电容的用法：去耦、旁路、滤波等

 

电容的用法：去耦、旁路、滤波等

转载自： http://blog.sina.com.cn/s/blog_982d7fa301018k35.html

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。

 

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以下内容转自百度百科：

 

去耦电容

 

基本概况

　　在电子电路中，去耦电容和 旁路电容都是起到抗干扰的作用，电容所处的位置不同，称呼就不一样了。对于同一个电路来说，旁路（bypass）电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦（decoupling）电容也称退耦电容，是把输出信号的干扰作为滤除对象。去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。从电路来说，总是存在驱动的源和

  

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。这就是耦合。

　　去耦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。

　　去耦和旁路都可以看作滤波。去耦电容相当于电池，避免由于电流的突变而使电压下降，相当于滤纹波。具体容值可以根据电流的大小、期望的纹波大小、作用时间的大小来计算。去耦电容一般都很大，对更高频率的噪声，基本无效。旁路电容就是针对高频来的，也就是利用了电容的频率阻抗特性。电容一般都可以看成一个RLC串联模型。在某个频率，会发生谐振，此时电容的阻抗就等于其ESR。如果看电容的频率阻抗 曲线图，就会发现一般都是一个V形的曲线。具体曲线与电容的介质有关，所以选择旁路电容还要考虑电容的介质，一个比较保险的方法就是多并几个电容。

相关作用

(1）去耦电容

　　去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰，干扰的进入方式是通过电磁辐射。

　　而实际上，芯片附近的电容还有蓄能的作用，这是第二位的。

　　你可以把总电源看作密云水库，我们大楼内的家家户户都需要供水，

　　这时候，水不是直接来自于水库，那样距离太远了，

　　等水过来，我们已经渴的不行了。

　　实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer的作用。

　　如果微观来看，高频器件在工作的时候，其电流是不连续的，而且频率很高，

　　而器件VCC到总电源有一段距离，即便距离不长，在频率很高的情况下，

　　阻抗Z=i*wL+R，线路的电感影响也会非常大，

　　会导致器件在需要电流的时候，不能被及时供给。

　　而去耦电容可以弥补此不足。

　　这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一

　　（在vcc引脚上通常并联一个去藕电容，这样交流分量就从这个电容接地。）

(2）有源器件

　　2）有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供

　　一 个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地

　　去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容值是0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是5nH。0.1μF的去耦电容有5nH的分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz左右，计算方法为ω=根号下(1/LC) 也就是说，对于10MHz以下的噪声有较好的去耦效果，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1μF、10μF的电容，并行共振频率在2MHz以上，去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片充放电电容，或1个蓄能电容，可选10μF左右。最好不用电解电容，电解电容是两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格，可按C=1/F，即10MHz取0.1μF，100MHz取0.01μF。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

旁路电容

可将混有高频电流和低频电流的交流电中的高频成分旁路掉的电容，称做“旁路电容”。 对于同一个电路来说，旁路（bypass）电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦（decoupling，也称退耦）电容是把输出信号的干扰作为滤除对象。

 

 

定义

　　可将混有高频电流和低频电流的交流信号中的高频成分旁路滤掉的电容，称做“旁路电容”。

　　旁路电容的主要功能是产生一个交流分路，从而消去进入易感区的那些不需要的能量，即当混有高频和低频的信号经过放大器被放大时，要求通过某一级时只允许低频信号输入到下一级，而不需要高频信号进入，则在该级的输入端加一个适当大小的接地电容，使较高频率的信号很容易通过此电容被旁路掉（这是因为电容对高频阻抗小），而低频信号由于电容对它的阻抗较大而被输送到下一级放大

　　对于同一个电路来说，旁路（bypass）电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦（decoupling，也称退耦）电容是把输出信号的干扰作为滤除对象。

 

旁路电容和去耦电容的区别和作用

　　旁路电容不是理论概念，而是一个经常使用的实用方法，电子管或者晶体管是需要偏置的，就是决定工作点的直流供电条件。例如电子管的栅极相对于阴极往往要求加有负压，为了在一个直流电源下工作，就在阴极对地串接一个电阻，利用板流形成阴极的对地正电位，而栅极直流接地，这种偏置技术叫做“自偏”，但是对（交流）信号而言，这同时又是一个负反馈，为了消除这个影响，就在这个电阻上并联一个足够大的电容，这就叫旁路电容。 一般来说，容量为uf级的电容，像电解电容或钽电容，他的电感较大，谐振频率较小，对低频信号通过较好，而对高频信号，表现出较强的电感性，阻抗较大，同时，大电容还可以起到局部电荷池的作用，可以减少局部的干扰通过电源耦合出去；容量为0.001~0.1uf的电容，一般为陶瓷电容或云母电容，电感小，谐振频率高，对高频信号的阻抗较小，可以为高频干扰信号提供一条旁路，减少外界对该局部的耦合干扰 旁路是把前级或电源携带的高频杂波或信号滤除；去藕是为保证输出端的稳定输出（主要是针对器件的工作）而设的“小水塘”，在其他大电流工作时保证电源的波动范围不会影响该电路的工作；补充一点就是所谓的藕合：是在前后级间传递信号而不互相影响各级静态工作点的元件 有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。 从电路来说，总是存在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。这就是耦合。 去耦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。 旁路电容实际也是去耦合的，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，根据谐振频率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合电容一般比较大，是10u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。

　　一般设计的板子上IC 的每个电源管脚附近都会放置一个电容作去耦电容，以减小电源阻抗？？那么此IC的某些高速信号是否会把此电容作为高频电流的旁路电容呢？

　　我认为去耦电容和旁路电容没有本质的区别,电源系统的电容本来就有多种用途,从为去除电源的耦合噪声干扰的角度看,我们可以把电容称为去耦电容(Decoupling),如果从为高频信号提供交流回路的角度考虑,我们可以称为旁路电容(By-pass).而滤波电容则更多的出现在滤波器的电路设计里.电源管脚附近的电容主要是为了提供瞬间电流,保证电源/地的稳定,当然,对于高速信号来说,也有可能把它作为低阻抗回路,比如对于CMOS电路结构,在0->1的跳变信号传播时,回流主要从电源管脚流回,如果信号是以地平面作为参考层的话,在电源管脚的附近需要经过这个电容流入电源管脚.所以对于PDS(电源分布系统)的电容来说,称为去耦和旁路都没有关系,只要我们心中了解它们的真正作用就行了。

 

关于旁路电容的深度研讨：http://hi.baidu.com/dainrain/blog/item/62cfbf12a24e16d8f7039ef3.html