感量越大抑制頻率約低 關於電容和頻率的關係

2021-10-13 03:37:11 字數 3727 閱讀 7506

一直有個疑惑:電容感抗是1/jwc,大電容c大,高頻時 w也大,阻抗應該很小,不是更適合濾除高頻訊號?然而事實卻是:大電容濾除低頻訊號。

今天找到解答如下:

一般的10pf左右的電容用來濾除高頻的干擾訊號,0.1uf左右的用來濾除低頻的紋波干擾,還可以起到穩壓的作用。

濾波電容具體選擇什麼容值要取決於你pcb上主要的工作頻率和可能對系統造成影響的諧波頻率,可以查一下相關廠商的電容資料或者參考廠商提供的資料庫軟體,根據具體的需要選擇。至於個數就不一定了,看你的具體需要了,多加一兩個也挺好的,暫時沒用的可以先不貼,根據實際的除錯情況再選擇容值。如果你pcb上主要工作頻率比較低的話,加兩個電容就可以了,乙個慮除紋波,乙個慮除高頻訊號。如果會出現比較大的瞬時電流,建議再加乙個比較大的鉭電容。

其實濾波應該也包含兩個方面,也就是各位所說的大容值和小容值的,就是去耦和旁路。原理我就不說了,實用點的,一般數位電路去耦0.1uf即可,用於10m以下;20m以上用1到10個uf,去除高頻雜訊好些,大概按c=1/f  。旁路一般就比較的小了,一般根據諧振頻率一般為0.1或0.01uf。

說到電容,各種各樣的叫法就會讓人頭暈目眩,旁路電容,去耦電容,濾波電容等等,其實無論如何稱呼,它的原理都是一樣的,即利用對交流訊號呈現低阻抗的特性,這一點可以通過電容的等效阻抗公式看出來:

xcap=1/2лfc,工作頻率越高,電容值越大則電容的阻抗越小。在電路中,如果電容起的主要作用是給交流訊號提供低阻抗的通路,就稱為旁路電容;如果主要是為了增加電源和地的交流耦合,減少交流訊號對電源的影響,就可以稱為去耦電容;如果用於濾波電路中,那麼又可以稱為濾波電容;除此以外,對於直流電壓,電容器還可作為電路儲能,利用衝放電起到電池的作用。而實際情況中,往往電容的作用是多方面的,我們大可不必花太多的心思考慮如何定義。本文裡,我們統一把這些應用於高速pcb設計中的電容都稱為旁路電容。

電容的本質是通交流,隔直流,理論上說電源濾波用電容越大越好。

但由於引線和pcb佈線原因,實際上電容是電感和電容的併聯電路,(還有電容本身的電阻,有時也不可忽略)

這就引入了諧振頻率的概念:ω=1/(lc)1/2

在諧振頻率以下電容呈容性,諧振頻率以上電容呈感性。

因而一般大電容濾低頻波,小電容濾高頻波。

這也能解釋為什麼同樣容值的stm封裝的電容濾波頻率比dip封裝更高。

至於到底用多大的電容,這是乙個參考。

電容諧振頻率

2018-12-10 18:23 上傳

不過僅僅是參考而已,用老工程師的話說——主要靠經驗。

更可靠的做法是將一大一小兩個電容併聯,一般要求相差兩個數量級以上,以獲得更大的濾波頻段。

一般來講,大電容濾除低頻波,小電容濾除高頻波。電容值和你要濾除頻率的平方成反比。

具體電容的選擇可以用公式c=4pi*pi  /(r * f * f )

電源濾波電容如何選取,掌握其精髓與方法,其實也不難。

1)理論上理想的電容其阻抗隨頻率的增加而減少(1/jwc),但由於電容兩端引腳的電感效應,這時電容應該看成是乙個lc串連諧振電路,自諧振頻率即器件的fsr引數,這表示頻率大於fsr值時,電容變成了乙個電感,如果電容對地濾波,當頻率超出fsr後,對干擾的抑制就大打折扣,所以需要乙個較小的電容併聯對地,可以想想為什麼?

原因在於小電容,sfr值大,對高頻訊號提供了乙個對地通路,所以在電源濾波電路中我們常常這樣理解:大電容慮低頻,小電容慮高頻,根本的原因在於sfr(自諧振頻率)值不同,當然也可以想想為什麼?如果從這個角度想,也就可以理解為什麼電源濾波中電容對地腳為什麼要盡可能靠近地了。

2)那麼在實際的設計中,我們常常會有疑問,我怎麼知道電容的sfr是多少?就算我知道sfr值,我如何選取不同sfr值的電容值呢?是選取乙個電容還是兩個電容?

電容的sfr值和電容值有關,和電容的引腳電感有關,所以相同容值的0402,0603,或直插式電容的sfr值也不會相同,當然獲取sfr值的途徑有兩個:

1)器件data sheet,如22pf0402電容的sfr值在2g左右,

2)通過網路分析儀直接量測其自諧振頻率,想想如何量測?s21?

知道了電容的sfr值後,用軟體**,如rfsim99,選乙個或兩個電路在於你所供電電路的工作頻帶是否有足夠的雜訊抑制比。**完後,那就是實際電路試驗,如除錯手機接收靈敏度時,lna的電源濾波是關鍵,好的電源濾波往往可以改善幾個db。

說的通俗一點,把電容當作乙個正在漏水的懷子,把交流電的峰值到來時看作給懷子加水,在漏水量相等的情況下,那麼加水次數的頻率高就多用小點的懷子,這樣就能保準水位是高的,相反,在加水次數低頻下懷子小了,沒等第二次來水時懷中的水位已經下降好多了,所以要用大的水懷來緩和因漏水造成的水位下降。

引用:「為什麼在乙個大的電容上還併聯乙個小電容」

因為大電容由於容量大,所以體積一般也比較大,且通常使用多層捲繞的方式製作(動手拆過鋁電解電容應該會很有體會,沒拆過的也可以拿幾種不同的電容拆來看看),這就導致了大電容的分布電感比較大(也叫等效串聯電感,英文簡稱esl)。

大家知道,電感對高頻訊號的阻抗是很大的,所以,大電容的高頻效能不好。而一些小容量電容則剛剛相反,由於容量小,因此體積可以做得很小(縮短了引線,就減小了esl,因為一段導線也可以看成是乙個電感的),而且常使用平板電容的結構,這樣小容量電容就有很小的esl,這樣它就具有了很好的高頻效能,但由於容量小的緣故,對低頻訊號的阻抗大。

所以,如果我們為了讓低頻、高頻訊號都可以很好的通過,就採用乙個大電容再並上乙個小電容的方式。常使用的小電容為0.1uf的瓷片電容,當頻率更高時,還可併聯更小的電容,例如幾pf、幾百pf的。而在數位電路中,一般要給每個晶元的電源引腳上併聯乙個0.1uf的電容到地(這電容叫做去耦電容,當然也可以理解為電源濾波電容。它越靠近晶元的位置越好),因為在這些地方的訊號主要是高頻訊號,使用較小的電容濾波就可以了。

電容的串並聯容量公式-電容器的串並聯分壓公式

1.串聯公式:c = c1*c2/(c1 + c2) 2.併聯公式c = c1+c2+c3

補充部分:

串聯分壓比 v1 = c2/(c1 + c2)*v ........電容越大分得電壓越小,交流直流條件下均如此 併聯分流比 i1 = c1/(c1 + c2)*i ........電容越大通過的電流越大,當然,這是交流條件下

乙個大的電容上併聯乙個小電容

大電容由於容量大,所以體積一般也比較大,且通常使用多層捲繞的方式製作,這就導致了大電容的分布電感比較大(也叫等效串聯電感,英文簡稱esl)。

電感對高頻訊號的阻抗是很大的,所以,大電容的高頻效能不好。而一些小容量電容則剛剛相反,由於容量小,因此體積可以做得很小(縮短了引線,就減小了esl,因為一段導線也可以看成是乙個電感的),而且常使用平板電容的結構,這樣小容量電容就有很小esl這樣它就具有了很好的高頻效能,但由於容量小的緣故,對低頻訊號的阻抗大。

所以,如果我們為了讓低頻、高頻訊號都可以很好的通過,就採用乙個大電容再並上乙個小電容的方式。

常使用的小電容為 0.1uf的cbb電容較好(瓷片電容也行),當頻率更高時,還可併聯更小的電容,例如幾pf,幾百pf的。而在數位電路中,一般要給每個晶元的電源引腳上併聯乙個0.1uf的電容到地(這個電容叫做退耦電容,當然也可以理解為電源濾波電容,越靠近晶元越好),因為在這些地方的訊號主要是高頻訊號,使用較小的電容濾波就可以了。

理想的電容,其阻抗隨頻率公升高而變小(r=1/jwc), 但理想的電容是不存在的,由於電容引腳的分布電感效應,在高頻段電容不再是乙個單純的電容,更應該把它看成乙個電容和電感的串聯高頻等效電路,當頻率高於其諧振頻率時,阻抗表現出隨頻率公升高而公升高的特性,就是電感特性,這時電容就好比乙個電感了。相反電感也有同樣的特性。

大電容併聯小電容在電源濾波中非常廣泛的用到,根本原因就在於電容的自諧振特性。大小電容搭配可以很好的抑制低頻到高頻的電源干擾訊號,小電容濾高頻(自諧振頻率高),大電容濾低頻(自諧振頻率低),兩者互為補充。