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铝电解电容 > 新闻资讯 > 公司新闻 > 铝电解电容器的作用和选择方法

一、铝电解电容器的作用

作为无源元件之一的铝电解电容器,其作用不外乎以下几种: 

应用于电源电路,实现旁路、去藕、滤波和储能的作用。下面分类详述之:

 1)旁路

旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件,它能使稳压器的输出均匀化,降低负载需求。就像小型可充电电池一样,旁路电容能够被充电,并向器件进行放电。为尽量减少阻抗,旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。 

2)去藕

去藕,又称解藕。从电路来说,总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大,驱动电路要把电容充电、放电,才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候,电流比较大,这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感,电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声,会影响前级的正常工作,这就是所谓的“耦合”。 

去藕电容就是起到一个“电池”的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰。将旁路电容和去藕电容结合起来将更容易理解。

旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般取 0.1µF、0.01µF 等;而去耦合电容的容量一般较大,可能是 10µF 或者更大,依据电路中分布参数、以及驱动电流的变化大小来确定。

旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象,防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。 

3)滤波

从理论上(即假设电容为纯电容)说,电容器越大,阻抗越小,通过的频率也越高。但实际上超过 1µF 的电容大多为电解电容,有很大的电感成份,所以频 率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容,这时大电容通低频,小电容通高频。电容的作用就是通高阻低,通高频阻低频。电容越大低频越容易通过,电容越小高频越容易通过。具体用在滤波中,大电容(1000µF)滤低频,小电容(20pF)滤高频。

曾有网友形象地将滤波电容比作“水塘”。由于电容的两端电压不会突变,由此可知,信号频率越高则衰减越大,可很形象的说电容像个水塘,不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。它把电压的变动转化为电流的变化,频率越高,峰值电流就越大,从而缓冲了电压。滤波就是充电,放电的过程。

4)储能

储能型电容器通过整流器收集电荷,并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。电压额定值为 40~450VDC、电容值在 220~150 000µF 之间的铝电解电容器是较为常用的。根不同的电源要求,器件有时会采用串联、并联或其组合的形式,对于功率级超过 10KW 的电源,通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。

应用于信号电路,主要完成耦合、振荡/同步及时间常数的作用: 

1)耦合

举个例子来讲,晶体管放大器发射极有一个自给偏压电阻,它同时又使信号 产生压降反馈到输入端形成了输入输出信号耦合,这个电阻就是产生了耦合的元件,如果在这个电阻两端并联一个电容,由于适当容量的电容器对交流信号 较小的阻抗,这样就减小了电阻产生的耦合效应,故称此电容为去耦电容。

2)振荡/同步

包括 RC、LC 振荡器及晶体的负载电容都属于这一范畴。

3)时间常数

这就是常见的 R、C 串联构成的积分电路。当输入信号电压加在输入端时,电容(C)上的电压逐渐上升。而其充电电流则随着电压的上升而减小。电流通过电阻(R)、电容(C)的特性通过下面的公式描述:

 i = (V / R)e- (t / CR)

二、铝电解电容器的选择

通常,应该如何为我们的电路选择一颗合适的电容呢?笔者认为,应基于以下几点考虑:

1)静电容量;

2)额定耐压;

3)容值误差;

4)直流偏压下的电容变化量;

5)噪声等级;

6)电容的类型;

7)电容的规格。 

那么,是否有捷径可寻呢?其实,电容作为器件的外围元件,几乎每个器件的 Datasheet 或者 Solutions,都比较明确地指明了外围元件的选择参数,也就是说,电容套管印刷厂家据此可以获得基本的器件选择要求,然后再进一步完善细化之。

其实选用电容时不仅仅是只看容量和封装,具体要看产品所使用环境,特殊的电路必须用特殊的电容。

下面是 chip capacitor 根据电介质的介电常数分类,介电常数直接影响电路的稳定性。

NP0 or CH (K < 150):电气性能最稳定,基本上不随温度﹑电压与时间的改变而改变,适用于对稳定性要求高的高频电路。鉴于 K 值较小,所以在 0402、0603、0805 封装下很难有大容量的电容。如 0603 一般最大的 10nF 以下。

X7R or YB (2000 < K < 4000):电气性能较稳定,在温度、电压与时间改变时性能的变化并不显著(∆C < ±10%)。适用于隔直、偶合、旁路与对容量稳定性要求不太高的全频鉴电路。

Y5V or YF(K > 15000):容量稳定性较 X7R 差(∆C < +20% ~ -8 0%),容量损耗对温度、电压等测试条件较敏感,但由于其 K 值较大,所以适用于一些容值要求较高的场合。

 
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