硬體基礎知識(9)---電容容量、尺寸及作用
電容的作用
電容的計算公式:C=εS/4πkd,實話說,我也記不得這是幹什麼的了>_<||| ,自從高考完,再也沒用過,早就還給老師了。在工作的十幾年中,壓根用不到這些最理論化的計算。
那麼電容在硬體設計中應當怎麼用呢?前面講到了電容的基本特性就是儲能,一個水杯,不斷的充水放水、充電放電。電容的一切應用都是圍繞著這個基本特性來開展的。
電阻一般不是用來分壓的,同樣電容一般也不是用來儲能的。純粹用來儲能的場景非常少,這麼多年以來,我記得只有一個場景是用來儲能的。
電感用的最多的地方:電源穩壓、去耦、濾波、去幹擾、射頻調諧、最後才是儲能。
電容的在交流電下的特性
看案例之前,要先了解一下電容這個“水杯”在接水放水狀態下的特點:隔絕直流,通過交流
↑ 圖:電容充放電過程
電容兩端的電壓恆定之後,電容就無法繼續充電,也無法放電。因此電壓恆定不變的直流電無法穿過電容。這就是電容“隔絕直流”的作用。
如果電容兩端的電壓是變化的,外部電壓低的時候內部對外放電,外部電壓高的時候對內部充電,變化的部分能夠穿過電容。這就是電容“通過交流”的作用。
↑ 圖:並聯電容濾波
電容並聯在訊號線或電源線上的時候,起到濾波的作用,交流訊號匯入地上,直流分量通過電容到另一側。
↑ 圖:串聯電容隔直
電容串聯在訊號線上,起到隔直的作用。交流分量穿過電容,直流分量被阻擋下來。
↑ 圖: 實際電容在高頻下的等效電路
↑ 圖: 實際電容的頻率響應,在特定頻率範圍的等效電阻最小
↑ 圖:1pF電容的高頻頻率響應
一個理論的電容,能夠通過所有高頻的訊號。但實際上的電容是有寄生電感的,構成了一個LC諧振電路,這個電路在諧振點周圍的等效電阻最小。
就是說,電容能夠通過特定頻段範圍的交流訊號,阻斷或部分阻斷其他頻段的交流訊號。電容越大,能夠濾除的頻段越低。
如果有個無限大的電容,永遠充不滿電的電容,那麼連直流(0Hz的交流)也可以完全濾除掉。
因此在使用過程中,要根據訊號的頻率,來選擇合適的電容。濾除低頻噪聲用大電容,濾除高頻噪聲用小電容。