简述去耦电容的作用和工作原理

当前所有数字电子产品面临的共同问题是噪音，这主要是由于更快的接口以及电源和信号线设备中的低功耗消耗而发生的。幸运的是，可以通过去耦将系统内的一个电路与其他电路分开来降低这种噪声。而去耦电容器等无源元件是放大器、复杂滤波器、模拟和电力电子电路等不同电路中最常用的元件。

由于去耦提供了从电源到地面的低阻抗路径。因此，选择低电感但高值的电容器（低阻抗）非常重要。

什么是去耦电容？

去耦电容是一种电容，用于去耦或隔离两个不同的电子电路或将信号从交流电解耦到直流电。该电容器在消除噪声、功率失真和通过提供纯直流电源保护系统的同时发挥着关键作用。

在逻辑电路中，去耦方法是必不可少的。例如，如果一个逻辑电路以5V电源电压工作，如果电压高于2.5伏，那么它将称为高信号。类似地，如果电压低于2.5伏，那么它将被称为低信号。如果电源内部有噪声，它会在电路中激活高电平和低电平，因此直流耦合电容器广泛用于逻辑电路中。

去耦电容的放置方法

去耦电容的放置可以与电源并联。所以它并联在电源和负载之间。一旦为电路供电，则该电容器的电抗在直流信号上是无限的。所以它不允许直流信号向地面移动。但是，交流信号的电抗较小，因此它们流过电容器并流向地面，以下是示意图：

去耦电容的工作原理是为电源上的高频信号提供一条低阻抗通道，以便清理直流信号。通过这种方式，该电容器将信号从交流电解耦到直流电。

通常对于这些电容，电容值必须在10nF和100nF之间。但是，通常在不同的应用中使用100nF值的电容器。因此，陶瓷电容是最常用的去耦电容。

去耦电容的容值选择方法

在为不同的应用选择去耦电容时，在设计时需要考虑一些电气要求，如交流信号的低频、电阻器的电阻值。

可以根据其值来选择电容。根据应用，选择电容值有一定的标准。频率噪声较小的电容值必须在1 µF至100µF 之间。同样，具有高频噪声的电容值必须在0.01 µF到0.1 µF之间。

这些电容器的连接总是可以直接连接到低阻抗接地层，以实现高效运行。

用于去耦的电容器类型

1、电解电容器

较大的电解电容器（1至100 μF）用于去耦低频噪声。这些电容器充当电荷储存器，以满足电路的瞬时充电要求。由于所有的电解电容都是极化的，它们不能承受超过1伏的反向偏压而不损坏。它们具有相对较高的泄漏电流，这取决于设计、电气尺寸和额定电压与施加电压的关系。

2、陶瓷电容器

低电感表面贴装陶瓷电容器 (0.01 μF – 0.1 μF) 用于去耦高频电源噪声，这些电容器直接连接到IC的电源引脚。

陶瓷电容器结构紧凑，损耗低，具有宽温度耐受性、低ESR/ESL、稳定性、可靠性，并且可以承受宽电压范围。

此外，还使用了 NP0 (COG) 陶瓷电容器（0.1 μF 或更小），因为它们具有较低的介电常数公式和较低的电压系数。

3、多层陶瓷 (MLCC) 表面贴装电容器

由于其低电感设计，MLCC用于10MHz 或更高频率的旁路和滤波。

当然，为了更有效，所有去耦电容必须直接连接到低阻抗接地层。建议使用短走线或过孔连接这些电容器，以尽量减少串联电感。

去耦电容的主要作用

去耦电容用于隔离或去耦两个电路。换句话说，它们将交流信号与直流信号分离，反之亦然。所以，其主要作用如下：

• 在输入电压下降的情况下，去耦电容器为电源提供足够的功率以维持电压水平。
• 在电压升高的情况下，去耦电容防止过电流流过电源，以保持电压稳定。

去耦电容和旁路电容的区别

旁路电容分流噪声信号，去耦电容通过稳定不清晰的信号来平滑信号。所以，去耦电容和旁路电容的区别主要表现在以下几点：

总结

在去耦或旁路应用中使用了不同类型的电容器，这些特性可以根据所使用的介电材料、结构、物理尺寸、线性度、温度稳定性、成本和额定电压而改变。

对于去耦电容来说，其主要作用是抑制电源信号中的高频噪声，经常用于将电路与电源去耦，从而使得一些稳压电源的组件正常工作。