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旁路電容是什么意思?電容充放電時(shí)間該如何計(jì)算?

2017年05月27日 14:43 網(wǎng)絡(luò)整理 作者: 用戶評(píng)論(0
關(guān)鍵字:電容(150610)IC(175825)

  旁路電容是什么意思?

  旁路電容

  可將混有高頻電流和低頻電流的交流電中的高頻成分旁路掉的電容,稱做“旁路電容”。 對(duì)于同一個(gè)電路來說,旁路(bypass)電容是把輸入信號(hào)中的高頻噪聲作為濾除對(duì)象,把前級(jí)攜帶的高頻雜波濾除,而去耦(decoupling,也稱退耦)電容是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象。

  定義

  可將混有高頻電流和低頻電流的交流信號(hào)中的高頻成分旁路濾掉的電容,稱做“旁路電容”。

  例如當(dāng)混有高頻和低頻的信號(hào)經(jīng)過放大器被放大時(shí),要求通過某一級(jí)時(shí)只允許低頻信號(hào)輸入到下一級(jí),而不需要高頻信號(hào)進(jìn)入,則在該級(jí)的輸入端加一個(gè)適當(dāng)大小的接地電容,使較高頻率的信號(hào)很容易通過此電容被旁路掉(這是因?yàn)殡娙輰?duì)高頻阻抗?。?,而低頻信號(hào)由于電容對(duì)它的阻抗較大而被輸送到下一級(jí)放大

  對(duì)于同一個(gè)電路來說,旁路(bypass)電容是把輸入信號(hào)中的高頻噪聲作為濾除對(duì)象,把前級(jí)攜帶的高頻雜波濾除,而去耦(decoupling,也稱退耦)電容是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象。

  電源去耦電容電路有兩個(gè)作用

  一方面是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5nH。0.1μF的去耦電容有5nH的分布電感,它的并行共振頻率大約在7MHz左右,也就是說,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的,這種卷起來的結(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。

  旁路電容和去耦電容的區(qū)別和作用

  旁路電容不是理論概念,而是一個(gè)經(jīng)常使用的實(shí)用方法,電子管或者晶體管是需要偏置的,就是決定工作點(diǎn)的直流供電條件。例如電子管的柵極相對(duì)于陰極往往要求加有負(fù)壓,為了在一個(gè)直流電源下工作,就在陰極對(duì)地串接一個(gè)電阻,利用板流形成陰極的對(duì)地正電位,而柵極直流接地,這種偏置技術(shù)叫做“自偏”,但是對(duì)(交流)信號(hào)而言,這同時(shí)又是一個(gè)負(fù)反饋,為了消除這個(gè)影響,就在這個(gè)電阻上并聯(lián)一個(gè)足夠大的點(diǎn)容,這就叫旁路電容。 一般來說,容量為uf級(jí)的電容,象電解電容或鉭電容,他的電感較大,諧振頻率較小,對(duì)低頻信號(hào)通過較好,而對(duì)高頻信號(hào),表現(xiàn)出較強(qiáng)的電感性,阻抗較大,同時(shí),大電容還可以起到局部電荷池的作用,可以減少局部的干擾通過電源耦合出去;容量為0.001~0.1uf的電容,一般為陶瓷電容或云母電容,電感小,諧振頻率高,對(duì)高頻信號(hào)的阻抗較小,可以為高頻干擾信號(hào)提供一條旁路,減少外界對(duì)該局部的耦合干擾 旁路是把前級(jí)或電源攜帶的高頻雜波或信號(hào)濾除;去藕是為保正輸出端的穩(wěn)定輸出(主要是針對(duì)器件的工作)而設(shè)的“小水塘”,在其他大電流工作時(shí)保證電源的波動(dòng)范圍不會(huì)影響該電路的工作;補(bǔ)充一點(diǎn)就是所謂的藕合:是在前后級(jí)間傳遞信號(hào)而不互相影響各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的元件 有源器件在開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲將沿著電源線傳播。去耦電容的主要功能就是提供一個(gè)局部的直流電源給有源器件,以減少開關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地。 從電路來說,總是存在驅(qū)動(dòng)的源和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大,驅(qū)動(dòng)電路要把電容充電、放電,才能完成信號(hào)的跳變,在上升沿比較陡峭的時(shí)候,電流比較大,這樣驅(qū)動(dòng)的電流就會(huì)吸收很大的電源電流,由于電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的電感,會(huì)產(chǎn)生反彈),這種電流相對(duì)于正常情況來說實(shí)際上就是一種噪聲,會(huì)影響前級(jí)的正常工作。這就是耦合。 去耦電容就是起到一個(gè)電池的作用,滿足驅(qū)動(dòng)電路電流的變化,避免相互間的耦合干擾。 旁路電容實(shí)際也是去耦合的,只是旁路電容一般是指高頻旁路,也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小,根據(jù)諧振頻率一般是0.1u,0.01u等,而去耦合電容一般比較大,是10u或者更大,依據(jù)電路中分布參數(shù),以及驅(qū)動(dòng)電流的變化大小來確定。

  一般設(shè)計(jì)的板子上IC 的每個(gè)電源管腳附近都會(huì)放置一個(gè)電容作去耦電容,以減小電源阻抗??那么此IC的某些高速信號(hào)是否會(huì)把此電容作為高頻電流的旁路電容呢?

一般設(shè)計(jì)的板子上IC 的每個(gè)電源管腳附近都會(huì)放置一個(gè)電容作去耦電容,以減小電源阻抗??那么此IC的某些高速信號(hào)是否會(huì)把此電容作為高頻電流的旁路電容呢?

 ????去耦電容和旁路電容沒有本質(zhì)的區(qū)別,電源系統(tǒng)的電容本來就有多種用途,從為去除電源的耦合噪聲干擾的角度看,我們可以把電容稱為去耦電容(Decoupling),如果從為高頻信號(hào)提供交流回路的角度考慮,我們可以稱為旁路電容(By-pass)。而濾波電容則更多的出現(xiàn)在濾波器電路設(shè)計(jì)里。電源管腳附近的電容主要是為了提供瞬間電流,保證電源/地的穩(wěn)定,當(dāng)然,對(duì)于高速信號(hào)來說,也有可能把它作為低阻抗回路,比如對(duì)于CMOS電路結(jié)構(gòu),在0-》1的跳變信號(hào)傳播時(shí),回流主要從電源管腳流回,如果信號(hào)是以地平面作為參考層的話,在電源管腳的附近需要經(jīng)過這個(gè)電容流入電源管腳。所以對(duì)于PDS(電源分布系統(tǒng))的電容來說,稱為去耦和旁路都沒有關(guān)系,只要我們心中了解它們的真正作用就行了。

  電容充放電時(shí)間的計(jì)算:

  設(shè),V0 為電容上的初始電壓值;

  V1 為電容最終可充到或放到的電壓值;

  Vt 為t時(shí)刻電容上的電壓值。

  則,

  Vt=“V0”+(V1-V0)* [1-exp(-t/RC)]

  或,

  t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]

  例如,電壓為E的電池通過R向初值為0的電容C充電

  V0=0,V1=E,故充到t時(shí)刻電容上的電壓為:

  Vt=“E”*[1-exp(-t/RC)]

  再如,初始電壓為E的電容C通過R放電

  V0=E,V1=0,故放到t時(shí)刻電容上的電壓為:

  Vt=“E”*exp(-t/RC)

  又如,初值為1/3Vcc的電容C通過R充電,充電終值為

  Vcc,問充到2/3Vcc需要的時(shí)間是多少?

  V0=Vcc/3,V1=Vcc,Vt=2*Vcc/3,故

  t=“RC”*Ln[(1-1/3)/(1-2/3)]=RC*Ln2

  =0.693RC

  注:以上exp()表示以e為底的指數(shù)函數(shù);Ln()是e為底的對(duì)數(shù)函

  數(shù)

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