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什么是去耦电容?去耦电容的作用是什么?

2015-2-3 15:03| 编辑:电工学习网| 查看: 8167| 评论: 0

去耦电路在电子产品中是应用最多的,几乎所有的多级放大器、不管是分立器件或集成电路都需要去耦电路。去耦电路出了问题,会影响电路的正常工作。
从电路来说,总是存在驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大,驱动电路要把电容充电、放电,才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候,电流比较大,这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感,电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声,会影响前级的正常工作。这就是耦合。
什么是“去耦”电路呢?
去耦电路指的是在多级放大电路(集成电路芯片内部大多也是由各种多级放大电路组成)的供电电源端对地所加的旁路电容。其容量大可到几十、上百微法,小也要O.1、0.01微法。加这个电容有什么作用呢?主要是防止来自直流电源内部的耦合使放大器自激,这也就是“去耦”这个名称的含意。
去耦电容一般作如下作用:
1)旁路掉器件的高频噪声(在电源和地之间为高频噪声提供低阻抗通路)。一般而言,工作频率越高,电容值越大,则电容的阻抗越小。
2)作IC的储能电容,利用电容充放电原理提供和吸收该IC开门关门瞬间的充放电能。
在实际应用中,数字电路中典型的0.1uF去耦电容有5nH的分布电感,并行共振频率约为7MHz(只对此频率一下的噪声有较好的去耦作用)。而1uF、10uF的电容,平行共振频在20MHz以上,去除高频噪声的效果要好些。在电源进入印制板的地方放置一个1uF或10uF的高频去耦电容往往是有利的,即使是电池供电的系统也需要这种电容。
去藕电容就是起到一个电池的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰。
旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般是0.1u,0.01u等,而去耦合电容一般比较大,是10u或者更大,依据电路中分布参数,以及驱动电流的变化大小来确定。
去耦和旁路都可以看作滤波。正如ppxp所说,去耦电容相当于电池,避免由于电流的突变而使电压下降,相当于滤纹波。具体容值可以根据电流的大小、期望的纹波大小、作用时间的大小来计算。去耦电容一般都很大,对更高频率的噪声,基本无效。旁路电容就是针对高频来的,也就是利用了电容的频率阻抗特性。电容一般都可以看成一个RLC串联模型。在某个频率,会发生谐振,此时电容的阻抗就等于其ESR。如果看电容的频率阻抗曲线图,就会发现一般都是一个V形的曲线。具体曲线与电容的介质有关,所以选择旁路电容还要考虑电容的介质,一个比较保险的方法就是多并几个电容。
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。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5μH。0.1μF的去耦电容有5μH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0.01μF。
耦合电感的去耦等效电路
 (1)互感电压用CCVS等效代替

耦合电感两线圈的互感电压各被另一线圈的电流所控制。故根据耦合电感元件的伏安关系,两种基本的耦合电感模型,就可分别等效为图(a),(b)所示的含CCVS电路。


图1去耦电路

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