旁路電容和解耦電容

1、旁路電容和解耦電容所謂電容，就是容納和釋放電荷的電子元器件。電容的基本工作原理就是充電放電，當(dāng)然還有整流、振蕩以及其它的作用。另外電容 的結(jié)構(gòu)非常簡單，主要由兩塊正負電極和夾在中間的絕緣介質(zhì)組成。作為無源元件之一的 電容，其作用不外乎以下幾種：1、應(yīng)用于電源電路，實現(xiàn)旁路、去耦、濾波和儲能的作用1）旁路旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負載需 求。就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，并向器件進行放電。為盡量減少阻抗， 旁路電容要盡量靠近負載器件的供電電源管腳和地管腳。這能夠很好地防止輸入值過大而導(dǎo) 致的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過大電流毛刺

2、時的電壓降。2）去耦去耦，又稱解耦。從電路來說，總是可以區(qū)分為驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負載。如果負載電 容比較大，驅(qū)動電路要把電容充電、放電，才能完成信號的跳變，在上升沿比較陡峭的時候， 電流比較大，這樣驅(qū)動的電流就會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，會產(chǎn)生反彈），這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲，會 影響前級的正常工作。這就是耦合。去耦電容就是起到一個電池的作用，滿足驅(qū)動電路電流 的變化，避免相互間的耦合干擾。將旁路電容和去耦電容結(jié)合起來將更容易理解。旁路電容 實際也是去耦合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關(guān)噪聲提供一條低 阻抗泄防

3、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10uF或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)，以及驅(qū)動電流的變化大小來確 定?？偟膩碚f旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象，而去耦是把輸出信號的干擾作為濾 除對象，防止干擾信號返回電源。這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別。3）濾波從理論上（即假設(shè)電容為純電容）說，電容越大，阻抗越小，通過的頻率也越高。但實 際上超過1uF的電容大多為電解電容，有很大的電感成份，所以頻率高后反而阻抗會增大。 有時會看到有一個電容量較大電解電容并聯(lián)了一個小電容，這時大電容通低頻，小電容通高 頻。電容的作用就是通高阻低，通高頻阻低頻。電容

4、越大低頻越容易通過，電容越小高頻越 容易通過。具體用在濾波中,大電容（1000uF）濾低頻，小電容（20pF）濾高頻。由于電容的兩 端電壓不會突變，由此可知，信號頻率越高則衰減越大，可很形象的說電容像個水塘，不會 因幾滴水的加入或蒸發(fā)而引起水量的變化。它把電壓的變動轉(zhuǎn)化為電流的變化，頻率越高， 峰值電流就越大，從而緩沖了電壓。濾波就是充電，放電的過程。在電源電路中，整流電路將交流變成脈動的直流，而在整流電路之后接入一個較大容量 的電解電容，利用其充放電特性，使整流后的脈動直流電壓變成相對比較穩(wěn)定的直流電壓。 在實際中，為了防止電路各部分供電電壓因負載變化而產(chǎn)生變化，所以在電源的輸出端及負 載的

5、電源輸入端一般接有數(shù)十至數(shù)百微法的電解電容.由于大容量的電解電容一般具有一定 的電感，對高頻及脈沖干擾信號不能有效地濾除，故在其兩端并聯(lián)了一只容量為 0.001-0.lpF的電容，以濾除高頻及脈沖干擾.4）儲能儲能型電容器通過整流器收集電荷，并將存儲的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出 端。電壓額定值為40450VDC、電容值在220150 000uF之間的鋁電解電容器（如EPCOS 公司的B43504或B43505）是較為常用的。根據(jù)不同的電源要求，器件有時會采用串聯(lián)、并 聯(lián)或其組合的形式，對于功率級超過10KW的電源，通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容 器。2、應(yīng)用于信號電路，主要完成耦合

6、、振蕩/同步及時間常數(shù)的作用：1）去耦舉個例子來講，晶體管放大器發(fā)射極有一個自給偏壓電阻，它同時又使信號產(chǎn)生壓降反 饋到輸入端形成了輸入輸出信號耦合，這個電阻就是產(chǎn)生了耦合的元件，如果在這個電阻兩 端并聯(lián)一個電容，由于適當(dāng)容量的電容器對交流信號較小的阻抗這樣就減小了電阻產(chǎn)生的 耦合效應(yīng)，故稱此電容為去耦電容。2）振蕩/同步包括RC、LC振蕩器及晶體的負載電容都屬于這一范疇。3）時間常數(shù)這就是常見的R、C串聯(lián)構(gòu)成的積分電路。當(dāng)輸入信號電壓加在輸入端時，電容（C）上的電壓逐漸上升。而其充電電流則隨著電壓的上升而減小。電流通過電阻（R）、 電容（C）的特性通過下面的公式描述：i = （V/R）e-（

7、t/CR）最后說下電解電容的使用注意事項：電解電容由于有正負極性，因此在電路中使用時不能顛倒聯(lián)接。在電源電路中，輸出正 電壓時電解電容的正極接電源輸出端，負極接地，輸出負電壓時則負極接輸出端，正極接 地.當(dāng)電源電路中的濾波電容極性接反時，因電容的濾波作用大大降低，一方面引起電源輸 出電壓波動，另一方面又因反向通電使此時相當(dāng)于一個電阻的電解電容發(fā)熱.當(dāng)反向電壓超過某值時，電容的反向漏電電阻將變得很小，這樣通電工作不久， 即可使電容因過熱而炸裂損壞.加在電解電容兩端的電壓不能超過其允許工作電壓，在設(shè)計實際電路時應(yīng)根據(jù)具體情況 留有一定的余量，在設(shè)計穩(wěn)壓電源的濾波電容時，如果交流電源電壓為220時變

8、壓器次級 的整流電壓可達22V，此時選擇耐壓為25V的電解電容一般可以滿足要求.但是，假如交流 電源電壓波動很大且有可能上升到250V以上時，最好選擇耐壓30V以上的電解電容。電解電容在電路中不應(yīng)靠近大功率發(fā)熱元件，以防因受熱而使電解液加速干涸.對于 有正負極性的信號的濾波，可采取兩個電解電容同極性串聯(lián)的方法，當(dāng)作一個無極性的電容.關(guān)于濾波電容、去耦電容、旁路電容作用濾波電容用在電源整流電路中，用來濾除交流成分。使輸出的直流更平滑。去耦電容用在放大電路中不需要交流的地方，用來消除自激，使放大器穩(wěn)定工作。旁 路電容用在有電阻連接時，接在電阻兩端使交流信號順利通過。關(guān)于去耦電容蓄能作用的理解去耦電

9、容主要是去除高頻如RF信號的干擾，干擾的進入方式是通過電磁輻射。而實際 上，芯片附近的電容還有蓄能的作用，這是第二位的。你可以把總電源看作密云水庫，我們 大樓內(nèi)的家家戶戶都需要供水，這時候，水不是直接來自于水庫，那樣距離太遠了，等水過 來，我們已經(jīng)渴的不行了。實際水是來自于大樓頂上的水塔，水塔其實是一個buffer的作用。 如果微觀來看，高頻器件在工作的時候，其電流是不連續(xù)的，而且頻率很高，而器件VCC 到總電源有一段距離，即便距離不長，在頻率很高的情況下，阻抗Z=i*wL+R，線路的電感 影響也會非常大，會導(dǎo)致器件在需要電流的時候，不能被及時供給。而去耦電容可以彌補此 不足。這也是為什么很多

10、電路板在高頻器件VCC管腳處放置小電容的原因之一（在vcc引腳 上通常并聯(lián)一個去耦電容，這樣交流分量就從這個電容接地。）有源器件在開關(guān)時產(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)到地旁路電容和去耦電容的區(qū)別去耦：去除在器件切換時從高頻器件進入到配電網(wǎng)絡(luò)中的RF能量。去耦電容還可以為 器件提供局部化的DC電壓源，它在減少跨板浪涌電流方面特別有用。旁路：從元件或電纜中轉(zhuǎn)移出不想要的共模RF能量。這主要是通過產(chǎn)生AC旁路消除無 意的能量進入敏感的部分，另外還可以提供基帶濾波功能（帶寬受限）。我們經(jīng)常可以看到，在

11、電源和地之間連接著去耦電容，它有三個方面的作用：一是作為 本集成電路的蓄能電容；二是濾除該器件產(chǎn)生的高頻噪聲，切斷其通過供電回路進行傳播的 通路；三是防止電源攜帶的噪聲對電路構(gòu)成干擾。在電子電路中，去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用，電容所處的位置不同，稱 呼就不一樣了。對于同一個電路來說，旁路（bypass）電容是把輸入信號中的高頻噪聲作為 濾除對象，把前級攜帶的高頻雜波濾除，而去耦decoupling）電容也稱退耦電容，是把輸 出信號的干擾作為濾除對象。大電容并聯(lián)小電容作用及應(yīng)用原理大電容由于容量大，所以體積一般也比較大，且通常使用多層卷繞的方式制作，這就導(dǎo) 致了大電容的分布電感比較大

12、（也叫等效串聯(lián)電感，英文簡稱ESL）。電感對高頻信號的阻抗是很大的，所以，大電容的高頻性能不好。而一些小容量電容則 剛剛相反，由于容量小，因此體積可以做得很?。s短了引線，就減小了 ESL，因為一段導(dǎo) 線也可以看成是一個電感的），而且常使用平板電容的結(jié)構(gòu)，這樣小容量電容就有很小ESL 這樣它就具有了很好的高頻性能，但由于容量小的緣故，對低頻信號的阻抗大。所以，如果我們?yōu)榱俗尩皖l、高頻信號都可以很好的通過，就采用一個大電容再并上一 個小電容的方式。常使用的小電容為0.1uF的瓷片電容，當(dāng)頻率更高時，還可并聯(lián)更小的電容，例如幾 pF，幾百pF的。而在數(shù)字電路中，一般要給每個芯片的電源引腳上并聯(lián)一個0.1uF的電容到地（這個電容叫做退耦電容，當(dāng)然也可以理解為電源濾波電容越靠近 芯片越好），因為在這些地方的信號主要是高頻信號，使用較小的電容濾波就可以了。濾波：多用于直流電路，引入濾波電容的原因是要獲得平滑穩(wěn)定的電壓，因為電容兩端 的電壓不能突變，所以它能抑制電壓的波動，使電壓變得平穩(wěn)光滑。去耦：也叫退耦，主要作用有兩個：1、去除器件之間的交流射頻耦合。它能將器件的 電源端上瞬間的尖峰、毛刺對地短路掉。理論上，頻