去耦電容的應(yīng)用
第一個(gè)知識點(diǎn)，去耦電容的應(yīng)用，那首先要介紹一下去耦電容的應(yīng)用背景，這個(gè)背景就是電磁干擾，也就是傳說中的EMI。1、冬天的時(shí)候，尤其是空氣比較干燥的內(nèi)陸城市，很多朋友都有這樣的經(jīng)歷，手觸碰到電腦外殼、鐵柜子等物品的時(shí)候會被電擊，實(shí)際上這就是“靜電放電”現(xiàn)象，也稱之為ESD。
2、不知道有沒有同學(xué)有這樣的經(jīng)歷，早期我們使用電鉆這種電機(jī)設(shè)備，并且同時(shí)在聽收音機(jī)或者看電視的時(shí)候，收音機(jī)或者電視會出現(xiàn)雜音，這就是“快速瞬間群脈沖”的效果，也稱之為EFT。
3、以前的老電腦，有的性能不是很好，帶電熱插拔優(yōu)盤、移動(dòng)硬盤等外圍設(shè)備的時(shí)候，內(nèi)部會產(chǎn)生一個(gè)百萬分之一秒的電源切換，直接導(dǎo)致電腦出現(xiàn)藍(lán)屏或者重啟現(xiàn)象，就是熱插拔的“浪涌”效果，稱之為Surge。
電磁干擾的內(nèi)容有很多，我們這里不能一一列舉，但是有些內(nèi)容非常重要，后邊我們要一點(diǎn)點(diǎn)的了解。這些問題大家不要認(rèn)為是小問題，比如一個(gè)簡單的靜電放電，我們用手能感覺到的靜電，可能已經(jīng)達(dá)到3KV以上，如果用眼睛能看得到的，至少是5KV了，只是因?yàn)檫@個(gè)電壓雖然很高，電量卻很小，因此不會對人體造成傷害。但是我們應(yīng)用的這些半導(dǎo)體元器件就不一樣了，一旦瞬間電壓過高，就有可能造成器件的損壞。而且，即使不損壞，在2、3里邊介紹的兩種現(xiàn)象，也嚴(yán)重干擾到我們正常使用電子設(shè)備了。 基于以上的這些問題，就誕生了電磁兼容(EMC)這個(gè)名詞。這節(jié)課我們僅僅講一下去耦電容的應(yīng)用，電磁兼容的處理在我們今后設(shè)計(jì)電路，對PCB畫板布局中應(yīng)用尤為重要，那是后話，暫且不說。 首先我們來看圖1。
圖1 去耦電容應(yīng)用
上邊這張圖，過了保險(xiǎn)絲以后，接了一個(gè)470uF的電容C16，下邊這種圖，經(jīng)過開關(guān)后，接了一個(gè)100uF的電容C19，并且并聯(lián)了一個(gè)0.1uF的電容C10。其中C16和C19起到的作用是一樣的，C10的作用和他們兩個(gè)不一樣，我們先來介紹這2個(gè)大一點(diǎn)的電容。
容值比較大的電容，理論上可以理解成水缸或者水池子，同時(shí)，大家可以直接把電流理解成水流，其實(shí)大自然萬物的原理都是類似的。
作用一，緩沖作用。當(dāng)上電的瞬間，電流從電源處流下來的時(shí)候，不穩(wěn)定，容易沖擊電子器件，加個(gè)電容可以起到緩沖作用。就如同我們直接用水龍頭的水澆地，容易沖壞花花草草的。我們只需要在水龍頭處加個(gè)水池，讓水經(jīng)過水池后再緩慢流進(jìn)草地，就不會沖壞花草，起到有效的保護(hù)作用。
作用二，穩(wěn)定作用。我們一整套電路，后級的電子器件功率大小、電流大小也不一樣，器件工作的時(shí)候，電流大小不是一直持續(xù)不變的。比如后級有個(gè)器件還沒有工作的時(shí)候，電流消耗是100mA，突然它參與工作了，電流猛的增大到150mA了，這個(gè)時(shí)候如果沒有一個(gè)水缸的話，電路中的電壓(水位)就會直接突然下降，比如我們的5V電壓突然降低到3V了。而我們系統(tǒng)中有些電子元器件，必須高于一定的電壓才能正常工作，電壓太低就直接不工作了，這個(gè)時(shí)候水缸就必不可少了。電容會在這個(gè)時(shí)候把存儲在里邊的電流釋放一下，穩(wěn)定電壓，當(dāng)然，隨后前級的電流會及時(shí)把水缸充滿的。
有了這個(gè)電容，可以說我們的電壓和電流就會很穩(wěn)定了，不會產(chǎn)生大的波動(dòng)。這種電容常用的有以下三種：
圖2 鋁電解電容
圖3 鉭電容
圖4 陶瓷電容
這三種電容是我們常用的三種電容，其中第一種個(gè)頭大，占空間大，單位容量價(jià)格最便宜，第二種和第三種個(gè)頭小，占空間小，性能一般也略好于第一種，但是價(jià)格也貴不少。當(dāng)然，除了價(jià)格，還有一些特殊參數(shù)，在通信要求高的場合也要考慮很多，這里暫且不說。我們板子上現(xiàn)在用的是第一種，只要在符合條件的情況下，第一種470uF的電容不到一毛錢，同樣的耐壓和容值，第二種和第三種可能得1塊錢左右。
電容的選取，第一個(gè)參數(shù)是耐壓值的考慮。我們用的是5V系統(tǒng)，電容的耐壓值要高于5V，一般推薦1.5倍到2倍即可，有些場合稍微高于也可以。我們板子上用的是10V耐壓的。第二個(gè)參數(shù)是電容容值，這個(gè)就需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來選取了，選取的時(shí)候，要看這個(gè)電容起作用的這塊系統(tǒng)的功率消耗情況，如果系統(tǒng)耗電較大，波動(dòng)可能比較大，那么容值就要選大一些，反之，可以小一些。
剛開始同學(xué)們設(shè)計(jì)電路也模仿別人，別人用多大自己也用多大，慢慢積累。比如咱上邊講電容作用二的時(shí)候，電流從100mA突然增大到150mA的時(shí)候，其實(shí)即使加上這個(gè)電容，電壓也會輕微波動(dòng)，比如從5V波動(dòng)到4.9V，但是只要我們板子上的器件在電壓4.9V以上也可以正常工作的話，這點(diǎn)波動(dòng)是沒有問題的，但是如果不加或者加的很小，電壓波動(dòng)比較大，有些器件就會工作不正常了。但是如果加的太大，占空間并且價(jià)格也高，所以這個(gè)地方電容的選取多參考經(jīng)驗(yàn)。
第二個(gè)電容，容值較小，是0.1uF，也就是100nF，是用來濾除高頻信號干擾的。比如ESD，EFT等。有一點(diǎn)大家要清楚，我們初中學(xué)過電容可以通交流隔直流，但是電容的參數(shù)對不同頻率段的干擾的作用是不一樣的。這個(gè)100nF的電容，是我們的前輩根據(jù)干擾的頻率段，根據(jù)板子的參數(shù)，根據(jù)電容本身的參數(shù)所總結(jié)出來的一個(gè)值。也就是說，以后大家在設(shè)計(jì)數(shù)字電路的時(shí)候，在電源處的去耦高頻電容，直接用這個(gè)0.1uF就可以了，不需要去計(jì)算。
還有一點(diǎn)，就是大家看我們的電路圖可以看出來，通常在電路中可能瞬間電流較大的地方，會加一個(gè)大電容，比如在1602液晶左上角的那個(gè)，靠近了單片機(jī)的VCC以及1602液晶背光的VCC，起到穩(wěn)定電壓的作用，在左上角電機(jī)和蜂鳴器位置有一個(gè)，也是起到穩(wěn)定電壓的作用。還有在所有的IC器件的VCC和GND之間，都會放一個(gè)0.1uF的高頻去耦電容，特別在布板的時(shí)候，這個(gè)0.1uF電容要盡可能的靠近IC，盡量很順利的將這個(gè)IC的VCC和GND連到一起，這個(gè)大家先了解，細(xì)節(jié)以后再討論。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-05-08
