电容器应用 – 在电路设计中

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电容器应用 – 在电路设计中

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在之前的文章中,我介绍了 电容器 及其计算。 本文介绍 电容器应用 的一些示例以及如何在电路设计中使用它。

电路一般分为三类:数字电路、模拟电路或组合电路。 这些电路中电容器的作用各不相同,但电容器的功能是不变的。 也就是说,电容器的极板在其进入的第一时刻就通过电流。 之后,它们存储电荷并阻止其通过(以直流电流)。

例如,前面关于电容器的文章中提到,即使是通过电容器的正弦信号也存在相位差。 电容器的电容还会产生一种非散热型电阻(电抗)。

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电容器应用 – 在数字电路中

每个电路都有一个电压范围。 例如,0至5伏之间。 数字电路是一种其组件通常具有以下任一输出的电路: 0伏或5伏。 例如,2.5和…的电压没有具体含义,应定义为逻辑0或1。

为了方便起见,电路理论上低电压(地/GND/0V)表示0,高电压(VCC/5V)表示逻辑1。

电容器在数字电路中的应用主要是作为去耦滤波器以降低噪声或作为时钟振荡器电容器。

换句话说,没有信号是完全线性的。 总是存在一些甚至非常轻微的电压波动和噪音。

这些电压波动有时在微伏范围内。 但也可能会进入千分之几秒的大幅波动,并移动到0-1的逻辑范围。

为了防止这种情况发生,使用电容器作为噪声吸收器,这称为“去耦”。 去耦电容的一个引脚必须连接到信号线,另一个引脚必须接地。

看下面的电路:

capacitor applications 电容器应用

上部是电压调节器块,它将 5 至 12 伏之间的电压转换为 3.3 伏,供其他组件使用。

显然,这种电压转换会在电路中引入一定量的噪声。 因此,稳压器制造商总是建议在稳压器的输入和输出端使用去耦电容。

输入使用两个1毫法和100纳法的电容。

放置 1 毫法电容器有两个目的:提供部件所需的突发电流以及消除低频噪声。

100纳法拉的电容器用于消除在适配器到调节器的路径中可能产生的高频振荡/噪声。

输入必须是标准的 12V DC,因此输入两个电容器就足够了。 但调节器的输出中使用了更大的数字。

三个滤波器级:1mF 用于提供电流,22μF 用于消除中频噪声,100nF 用于消除高频噪声。

此外,在 U2 模块的输入端(引脚 8)处,还使用了两个去耦电容器来消除从稳压器到模块的路径噪声。 在 PCB 电路中,这两个电容器必须非常靠近引脚 8 才能足够有效。

开关管脚也使用电容,最好使用容量较小的电容。 例如,最好在 SW1 键的引脚 1 和地 (0 V) 之间放置一个电容器。

考虑到按键时间约为半秒,10~100纳法的电容比较合适。

容量较低的电容器使用时间较短,容量较高的电容器使用时间较长。

模拟电路中的电容器

通过电容器的频率、容量和电阻(Reactance)之间的关系如下:

capacitor applications 电容器应用

在上述关系中,R 是电抗,C 是以法拉为单位的电容器值,2π 是 2*pi 数 (3.1415),F(截止频率)是最大频率(对于并联电容器)或最小频率 (对于串联电容器)。

在最初的时刻,正电荷积聚在电容器的第一极板后面。 它们在另一侧引起负风,之后,通过改变交流输入电源的相位,正电荷从第一侧放电并被负电荷取代。

正电荷导致另一侧的正电荷替换为负电荷。

这会改变输入交流电流的电荷,但相位差为 90 度。 也就是说,当正弦波在电容器的第一极板中上升时,它在另一极板中下降。

但电容器的电容量限制了电流的消耗,这就导致了“电抗”。

此功能可用于频率滤波器。

如果我们将电容器的输出连接到消费者,如果电容器的输入频率降低到低于截止频率,则电流消耗将减少直至达到零。 这称为高通滤波器。

如果电容器的一端连接到用电设备的输入,另一端连接到地,则在截止频率下,电容器开始通过从自身传递电流来阻止电流进入用电设备。

如果输入频率增加,流向消费者的电流就会减少,直到为零。 这称为低通滤波器。

下图显示了两种类型的电容器作为滤波器的应用:

capacitor applications high pass low pass filter 电容器应用

您可以以任何其他方式使用电容器的这一有趣特性作为滤波器。

滤波器也可用作非通过(并行的两个滤波器)和通过(连续的两个滤波器)。

在 电 路 原 理 图(间 谍 麦 克 风)中,C14 是 低 通 滤 波 器,C13 是 高 通 滤 波 器。

一 般 来 说,理 论 上 很 难 计 算 出 滤 波 电 容 的 准 确 容 量。 因 此,最 好 的 方 法是 计 算 估 计 范围,并通过使用测量工 具 在 计 算 范 围 内 测 试 不 同 的 电 容 器 来 找 到 最 佳 电 容。

该 领 域 最 好 的 测 量 工 具 是 显 示 信 号 形 状的 示 波 器。

 

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