电容器的这两个功能(或功能)都在旁路电容器中使用。

想象一下,您已经设计了一个不错的运算放大器电路,并开始对其进行原型设计,但失望地发现该电路无法按预期工作或根本无法工作。造成这种情况的主要原因可能是来自电源或内部IC电路的噪声,甚至来自相邻IC的噪声可能已耦合到电路中。

来自电源的噪声(规则的尖峰脉冲)是不希望的,必须不惜一切代价消除。旁路电容器是防止电源上有害噪声的第一道防线。

什么是旁路电容器?

通常在集成电路的VCC和GND引脚之间施加一个旁路电容器。旁路电容器消除了电源电压尖峰的影响,并降低了电源噪声。

使用“旁路电容器”这个名称是因为它旁路了电源的高频分量。它也被称为去耦电容器,因为它可以将电路的一部分与另一部分解耦(通常,来自电源或其他IC的噪声被分流,并且在电路的另一部分上的影响减小了)。

旁路电容器通常应用于电路的两个位置:一个位于电源上bypass电容,另一个位于每个有源设备(模拟或数字IC)上。

位于电源附近的旁路电容器通过存储电荷并在必要时释放电荷(通常在出现尖峰时)来消除电源中的电压降。

来到IC的VCC和GND引脚附近放置的旁路电容器将能够满足开关电路(数字IC)的瞬时电流需求,因为寄生电阻和电感会延迟瞬时电流的传递。

旁路电容器如何消除电源噪声?

要了解旁路电容器如何消除噪声,您需要首先了解电容器在直流和交流下的工作方式。当电容器跨接在直流电源上时(例如示例中的电池),在电介质上会产生电场,导体之一上带有正电荷,而另一导体上带有负电荷。

电容器充电时,瞬态电流从电源中流出。但是,当电容器上的电荷达到最大值(由Q = CV确定)时,电容器导电板之间的电场会使电源的电场无效,并且不再有电荷流过电容器。

因此,在直流电路中,电容器充电至电源电压并阻止任何电流流过该电容器。

当电容器跨时变交流电源连接时,由于充电和放电循环,电流流过的电阻很小或没有电阻。

请记住,将旁路电容器跨接在电源上时,它为从电源到地的噪声(本质上是交流信号)提供了一条低电阻路径。因此,旁路电容器利用交流信号将电源旁路。

由于DC被电容器阻止,它将通过电路而不是通过电容器接地,这就是旁路电容使用的原因,该电容器也称为去耦电容器。

旁路电容器注意事项

没有旁路电容或旁路不当的电路会产生严重的电源干扰,并可能导致电路故障。因此,电路中必须使用适当的旁路电容。

以下是选择旁路电容器时必须考虑的一些注意事项。

● 电容器种类

● 电容器放置

● 电容器尺寸

● 输出负载效应

● 电容器种类

在高频电路中,旁路电容器的引线电感是重要的因素。在> 100MHz之类的高频下切换时,电源轨上会产生高频噪声,并且电源中的这些谐波与高引线电感一起将导致电容器充当开路。

电容器在需要时提供必要的电流,以维持稳定的电源。因此,当从设备(集成电路)的内部噪声中选择用于旁路电源的电容器时,必须选择低引线电感的电容器。

MLCC或多层陶瓷贴片电容器是旁路电源的首选。

电容器放置

旁路电容器的放置非常简单。通常,旁路电容应尽可能靠近设备的电源引脚放置。如果距离增加,PCB上的多余粘性会转化为串联电感器和串联电阻器,从而降低电容器的有用带宽。

因此,电源引脚和旁路电容器之间较长的PCB走线会增加电感,并且会破坏首先引入旁路电容器的目的。

电容器尺寸

确定电容器的尺寸时,要考虑两件事。

从低到高切换引脚时所需的电流量

最大脉冲摆率可计算电容器的最大电流

输出负载效应

如果输出负载是纯电阻性的,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更高的瞬态电流和电源振荡。

旁路电容在电路设计中的应用

在哪里使用旁路电容器?