为什么总是在电路里摆两个0.1uF和0.01uF的电容?
01 旁路和去耦
旁路电容和去耦电容这两个概念在电路中很常见,但要真正理解并不容易。
要理解这两个词汇,还得回到英文语境中去。
Bypass在英文里是切一条路的意思,在电路里也是这个意思,如下图。
Couple在英语中是一对的意思,引申为配对、耦合的意思。如果系统A的信号引起了系统B的信号,那么就说系统A和系统B之间存在耦合现象,如下图所示。去耦意味着削弱这种耦合。
02 电路中的旁路和去耦
如下图所示,DC电源为芯片IC供电,电路中集成了两个电容。
1)旁路
如果电源受到干扰,通常是频率很高的干扰信号,可能会使IC无法正常工作。
在电源附近并联一个电容C1,因为该电容对DC开路,对交流电阻低。
频率较高的干扰信号通过C1流回地面,原本要通过IC的干扰信号通过电容短路流向GND。C1这里是旁路电容器的功能。
2)去耦
由于集成电路的工作频率普遍较高,当IC启动或工作频率切换时,会在电源导体上产生较大的电流波动,这种干扰信号会直接反馈到电源上,使其产生波动。
在IC的VCC电源端口附近并联一个电容C2。由于电容具有储能功能,可以向IC提供瞬时电流,减少IC电流波动干扰对电源的影响。这里,C2充当去耦电容。
03 为什么要用2个电容?
回到本文开头提到的问题,为什么要用0.1uF和0.01uF的两个电容?
电容和容抗的计算公式如下:
电容与频率和电容成反比。电容越大,频率越高,容抗越小。可以简单理解为电容越大,滤波效果越好。
然后有了0.1uF的电容旁路,再加一个0.01uF的电容不是浪费吗?
实际上,对于特定的电容器,当信号频率低于其自谐振频率时,它是电容性的,当信号频率高于其自谐振频率时,它是电感性的。
当用0.1uF和0.01uF的两个电容并联时,相当于拓宽了滤波频率范围。
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