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别被电容难倒!附选型6大指标

来源: 达尔闻说
2022-06-09
类别:设计应用
eye 267
文章创建人 拍明芯城

原标题:别被电容难倒!附选型6大指标

  盖楼少不了水泥石子,搭电路少不了选电容。一则视频详解怎么从种类繁多的电容中合理选型:

  必须掌握的电容参数除了以上参数外,妮姐专门整理电容的拓展知识帮助大家深入学习:1)电容种类:陶瓷电容电解电容优缺点及对比;

  2)电容功能:去耦电容与旁路电容使用技巧;

  电容种类

  电容按封装分有贴片电容,插件电容;按介质分有陶瓷电容,钽电容,电解电容,云母电容;按结构形势分,有固定电容,半固定电容,可变电容。这里针对我们在做电路设计使用较多的陶瓷电容和电解电容分别分析。

  ☞ 陶瓷电容:它是无极性电容,常用于去耦,信号耦合和模拟滤波器设计等。陶瓷电容普遍尺寸小,尤其是消费电子用的都是小尺寸,但是受到工艺限制,低ESR电容的容值一般不会太高。不过,现在工艺越来越好,像日本的一些厂商也能生产大容值的陶瓷电容,只不过价钱相对较高。优点:低ESR,很好的高频特性,稳定性高,温度系数小。缺点:电容值相对较低(几pF to 几十uF),脆弱易受损,电容值受电压影响较大。

  

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  陶瓷电容结构

  ☞ 电解电容:它是有极性电容,在电源电路里是很常见的,通常电容值比较大,从几个uF到几千uF的容值你都可以找的到。其高容值,高频特性差的特点(通常<100kHz),常被用作输入电源的去耦稳压。要特别注意的是这里的输入电源不是指某个芯片的Vdd或者Vcc, 而是PCB的power总电源模块。例如,一个5V的DC输入到一个Buck converter转成3.3V的DC给PCB上其他各种芯片供电,通常电解电容是被接在这个5V电源和ground之间的。

  

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  如上图,一个常用的电源模块设计,假如5V是整个PCB的总电源,一般这个电源后面放的去耦电容会使用电解电容,因为在这个位置我们通常不会太过多关注高频去耦,所以可以用相对较低的价钱得到一个较大的电容来去耦稳压。电解电容其实是一个大类,常见的是铝电解电容。还有钽电解电容等。比如钽电容,它改善了铝电解电容的一些缺点,其容值密度更高,有更好的高频特性,更reliable。但是!钽电容对于反向电压的容忍性极差,如果电压反向了或所加电压高于额定电压会很容易"爆"。优点:高容值,相对便宜,不易受损,电容值受电压影响小。缺点:高ESR,ESL,很差的高频特性,稳定性低,温度系数高。

  

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  铝电解电容结构

  ☞ 陶瓷电容VS 电解电容(电压与容值上的关系)

  

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  如上图,从Murata的一个陶瓷电容参数表上面截的电容变化vs电压的曲线图。很明显的可以看出来电容的值对于对其所加的电压不是一个恒定的值。 也就是说对于上面这个电容, 10V的时候电容值是0.1uF,而电压变为50V时其实只有0.05uF。而电解电容的优点就在于它比陶瓷电容有更小的voltage dependency。

  电容功能

  电容在电路中起到抗干扰的作用,所处的位置不同,称呼就不一样。通常分为两大类:旁路电容和去耦电容。

  旁路电容(bypass)是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象,把前级携带的高频杂波滤除。旁路电容的主要功能是产生一个交流分路,从而消去进入易感区的那些不需要的能量。旁路电容一般作为高频旁路器件来减小对电源模块的瞬态电流需求。通常铝电解电容和钽电 容比较适合作旁路电容,其电容值取决于PCB板上的瞬态电流需求,一般在10至470µF范围内。

  去耦电容(decoupling)也称退耦电容,是把芯片的电源脚的输出的干扰作为滤除对象。去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用:一方面是本集成电路的蓄能电容,另一方面旁路掉该器件的高频噪声(电容对高频阻抗小,将之泻至GND)。数字电路中,当电路从一个状态转换为另一种状态时,就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流,形成瞬变的噪声电压,会影响前级的正常工作。这就是耦合。对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储型器件,应在芯片的电源线(Vcc)和地线(GND)间直接接入去耦电容。数字电路中典型的去耦电容值是0.1µF。这个电容的分布电感的典型值是5nH。 0.1µF的去耦电容有5nH的分布电感,它的并行共振频率大约在7MHz左右,也就是说,对于10MHz以 下的噪声有较好的去耦效果,对40MHz以上的噪声几乎不起作用。 1µF、10µF的电容,并行共振频率在20MHz以上,去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片充放电电容,或1个蓄能电容,可选10µF左右。最好不用电解电容,电解电容是两层薄膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用 钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格,可按C=1/F,即10MHz取0.1µF,100MHz取0.01µ。

  一点Tips:特别提醒,电容的选择并不是容量越大越好。在高频电路中有很大的限制,一旦选择不对会影响电路的整体工作状态,过大的电容对于低频的杂波过滤效果也许比较好,但是面对高频的杂波,由于电容的容值越大,谐振频率越低,其谐振频率的下降,导致它对于高频杂波的过滤效果就不是很理想。

  器件选型,其实就是从器件的规格书上提取相关的信息,判断是否满足产品的设计和应用的要求,电容种类繁多,应用复杂,记住妮姐介绍的参数,一定可以选出合适的电容。


责任编辑:David

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标签: 电容 电容选型

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