一、技术理论
1、电容定义
两个相互靠近的金属板中间夹一层绝缘介质组成的器件,当两端存在电势差时,由于介质阻碍了电荷移动而积累在金属板上,衡量金属板上储存电荷的能力,称为电容,相应的器件称为电容器。
电容的符号为C,单位为法拉(F)。电容越大,存储电荷的能力越强。
补充:
电势:在静电学里,电势(electric potential)(又称为电位)定义为:处于电场中某个位置的单位电荷所具有的电势能。电势只有大小,没有方向,是标量,其数值不具有绝对意义,只具有相对意义。
电势差:电压(voltage),也被称作电势差或电位差,是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。电压在某点至另一点的大小等于单位正电荷因受电场力作用从某点移动到另一点所做的功,电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。电压的国际单位制为伏特(V,简称伏)。
2、公式
C ——电容,Q——电荷量,U——电势差
在电路学中,在电势差1U下,电容器的储存电荷的能力,称为电容。
3、电容的单位需要注意一下
因为我们常用的单位是不会用法拉F那么大的单位,一般用uF,nF,pF
4、电容作用
电容的本质是充电与放电,在电路中起到隔直通交的作用。
隔直(阻直流):只充电,不放电。充满后无法放电,断开状态。
通交:循环充电与放电。按交流信号频率循环放电,导通状态。
注意:电容内部有绝缘介质,内部不会导通,通交流是应用电容的充放电功能;从外部看,感觉导通了而已。
这三个参数U、t、C需要特别掌握,特别是从事设计,去考虑冲放电电流,避免电路的不稳定性。
5、电容特性
充放电有个过程(不会瞬间充满),电容两端电压不能突变,如果突变,将会产生很大的充放电电流,设计时应避免,这时可通过电阻、电感等器件进行限流。
6、电容类型
方便理解,对电容进行类型区分,但万变不离其宗,电容的本质:储能,充放电
滤波电容:
旁路电容:
旁路电容是可将混有高频电流和低频电流的交流电中的高频成分旁路滤掉的电容。 对于同一个电路来说,旁路(bypass)电容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,而去耦(decoupling,也称退耦)电容是把输出信号的干扰作为滤除对象。
旁路电容用于导通或者吸收某元件或者一组元件中交流成分的一种电容。通常交直流中的交流部分被去除,而允许直流部分通过加有旁路电容的元件。
旁路电容不是理论概念,而是一个经常使用的实用方法,电子管或者晶体管是需要偏置的,就是决定工作点的直流供电条件。例如电子管的栅极相对于阴极往往要求加有负压,为了在一个直流电源下工作,就在阴极对地串接一个电阻,利用板流形成阴极的对地正电位,而栅极直流接地,这种偏置技术叫做“自偏”,但是对(交流)信号而言,这同时又是一个负反馈,为了消除这个影响,就在这个电阻上并联一个足够大的电容,这就叫旁路电容。
什么是旁路电容器?旁路电容的作用和原理 - 知乎
旁路电容的作用是什么-电子发烧友网
耦合电容:
补充:什么是耦合?
Coupling,译为连接、耦合。
耦合,在物理学中,指两个或两个以上的体系或运动形式之间通过各种相互作用而彼此影响。如在两个单摆中间连一根线,它们的振动就会发生耦合。
下面这篇文章对耦合电容讲得非常深刻和实用:
百度安全验证
退耦(去耦)电容:
退耦是指对电源采取进一步的滤波措施,去除两级间信号通过电源互相干扰的影响。耦合常数是指耦合电容值与第二级输入阻抗值乘积对应的时间常数。
退耦电容并接于电路正负极之间,可防止电路通过电源形成的正反馈通路而引起的寄生振荡。所谓退耦,即防止前后电路电流大小变化时,在供电电路中所形成的电流波动对电路的正常工作产生影响,换言之,退耦电路能够有效地消除电路之间的寄生耦合。
下面这篇文章对退耦电容的认知很深,大家可以看一下:
什么是退耦电容 - 电子发烧友网
还有耦合和去耦的对比:
百度安全验证
自举电容:
主要是在甲乙类单电源互补对称电路中使用较为普遍。甲乙类单电源互补对称电路在理论上可以使输出电压Vo达到Vcc的一半,但在实际的测试中,输出电压远达不到Vcc的一半。其中重要的原因就需要一个高于Vcc的电压,所以采用自举电路来升压。
https://www.eefocus.com/e/522397.html
......
其实上面的名称记不住没关系,只要记住电容的本质,就不会影响设计了。
百度安全验证
电容可以分为哪几类,一起来看看吧-电子发烧友网
电容选型:
硬件设计之电容选型 - 知乎
电容选型与应用知识 - 豆丁网
史上最全的电容应用与选型讲解-电子发烧友网
二、陶瓷电容
优点:
无极性;
耐压较好;
耐温好;
ESR小,滤波效果好
(ESR,是Equivalent Series Resistance三个单词的缩写,翻译过来就是“等效串联电阻”。)
缺点:
电容容值小,一般使用10uF以下的;
电容容值大
电容器及其介质种类:
(上述描述为风华高科陶瓷电容的规格说明书节选)
Ⅰ容值一般比较小。这种电容的用途,举个例子,在设计上有时电容会影响到晶振的起振,所以要求电容的稳定性非常高,一般要用COG电容。
所以高频类的一般应用在射频电路、振荡电路中,其他的例如X7R用在普通电路即可。
三、电解电容
较为出名的厂商:台湾立隆
电解电容器通常是由金属箔(铝/钽)作为正电极,金属箔的绝缘氧化层(氧化铝/钽五氧化物)作为电介质,电解电容器以其正电极的不同分为铝电解电容器和钽电解电容器。铝电解电容器的负电极由浸过电解质液(液态电解质)的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成;钽电解电容器的负电极通常采用二氧化锰。由于均以电解质作为负电极(注意和电介质区分),电解电容器因而得名。
·铝电解电容(CL)分为四类:
引线型铝电解电容器;
牛角型铝电解电容器;
螺栓式铝电解电容器;
固态铝电解电容器。
通常我们在普通的电器上,基本上用引线型的和固态铝电解电容用得比较多;在一些大容量上会用到牛角型或螺旋式的电解电容。
电解电容的特点:
1.单位体积的电容量非常大,比其它种类的电容大几十到数百倍。
2.额定的容量可以做到非常大,可以轻易做到几万μf甚至几f(但不能和双电层电容比)。
3.价格比其它种类具有压倒性优势,因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料,比如铝等等。制造电解电容的设备也都是普通的工业设备,可以大规模生产,成本相对比较低。
第二个:容量1000uF,耐压值为6.3V,
第三个:容量1000uF,耐压值为6V
所以第五点,在高频电路中要尤为注意
四、安规电容
定义:
失效后,不会导致电击,不危及人身安全的电容器,成为安规电容。安规电容通常只用于抗干扰电路中的滤波作用。它们用在电源滤波器里,起到电源滤波作用,分别对共模、差模干扰起滤波作用。出于安全考虑和EMC考虑,一般在电源入口建议加上安规电容。
区别:
安规电容的放电和普通电容不一样,普通电容在外部电源断开后电荷会保留很长时间,如果用手触摸就会被电到,而安规电容则没这个问题。在交流电源输入端,一般需要增加3个安全电容来抑制EMI传导干扰。
分类:
安规电容分为x 型和y 型。交流电源输入分为3 个端子:火线L/零线N/地线G,(L=Line,N=Neutral, G=Ground)。(在AC-DC开关电源应用)
X电容——跨接在电力线(L-N)之间的电容,一般选用金属薄膜电容;
Y电容——跨接在电力线和地之间(L-E,N-E)的电容,一般是成对出现。
下面这篇文章对安规电容讲得比较透,也是从第三方机构认证的角度去讲:
百度安全验证
https://www.eefocus.com/e/504204.html
应用:
一般应用在开关电源中,X电容抑制差模干扰,Y电容抑制共模干扰。
补充:什么是差模干扰?什么是共模干扰?
细说『共模干扰』和『差模干扰』 - 知乎
什么是共模干扰和差模干扰 - 模拟技术 - 电子发烧友网
EMI常规知识与Y电容在开关电源中的应用 - 品慧电子网
安全等级:
百度安全验证
五、电容仿真(高低电平RC复位电路)
低电平复位
高电平复位