为什么大电容用于低频通路,小电容用于高频电路

 

般的10PF左右的电容用来滤除高频的干扰信号,0.1UF左右的用来滤除低频的纹波干扰,还
可以起到稳压的作用

滤波电容具体选择什么容值要取决于你PCB上主要的工作频率和可能对系统造成影响的谐波
频率,可以查一下相关厂商的电容资料或者参考厂商提供的资料库软件,根据具体的需要
选择。至于个数就不一定了,看你的具体需要了,多加一两个也挺好的,暂时没用的可以
先不贴,根据实际的调试情况再选择容值。如果你PCB上主要工作频率比较低的话,加两个
电容就可以了,一个虑除纹波,一个虑除高频信号。如果会出现比较大的瞬时电流,建议
再加一个比较大的钽电容。

其实滤波应该也包含两个方面,也就是各位所说的大容值和小容值的,就是去耦和旁路。
原理我就不说了,实用点的,一般数字电路去耦0.1uF即可,用于10M以下;20M以上用1到
10个uF,去除高频噪声好些,大概按C=1/f  。旁路一般就比较的小了,一般根据谐振频率
一般为0.1或0.01uF

说到电容,各种各样的叫法就会让人头晕目眩,旁路电容,去耦电容,滤波电容等等,其
实无论如何称呼,它的原理都是一样的,即利用对交流信号呈现低阻抗的特性,这一点可
以通过电容的等效阻抗公式看出来:Xcap=1/2лfC,工作频率越高,电容值越大则电容的
阻抗越小.。在电路中,如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路,就称为旁
路电容;如果主要是为了增加电源和地的交流耦合,减少交流信号对电源的影响,就可以
称为去耦电容;如果用于滤波电路中,那么又可以称为滤波电容;除此以外,对于直流电
压,电容器还可作为电路储能,利用冲放电起到电池的作用。而实际情况中,往往电容的
作用是多方面的,我们大可不必花太多的心思考虑如何定义。本文里,我们统一把这些应
用于高速PCB设计中的电容都称为旁路电容.

电容的本质是通交流,隔直流,理论上说电源滤波用电容越大越好。

但由于引线和PCB布线原因,实际上电容是电感和电容的并联电路,

(还有电容本身的电阻,有时也不可忽略)

这就引入了谐振频率的概念:ω=1/(LC)1/2

在谐振频率以下电容呈容性,谐振频率以上电容呈感性。

因而一般大电容滤低频波,小电容滤高频波。

这也能解释为什么同样容值的STM封装的电容滤波频率比DIP封装更高。

至于到底用多大的电容,这是一个参考

            电容谐振频率

电容值       DIP (MHz)      STM (MHz)

1.0μF                2.5                     5

0.1μF                 8                     16

0.01μF              25                     50

1000pF             80                    160

100 pF              250                   500

10 pF                800                1.6(GHz)

不过仅仅是参考而已,用老工程师的话说——主要靠经验。

更可靠的做法是将一大一小两个电容并联,

一般要求相差两个数量级以上,以获得更大的滤波频段。

一般来讲,大电容滤除低频波,小电容滤除高频波。电容值和你要滤除频率的平方成反比


具体电容的选择可以用公式C=4Pi*Pi  /(R * f * f )

电源滤波电容如何选取,掌握其精髓与方法,其实也不难。

1)理论上理想的电容其阻抗随频率的增加而减少(1/jwc),但由于电容两端引脚的电感效应
,这时电容应该看成是一个LC串连谐振电路,自谐振频率即器件的FSR参数,这表示频率大于
FSR值时,电容变成了一个电感,如果电容对地滤波,当频率超出FSR后,对干扰的抑制就大打
折扣,所以需要一个较小的电容并联对地,可以想想为什么?

原因在于小电容,SFR值大,对高频信号提供了一个对地通路,所以在电源滤波电路中我们常
常这样理解:大电容虑低频,小电容虑高频,根本的原因在于SFR(自谐振频率)值不同,当然也
可以想想为什么?如果从这个角度想,也就可以理解为什么电源滤波中电容对地脚为什么要
尽可能靠近地了.

2)那么在实际的设计中,我们常常会有疑问,我怎么知道电容的SFR是多少?就算我知道SFR值
,我如何选取不同SFR值的电容值呢?是选取一个电容还是两个电容?

电容的SFR值和电容值有关,和电容的引脚电感有关,所以相同容值的0402,0603,或直插式电
容的SFR值也不会相同,当然获取SFR值的途径有两个,1)器件Data sheet,如22pf0402电容的
SFR值在2G左右, 2)通过网络分析仪直接量测其自谐振频率,想想如何量测?S21?

知道了电容的SFR值后,用软件仿真,如RFsim99,选一个或两个电路在于你所供电电路的工作
频带是否有足够的噪声抑制比.仿真完后,那就是实际电路试验,如调试手机接收灵敏度时,
LNA的电源滤波是关键,好的电源滤波往往可以改善几个dB.
### 交流电路中旁路电容作用机制 在交流电路中,旁路电容通过其频率响应特性为并联元件提供低阻抗通路。具体而言,电容器的阻抗$Z_C$随频率升高而降低,表达式为: $$ Z_C = \frac{1}{j\omega C} $$ 其中$\omega = 2\pi f$是角频率,$C$是电容值。当频率升高时,$\omega$增,导致$Z_C$显著减小。这意味着在高频信号下,电容相当于一个接近短路的路径,允许电流绕过并联元件而流向地或其他参考点。 这种特性使得旁路电容能够有效地将高频噪声或干扰信号从敏感电路部分分流出去,防止这些信号对系统性能造成影响。例如,在放电路中,输入信号可能携带高频噪声,若未加旁路电容,则噪声会直接进入放器并被放,最终影响输出质量。通过在输入端与地之间连接旁路电容,可以将这些高频成分短路到地,从而保持信号的纯净性[^3]。 此外,旁路电容的设计布局也至关重要。为了确保其有效工作,应尽量缩短电容与相关器件之间的走线长度,以减少寄生电感和电阻的影响。高频电流倾向于沿着最小电感路径流动,因此紧凑的环路面积有助于降低电磁辐射和串扰[^2]。 --- ### 旁路电容对并联元件的影响 当旁路电容与并联元件形成低阻抗通路时,其主要作用是隔离直流偏置与交流信号。在许多模拟电路中,直流偏置电压需要稳定地施加到有源器件上,而交流信号则需独立处理。此时,旁路电容充当“隔直通交”的角色,使直流分量无法流经该路径,同时为交流信号提供低阻抗通道。 例如,在运算放器的供电引脚附近放置旁路电容,可以为电源中的高频波动提供返回路径,避免这些波动进入放器内部并影响增益稳定性。这种做法不仅提高了系统的信噪比,还能增强整体的动态响应能力[^4]。 在多级放电路中,旁路电容用于解除各级之间的阻抗匹配问题。若某一级的输出阻抗较高,而下一级的输入阻抗较低,则可能导致信号失真或衰减。通过在两级之间引入旁路电容,可实现更平滑的信号传递,并维持较高的电压增益。 --- ### 实际应用中的设计考量 选择合适的旁路电容值时,需考虑目标频率范围。通常,较小的陶瓷电容(如0.1μF)适用于MHz级别的高频去耦,而较的电解电容用于滤除低频纹波。在高速数字电路中,多个不同容值电容常并联使用,以覆盖宽频带的噪声抑制需求。 此外,PCB布局对旁路电容的效果具有直接影响。理想情况下,旁路电容应尽可能靠近器件的电源引脚,并采用短且宽的走线以降低寄生电感。接地端也应连接至低阻抗的地平面,确保电流能快速回流而不产生额外压降[^1]。 ```c // 示例:电源去耦电容的典型配置 #define VCC_PIN 5 #define GND_PIN 6 void setup_power_decoupling() { // 在VCC与GND之间并联0.1uF陶瓷电容与10uF电解电容 pinMode(VCC_PIN, OUTPUT); pinMode(GND_PIN, INPUT_PULLDOWN); digitalWrite(VCC_PIN, HIGH); // 模拟电源供电 } ``` ---
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