究竟电容怎么运用才可以使电路更加完美？

2023-02-22 10:00 作者:电子星球-官方 0人读过 | 我要投稿

关于电容话题，很多电源工程师工作中会遇到不同的问题。其实找到问题的根源，才能对症下药。下面给大家分享几篇不错的文章，供大家学习~

电源滤波为何采用一大一小两个电容并联？

在大部分的电源滤波电路中，滤波电容通常是一大一小两个不同容值的电容并联组成，那么原因在哪里呢？能否用一个电容代替呢？下面我们就来简单探讨一下这些问题。

在解决上面的问题之前，我们必须要了解一下电容的高频等效模型。

随着半导体工艺的发展，我们大家都“被高频”或者“被高速”了，这使得按理想条件处理的器件，在实际使用中变得不再理想了。对于电容来说，在高频的条件下，它就不仅仅再是一颗电容了，而是一个由电阻、电容和电感组成的复合体，如下图所示，图中的电阻为等效串联电阻（ESR），电感为等效串联电感（ESL）。可以看出，C与ESL、ESR恰好组成了一个RLC串联谐振回路。

在这样的情况下，这一回路的阻抗可以表示为：

易知该谐振回路的谐振频率

这个频率称为该电容的自谐振频率。

若信号频率w<w0，此时电路的电抗小于0，电压落后于电流，电路呈容性。

若信号频率w>w0，此时电路的电抗大于0，电压超前于电流，电路呈感性。

分析到这里，我们要清楚一点，上面所分析的电路是电容的高频等效模型，也就是说，大家所看到的只是一颗电容。所以，现在我们就可以解释文章开头所提出的问题了……

原文链接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-5852.html

电容啸叫原因分析

最近在过叠加交流实验时，发现在实验过程中可听见轻微啸叫的情况，根据声音的发生地址大致可判断接插件的接口处电容发出的啸叫声音。

如下为电容啸叫位置：

电容为什么会发生啸叫？

为了更好的理解电容啸叫的本质，我们要先了解一种自然现象——压电效应。压电效应的学术定义是：在没有对称中心的晶体上施加压力、张力和切向力时，则发生与应力成比例的介质极化，同时在晶体两端面将出现正、负电荷，这一现象称为正压电效应。反之在晶体上施加电场而引起极化，则产生与电场强度成比例的变形或机械应力，这一现象称为逆压电效应。这两种正、逆压电效应统称为压电效应。显然，我们讨论的电容啸叫属于逆压电效应的范畴。更通俗的来讲，就是在外电场的作用下，陶瓷介质本身会发生伸缩形变，因此也称为电致伸缩。

叠层陶瓷电容的介质材料主要有顺电介质和铁电介质两大类。

顺电介质：

顺电介质又称I类介质，主要有SrZrO3（锆酸锶）、MgTiO3（钛酸镁）等。顺电介质电致伸缩产生的形变很小，在工作电压下，不足以产生噪声。所以，顺电介质材料做的MLCC，如NPO 电容器，其工作时不会产生明显啸叫。但是此类介质难以制作大容值的电容。

铁电介质：

铁电介质又称II 类介质，主要BaTiO3（钛酸钡）、BaSrTiO3（钛酸锶钡）等。铁电介质的电致伸缩特性强烈。因此，铁电介质（II 类介质）做的MLCC，如X7R/X5R 等产品，在较大的交流电场强度作用下会产生明显的啸叫噪声。

因为陶瓷的强介电性会引起压电效应，叠层陶瓷电容在施加交流电之后，会在叠层方向（Z 轴）和电路板平行的方向（X 与Y 轴）发生伸缩形变。由于陶瓷电容焊接在电路板上，电容的形变会拉动电路板，从而导致电路板表面震动。如果震动频率落在人耳可听范围内，就听到了电容啸叫现象。

避免纹波频率落在20Hz~20KHz 之间。
电容选型方面要尽量选择无噪声或低噪声的MLCC 电容，或者选用固态电容、铝电解电容等不具有压电效应的电容替代MLCC 电容。但这样做的弊端在于舍弃了MLCC 轻薄的优势，因此在实际应用中需要考虑体积空间、可靠性和成本等问题。
电路板布局方面可以采用加厚电容底部保护层的方式，如下图所示，由于保护层部分是没有内电极的，这部分的陶瓷不会发生形变。当两端的焊锡高度不超过底保护层厚度，这时电容电致伸缩产生的形变对PCB影响要小，因此可以有效改善电容啸叫。
利用开槽来降低PCB 板的震动也是抑制电容啸叫的一种办法，开槽示意图如下图所示。这样电容在电致伸缩时所带动的PCB 部分被限制在两个槽之间，减小震动区域，从而减小电容啸叫的程度……

原文链接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-5802.html

AC耦合电容位置的影响

上期文章说到，电容焊盘对整个无缘通道的影响，仿真观察了焊盘大小，焊盘参考层掏空尺寸，以及具体参考哪一层。

单从焊盘这一点来看，可以看到阻抗一般会比较小，但是对信号未必造成比较大的影响，可问题就在于，整个链路的阻抗不连续点不止这一处；

比如，信号BGA处的焊盘，扇出孔，都是阻抗不连续处，那么这个地方和电容的焊盘就会互相影响，我们来看S参数：

可以看到，红色为仅有电容焊盘时的反射，在与扇出孔联系后会变得更差，他们之间的距离越大，S11越差；

下面看一下TDR：

那么，此时对于信号的影响是什么样的呢，来看一下对于5Gbps速率的信号：

当电容焊盘距离扇出孔间距为60mil，对应S11曲线中的蓝色曲线，此时，在信号基频，2.5GHz及其谐波受到第一个反射峰值的影响，反射在-10dB左右，不是很大，因此波形受到了一些影响，波形图如下……

原文链接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-5608.html

千字深度理解：什么是电容的直流偏压特性？

电容是电路中最常用的被动器件之一，他有频率、偏压等特性，很多同学不清楚偏压特性究竟有什么影响？学校课本中也没有重点介绍这个注意事项，很容易采坑，本节以实际电容为例，介绍电容偏压特性的影响。

电容的偏压特性也叫做偏置特性，也有的人把它叫做电容的直流电压特性，它的意思是电容两端如果加入直流电压时，电容值会随着直流电压的上升而降低，下图是电容：GRT155C81C105KE13的偏压特性曲线图，电容是1uF、封装为0402电容，左图中可以看到随着直流电压的上升电容的容量是逐渐减小的，当电容两端电压是4V时，1uF电容下降了33.6%，变成了1*(1-0.336)=0.664uF，那么怎么更直观的理解这个参数的影响呢？实际电路设计应用中又如何规避偏压影响呢？

我们以一阶RC低通滤波电路为例，这样介绍会更直观，下图第一行中一阶RC低通滤波器电阻是1KΩ，电容是1uF，截止频率Fc=1/(2*π*R*C)=160Hz，意思是输入一个160Hz@1Vpp的正弦信号，输出信号会衰减3dB，峰峰值变为0.7Vpp，频率超过160Hz的信号会被衰减，而频率低于160Hz的信号会通过，因此叫做低通滤波器。第二行中，还是用的相同的电容、相同的电路结构，只有输入信号有区别，现在输入信号叠加了4V的直流偏置，根据上面的偏压曲线图可以知道，电容的容值降低了33.6%，变成了0.664uF，因此截止频率也变化成了241Hz，此时输入241Hz@1Vpp的正弦信号，理论上输出信号是241Hz@0.7Vpp。

相比于理论介绍，我知道大家都更喜欢实践，接下来就实际接个电路测试下，测试电路和方法非常简单，电路就是上图中的电路，用的1K的电阻，电容用的是GRT155C81C105KE13，容值为1uF，分别做两种试验，两种试验都是在输入端加载1Vpp的正弦信号，信号频率从1Hz扫描到10KHz，采集输出端的波形，画出增益曲线（伯德图），这个过程称为扫频，网络分析仪就是这个原理，这两种试验唯一区别是，试验1的信号是纯交流信号，实验二会叠加一个4V的直流。

下图是试验1的测试结果，根据1K电阻和1uF电容计算截止频率理论上应该是160Hz。第一行是输入的160Hz@1Vpp正弦信号，第二行是输出的信号，可以看到在160Hz截止频率下，1Vpp衰减为0.7Vpp，与前文理论分析是一致的。第三行是增益曲线图，扫描频率从1Hz到10KHz，-3dB频点位置是160Hz，与前文理论分析结果是一致的……

原文链接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-5323.html