛開始設計電路也是要模仿別人,別人用多大自己也用多大,慢慢積累。比如咱上邊講電容作用二的時候,電流從 100ma 突然增大到 150ma 的時候,其實即使加上這個電容,電壓也會輕微波動,比如從 5v 波動到 4.9v,但是只要我們板子上的器件在電壓 4.9v 以上也可以正常工作的話,這點波動是被容許的,但是如果不加或者加的很小,電壓波動比較大,有些器件的工作就會不正常了。但是如果加的太大,佔空間並且**也高,所以這個地方電容的選取多參考經驗。

我們再來看圖 3-1 中的另一種電容 c10,它容值較小,是 0.1uf,也就是 100nf,是用來濾除高頻訊號干擾的。比如 esd,eft 等。我們初中學過電容的特性——可以通交流隔直流,但是電容的引數對不同頻率段的干擾的作用是不一樣的。這個 100nf 的電容,是我們的前輩根據干擾的頻率段,根據板子的引數,根據電容本身的引數所總結出來的乙個值。也就是說,以後大家在設計數位電路的時候,在電源處的去耦高頻電容,直接用這個 0.1uf 就可以了,不需要再去計算和考量太多。

還有一點,大家可以仔細觀察我們的 kst-51 開發板,在電路中需要較大電流供給的器件附近,會加乙個大電容,比如在 1602 液晶左上角的 c18,靠近微控制器的 vcc 以及 1602液晶背光的 vcc,起到穩定電壓的作用,而圖 3-1 中的 c19 的實際位置也是放在了在左上角電機和蜂鳴器附近,因為它們所需的電流都比較大,而且工作時電流的波動也很大。還有在所有的 ic 器件的 vcc 和 gnd 之間,都會放乙個 0.1uf 的高頻去耦電容,特別在布板的時候,這個 0.1uf 電容要盡可能的靠近 ic,盡量很順利的與這個 ic 的 vcc 和 gnd 連到一起,這個大家先了解,細節以後再討論。

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