什么是旁路电容?教程|应用程序

在本教程中,我们将了解电容器作为旁路电容或去耦电容的主要应用之一。

我们知道电容器是能够以电场的形式存储能量并以预定时间和速率释放的电气设备。此外,电容器块直接电流并通过交流电。

这两种特性(或功能)的电容都用于旁路电容。

介绍

想象一下,您已经设计了一个漂亮的运算放大器电路,并开始原型设计并失望,发现电路无法按预期工作或根本不起作用。这可能是来自电源或内部IC电路的噪声,或者甚至来自相邻IC可能已经耦合到电路中。

由于常规尖峰导致的电源的噪声是不希望的,必须以任何成本消除。旁路电容器充当对电源上不需要的噪声的第一行防线。

什么是旁路电容?

旁路电容通常应用于集成电路的VCC和GND引脚之间。旁路电容消除了电压尖峰对电源的影响,也降低了电源噪声。

使用名称旁路电容,因为它绕过电源的高频分量。它还被称为解耦电容器,因为它从其他电路分离出电路的一部分(通常,来自电源或其他IC的噪声被分流并且其效果在电路的另一部分上减少)。

旁路电容通常在电路上的两个位置应用:每个有源设备(模拟或数字IC)处的电源处的一个。

旁路电容靠近电源,通过存储充电并在必要时(通常是当发生尖峰时)时,通过储存电源并释放它们的电源下降。

旁路电容教程映像1

将放置在VCC附近的旁路电容和IC的GND引脚将能够瞬时电流对开关电路(数字IC)的需求,因为寄生电阻和电感延迟瞬时电流输送。

旁路电容如何消除电源噪声?

要了解旁路电容如何消除噪声,您需要首先了解电容如何在DC和AC中使用。当电容器在DC电源上连接时,与示例的电池一样,在电介质上开发电场,其中一个导体上的一个导体和负电荷相同。

作为电容器电荷,瞬态电流从电源流动。但由于电容器上的电荷达到其最大值(由Q = CV确定),电容器的导电板之间的电场无耗尽电源的电场,并且不再通过电容器流量。

因此,在DC电路中,电容器对电源电压充电,并阻止通过它的任何电流的流量。

当一个电容器连接在一个时变的交流电源,电流流动很少或没有阻力由于充放电循环。

记住这一点,当旁路电容被放置在电源,它提供了一个低电阻路径的噪音(本质上是一个交流信号)从电源到地。因此,旁路电容通过鼻信号分流电源。

由于直流被电容阻挡,它将通过电路而不是通过电容到地。这就是原因;这种电容器也被称为去耦电容器。

旁路电容器考虑因素

没有旁路电容或不正确的旁路可以产生严重的电力干扰,并可能导致电路故障。因此,必须在电路中使用适当的旁路电容。

以下是一些考虑,必须考虑到选择旁路电容。

  • 电容器类型
  • 电容的位置
  • 电容器尺寸
  • 输出负载效果

电容器类型

在高频电路中,旁路电容的引线电感是一个重要的因素。当在像> 100MHz这样的高频开关时,电源轨道上会产生一个高频噪声,这些电源中的谐波加上高引线电感将导致电容器作为开路。

这可以防止电容器在需要时提供必要的电流,以保持稳定的供应。因此,当从设备(集成电路)的内部噪声选择旁路电源电容时,必须选择低引线电感的电容。

MLCC或多层陶瓷片电容器是旁路电源的首选。

电容的位置

旁路电容的放置非常简单。一般情况下,旁路电容应尽量靠近设备的电源引脚。如果距离增加,额外的钉在PCB上可以转换成一个串联电感和串联电阻,这降低了有用的电容带宽。

因此,电源引脚和旁路电容之间的较长PCB迹线增加电感并击败首先引入旁路电容的目的。

电容器尺寸

旁路电容器的尺寸对于确定电容器在需要时向设备供应瞬时电流的能力至关重要。在确定电容器的尺寸时有两件事可以考虑。

  • 将PIN从低到高电平切换时所需的电流量
  • 最大脉冲转换速率计算电容器的最大电流

输出负载效果

如果输出负载纯力电阻,则频率不会影响输出的上升和下降时间。但是,如果输出负载是电容性的,则频率的增加将导致电源中的瞬态电流和振荡。

旁路电容在放大器中的作用

以下图像显示了分压器偏置放大器的电路图。电阻器R1,R2,RC和重新帮助晶体管大致在负载线的中间的Q点偏置。电阻重新增加Q点的稳定性。

旁路电容教程旁路电容放大器

输入和输出分别有两个耦合电容C1和C2。C1将交流信号源耦合到晶体管的基座,而C2将放大信号耦合到负载。

但讨论设备是旁路电容器CE。由于AC信号的放大,发射极电流的幅度大。如果没有旁路电容,则大型交流发射器电流通过发射极电阻器RE流过RE的大型交流电压降。

这导致了很小的交流基极电流,因为RE上的电压降减去Vin。因此,输出电压降低,电压增益大幅度降低。

我们需要为交流发射极电流从发射极流向地提供一个低阻抗路径,以防止电压增益的损失。这可以通过在发射极和地之间连接一个电容来实现,这个电容作为旁路电容来旁路交流发射极电流。

旁路电容在哪里使用?

几乎所有的模拟和数字设备都使用旁路电容。在这两种设备中,旁路电容(通常是一个电容或0.1µF)被放置在离电源引脚非常近的地方。电源也使用旁路电容,通常是较大的10µF电容。

旁路电容的值取决于设备等。在电源的情况下,它在10μF至100μF之间,在IC的情况下,通常为0.1μF或通过操作频率确定或确定。

当设备的带宽约为1MHz时,使用1µF bypass电容。当带宽在10MHz或以上时,使用0.1µF电容。

在一些应用中,旁路电容并联网络被用来过滤大范围的频率。

旁路电容教程多旁路电容器

电路中的每个活动设备都必须具有靠近电源引脚的旁路电容。如果有多个旁路电容,则必须将较小的容量电容器靠近设备放置。

在模拟电路中,旁路电容器通常将高频分量重定向到接地上的电源上。否则,这些信号将通过电源引脚进入敏感模拟IC。如果在模拟电路中不使用旁路电容,则噪声被引入信号路径的良好机会。

在带有微处理器和控制器的数字电路中,旁路电容的使用略有不同。旁路电容在数字电路中的主要作用是充当电荷库。

在数字电路中,在逻辑门以高频切换的情况下,在切换期间需要大电流。寄生电阻和电感不会允许切换过程所需的巨大电流突然流动。

因此,旁路靠近功率销放置以减少寄生电感,在电源可以启动之前提供瞬时电流。

旁路电容器的应用

旁路电容的主要目的是分流电源中不需要的高频成分,同时通过所需的直流。以下是旁路电容的三个主要应用领域。

补偿当前的需求

旁路电容器用于在需要时提供必要的电流。例如,从放大器到扬声器的驱动电流根据信号而变化,放大器输出的当前需求取决于信号的响度。

这种在输出端的变化电流导致从电源中产生变化的电流。这些功率的变化可能引起波动,这些波动可能通过电源耦合到信号线,成为噪声。

旁路电容可以作为临时电流源,有助于减少波动。

电源滤波器

在电源中,通常使用100µF或1000µF以上的大旁路电容来滤波整流正弦波的纹波。

数字系统

在数字电路中,旁路电容在所有IC的VCC和GND引脚之间使用。这有助于在IC的推荐范围内保持稳定的电源,并且还可以消除进入电源的高频信号。此外,它们还充当快速开关电路中的瞬时电流提供商。

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