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旁路电容的作用及原理概述

IC先生 IC先生 5017 2022-04-07 11:55:03

众所周知,电容器是一种能够以电场形式存储能量并以预定时间和速率释放能量的电子元器件。此外,电容器阻止直流电并通过交流电。电容器的这些特性(或功能)都可以用于旁路电容器。

旁路电容应用于集成电路的电源引脚VCC和GND之间,它们主要的作用是降低了电源噪声和电源线上尖峰,还可以在集成电路切换时提供即时的电流需求。

旁路电容的概念

旁路电容是将交流信号短接到地的电容器,这样可以消除直流信号上出现的任何交流噪声,从而产生更清洁和纯净的直流信号。旁路电容基本上绕过了可能存在于直流信号上的交流噪声,滤除交流电,从而使干净、纯净的直流信号通过而没有几个交流纹波。

旁路电容器的操作

用于在周围传导交流电的电容器,作为一个组件或一组组件。定期从AC/DC组合中移除AC;然后释放直流电以通过旁路组件。

发射极旁路电容的工作过程

当CE (Common Emitter) 放大器中添加发射极电阻时,其电压增益会降低,但输入阻抗会增加。每当旁路电容与发射极电阻并联时,CE放大器的电压增益就会增加。如果去掉旁路电容,放大电路会产生极大的退化,增益电压会降低。

发射极旁路电容

阴极旁路电容的工作过程

典型三极管前置放大器中的阴极电阻器在一个大电容器内被旁路,以消除负反馈形式,称为阴极退化,它显着增加增益。

阴极旁路电容

当电容器足够大时,它对音频起短路作用并消除负反馈,但对直流起开路作用,从而保持直流电网偏置。可以通过使用较低的电容值来引入高音提升,该电容值可作为高频短路,但允许负反馈衰减低音。这通常在前置放大器的明亮通道中完成。如果不需要额外增益,则根据放大器从输入插孔到功率放大器的整体增益,可以完全消除电容器。

旁路电容值的计算公式

知道旁路电容器的功能和工作原理之后,仍然还需要找出电容器的合适值以将其用于特定设备。考虑到旁路电容器的特性值包括0.1 µF和1µF,频率越高,数值越小;而频率越低,数值越大。

f=1/12tR

这里tR=上升时间

选择合适的旁路电容器最重要的参数是它在需要时提供即时电流的能力,为了选择适合特定设备的电容器,其主要过程如下:

首先,可以使用以下公式计算旁路电容尺寸:

C = frac1 * N * ΔtΔV

其中:

  • I=将一个输出从低电平切换到高电平所需的电流量
  • frac=fraction=分数
  • N=切换输出的数量
  • Δt=电容器对线路充电所需的时间
  • ΔV=VCC的容许下降
公式中给出的值应该是已知的,其中可以假设Δt和ΔV。

找出旁路电容器大小的另一种方法是通过指定的最高脉冲压摆率计算其最大电流,一般情况下,大多电容器制造商已经设定了最大的脉冲压摆率。

I=CfracdVdt

旁路电容的功能特性

旁路电容器用作接地的旁路交流信号,一个电容器连接在地线和电线之间。对于交流信号,电容器短路并绕过它,而通过电容器的直流表现为直流开路,直流电直接提供给IC。

旁路电容器的必要特性是:

  • 具有低阻抗。
  • 通电良好。
  • 能够有效地将噪声电流接地。
  • 有效降低噪声电流。

旁路电容器的应用

  • 功率调节和功率因数校正
  • 带有EEPROM的实时时钟日历
  • DC/DC转换器
  • 电压基准
  • DSL放大器
  • 信号耦合和去耦
  • 高通和低通滤波器

总结

不难发现,旁路电容器的电感比电容值更能成为旁路效率的决定因素。因此,应根据串联电感值选择旁路电容,并将旁路元件分布在整个PCB中。

将旁路电容集中在需要大瞬态电流通过的IC附近,也就是有可靠的电源和接地层,所以尽量使旁路电容尽可能靠近IC,导致旁路电容器具有非常低的串联电阻和电感,这在非常高的频率下很有效果。

此外,去耦电容也可也降低噪声,二者的区别可以访问:简述去耦电容的作用和工作原理

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