在电路基础的课本中,我们知道电容两端的电压不能突变,当电压突然升高的时候,电容会抑制电压的升高,当电容两端电压下降的时候,电容会抑制电压的下降,从而实现稳定电压的作用,这个时候的电容主要用作储能的作用。
当一个电容串联在信号回路中的时候,因为电容“隔直通交”的特性,电容可以将交流成分耦合到另一端上去。例如运放电路中的电容耦合,就是使得交流信号通过,直流信号不通过。
关于电容谐振频率点的解释:现实中的电容物料并不是理想的电容,一颗电容可以认为是电容、电感、电阻的串联。从而构成了一个串联谐振电路,使得电容自身存在谐振点,在低频到谐振点的频率范围内,电容呈现容性,当在谐振频率点以上的范围内,电容则呈现感性。
在单片机、数字芯片等芯片的电源引脚上,我们经常会看到手册里面写着需要104的去耦电容。为什么说这里的电容是去耦电容呢?主要是因为在数字器件芯片内部的开关器件在工作的时候其开关频率在Mhz以上。开关器件在开关的瞬间会导致电压、电流的跳变,这一部分的跳变(也就是干扰),会通过芯片的电源引脚耦合到整个电源网络上,当在电源引脚添加一个电容的时候(耦合电容),只要我们的电容的容值选择的合理,即可将这部分的干扰导入到地平面中,从而保证整个电源网络不会受到开关器件开启和关闭的干扰。在电容的选型上,一般选择电容的谐振频率和开关频率相同即可。
在进行开关电源设计的时候一般会在电源的输出端和输入端存在电容,这些电容一般被称为滤波电容。滤波电容和储能电容的原理比较相似,也是通过电容两端电压不能突变的原理,当电压升高的时候,通过电容进行抑制,当电压降低的时候通过电容抑制电压的下降。从而保证电源的稳定。或者是,将电压的上升和下降认为是高频信号的干扰,因为电容对于频率越高的信号其阻抗越低,从而导致这一部分的高频干扰信号通过电容消除了。
在电路中旁路电容,其实翻译过来就是信号从电容上被旁路了,在开关电源中,和开关频率相匹配的信号就是被旁路到地平面上了,在单片机、数字芯片中,开关器件的频率干扰也是被旁路到地平面上了。
去耦电容、滤波电容、旁路电容其本质上都是通过电容的高频特性即“隔直通交“,将信号中电容谐振频率点的附近的频率进行滤除。