耦合电容和旁路电容作用的探讨_左全生
元器件应用中的滤波、去耦、旁路电容的作用
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耦合电容和旁路电容
关于旁路电容和耦合电容
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.
去藕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藕合的,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.
旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象,防止干扰信号返回电源.这应该是他们的本质区别.
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5μH.0.1μF的去耦电容有5μH的分布电感,它的并行共振频率大约在7MHz左右,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20MHz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。
旁路电容和去耦电容
旁路电容和去耦电容一、引言旁路电容和去耦电容是电子电路中常见的两种电容器应用。
它们在不同的场景下起到了重要的作用。
本文将从定义、原理、应用以及选型等方面对旁路电容和去耦电容进行详细介绍。
二、旁路电容1. 定义旁路电容，又称旁路电容器，是指将电容器连接在电路中，以提供低阻抗路径来滤除高频噪声的装置。
其作用是将高频信号引到地，使其不进入到灵敏的电路中，从而保证电路的正常工作。
2. 原理旁路电容的原理是利用电容器的阻抗与频率成反比的特性。
在高频信号下，电容器的阻抗较小，相当于一个短路，因此高频信号会优先通过电容器，而不会进入到灵敏的电路中。
而在低频信号下，电容器的阻抗较大，相当于一个开路，所以低频信号可以绕过电容器，进入到灵敏的电路中。
3. 应用旁路电容广泛应用于各种电子设备中，特别是在功放电路、滤波电路和信号处理电路中。
它可以有效地滤除电源中的高频噪声，提高电路的抗干扰能力，保证信号的准确传输。
此外，旁路电容还可以用于电源线路的滤波，降低电源波动对设备的影响。
4. 选型旁路电容的选型需要考虑电容值、耐压、耐温度等因素。
一般来说，电容值越大，对高频信号的旁路作用越好；耐压越高，适用范围越广；耐温度越高，适应环境的能力越强。
因此，在选型时需要根据具体的应用场景来选择合适的旁路电容。
三、去耦电容1. 定义去耦电容，又称绕行电容，是指将电容器连接在电路中，以提供低阻抗路径来平衡电压的装置。
其作用是将电源中的纹波电压补偿掉，保证电路的稳定工作。
2. 原理去耦电容的原理是利用电容器的阻抗与频率成反比的特性。
在电源中存在纹波电压时，电容器的阻抗较小，相当于一个短路，因此纹波电压会优先通过电容器，而不会进入到电路中。
而在直流信号下，电容器的阻抗较大，相当于一个开路，所以直流信号可以绕过电容器，进入到电路中。
3. 应用去耦电容广泛应用于各种电子设备中，特别是在功放电路、放大器电路和稳压电路中。
它可以有效地补偿电源中的纹波电压，提高电路的稳定性，保证信号的可靠传输。
关于旁路电容和耦合电容
关于旁路电容和耦合电容（详细说明）2008-02-16 11:11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。
去藕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藕合的，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。
旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源。
这应该是他们的本质区别。
（转）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5μH。
0.1μF的去耦电容有5μH的分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz左右，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20MHz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。
分布电容是指由非形态电容形成的一种分布参数。
一般是指在印制板或其他形态的电路形式，在线与线之间、印制板的上下层之间形成的电容。
什么是旁路电容？什么是去耦电容？它们有什么区别和联系？
什么是旁路电容？什么是去耦电容？它们有什么区别和联系？一、旁路电容在电路中，如果希望将某一频率以上或全部交流成分的信号去掉，那么便可以使用滤波电容。
习惯上，通常将少部分只有滤波作用的电容器称为旁路电容器（Bypass Capacitors）或者傍路电容器。
例如，在晶体管的射极电阻或真空管的阴极电阻上并联的电容器，就被称为旁路电容（因为交流信号是经该电容器而进入接地端的）；又如在电源电路中，除了数千微法的平滑滤波或反交联电容之外，通常也用零点几微法的高频电容来将高频旁路（实际上，此高频旁路电容也可被视为高频滤波及反交联电容）。
旁路电容的应用电路如下图所示。
二、去耦电容在电子电路中，经常会看到在集成电路的电源引脚附近有一个电解电容器，这个电容器就是去耦合电容器，简称去耦电容（Decoupling Capacitors），又称退耦电容器。
去耦电容器通常有两个作用：一个是蓄能；一个是去除高频噪声。
去耦电容器主要是去除高频，如RF信号的干扰。
干扰的进入方式是通过电磁辐射。
为什么说去耦电容具有蓄能的作用呢？举个简单的例子，我们就能很容易地明白了：我们可以把总电源看作一个水库，我们大楼内的家家户户都需要供水，这时，水不是直接来自于水库，那样距离太远啦，等水过来，我们已经渴的不行了，实际上我们用的水来自于大楼附近的水塔。
集成电路在工作的时候，其电流是不连续的，而且频率很高，而集成电路的电源引脚到总电源有一段距离，即便距离不长，在频率很高的情况下，阻抗也会很大（线路的电感影响非常大），这样会导致器件在需要电流的时候，不能及时供给，而去耦电容器可以弥补此不足，这也是为什么很多电路板在高频器件电源引脚处放置小电容的原因之一。
集成电路内部的开关在工作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集成电路，以减少开关噪声在电路板的传播并将噪声引导到地。
去耦电容器还可以防止电源携带的噪声对电路构成干扰，在设计电路时，去耦电容应放置在电源入口处，连线应尽可能短。
去耦电容和旁路电容
去耦电容和旁路电容
电容是一种用于储存电量的电子器件，耦合电容和旁路电容是在电路中常用的
电容。
作为电子电路中两个典型的电器件，耦合电容和旁路电容具有很多用途。
其中，耦合电容它通常用来耦合两个线性无关的信号源，并遮蔽其中一边的电源噪声对该信号的影响，从而使其更加清晰。
而旁路电容的功能就是避免非线性的元件，如场效应管或功放中间的非线性，电阻和共模抑制。
耦合电容和旁路电容在电子电路中发挥着重要的作用，但是，它们也会产生有
害的瞬变电流，在高频脉冲下，电容会发生瞬态热效应，电容温度会急剧上升，因而可能造成一些严重的损伤。
而且，由于脉冲电流受到耦合电容和旁路电容的影响，会使得元件受到一定的损伤，可能会影响电路的正常运行。
为了消除这些现象，抑制电路中的瞬变电位，改善信号质量，减少损耗，人们
发明了去耦电容和旁路电容这种替代型电容器件。
跟传统的耦合电容和旁路电容不同，去耦电容和旁路电容的结构和技术条件相同，尺寸相近，但它们不使用电容类元件，而是采用去耦电阻和旁路电阻，能有效地抑制瞬变电位，从而提高电源和信号之间的信号质量。
另外，这种替代型电容器件不仅能有效抑制瞬变电位，而且温度变化不明显，
可以有效解决由于耦合电容和旁路电容温度过高的问题，改善电子电路的整体性能。
综上所述，去耦电容和旁路电容是一种现代设备中用到的新型电容器件，它的
性能优于传统的电容器件的能力，能够有效地抑制瞬变电位，提高信号质量和电路性能，有助于电子电路的流畅运行，受到电子行业的追捧。
实例分析电容的四种重要作用：滤波、耦合、旁路、储能
实例分析电容的四种重要作用：滤波、耦合、旁路、储能
电容是什么，其实电容就是一种元器件，顾名思义，就是容纳电荷本领元器件，好比水库它能够容纳水，只不过电容容纳的是电荷而已，它和电阻一样是最常用的电子元件之一，主要作用有：滤波、耦合、旁路、储能等，下面介绍着几种作用。
1、滤波
滤波说白了其实就是充放电的过程，电容的作用通高频阻低频，电容滤波相当于缓冲了电压输入的电压，使输出下一级的电压波动范围不至于过大，就像水桶过滤一般，激流通过水桶时候先有其储存然后缓慢释放，如下图C2，整流过后的310V电压经过电容C2后电压波动范围减小，也就是我们经常说的纹波。
2、耦合
耦合的对象的输出信号，把干扰作为滤除目标，利用其充放电，使得放大后的信号不会因某个信号的瞬变而受到干扰，即避免相互间的耦合干扰。
3、旁路
旁路电容是输出信号均匀，降低信号波动，使其更平滑，经过前级的基础再一次降低，把交流分量再次剔除，净化输出信号，这个电容一般是0.1uF。
4、储能
基本上电容都具备储能作用，如果单是作为储能作用的话那就是超级电容了，也就是法拉第电容，这个电容容量很大，可以作为电池使用，这种电容在音响方面也比较多。
其实电容作用还有很多，在震荡以及涉及时间系数、抗干扰、阻容降压等。
去藕电容与旁路电容
去藕电容和旁路电容的作用有什么区别？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。
旁路电容一般作为高频旁路器件来减小对电源模块的瞬态电流需求。
通常铝电解电容和钽电容比较适合作旁路电容，其电容值取决于PCB板上的瞬态电流需求，一般在10至470µF范围内。
若PCB板上有许多集成电路、高速开关电路和具有长引线的电源，则应选择大容量的电容。
去耦电容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。
实际上，旁路电容和去耦电容都应该尽可能放在靠近电源输入处以帮助滤除高频噪声。
去耦电容的取值大约是旁路电容的1/100到1/1000。
为了得到更好的EMC特性，去耦电容还应尽可能地靠近每个集成块（IC），因为布线阻抗将减小去耦电容的效力。
陶瓷电容常被用来去耦，其值决定于最快信号的上升时间和下降时间。
例如，对一个 33MHz的时钟信号，可使用4.7nF到100nF的电容；对一个100MHz时钟信号，可使用10n F的电容。
选择去耦电容时，除了考虑电容值外，ESR值也会影响去耦能力。
为了去耦，应该选择ESR值低于1欧姆的电容。
两者的区别：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。
去藕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藕合的，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。
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ω0 CERERrbe CCE 1 RE(R+rbe)+Rri=D(ω0 )
设 ω=ω1 时
R+rbe
+(1 +hfe)RE ω1 C1
=D(ω0 )
R+rbe +(1 +hfe)RE
ω0 C1
则
44
常州工学院学报
2008 年
ω1 ω0 ωE, fl f0 fE 因此 , 当 f>fE时 , D(ω)≈jωCERERrbe, D(ω) 的幅频特性以十倍频 20 dB的上升 。 当 f<fl时 , D(ω)≈R+rbe +jω(C11+hfe)RE, D(ω) 的幅频特性以十倍频 20 dB的上升 。 当 fl<f<fE时 , D(ω)≈C CE1 RE(R+rbe)+Rri, D(ω) 的幅频特性为一常数 。 因 为 20lg A2 =20lg N(ω) -20lg D(ω) , 所以 A2 的幅频特性渐近线波特图如图 3中的渐近线 4所示 , 为 渐近线 2 与渐近线 3之 差 。由于 f1 f0 fE, 所以转折频率 fE对下限频率 fl作用很大 , 而转折频率 f1 以及 f0 对下限频率 fl 作用很小 , 基本上可以不计 。
虑到一 般总有
1
rbe +hfe
RC +RL, 所 以 , 此 时 fl≈
fE。可见 CE对该电路下限频率的影响最大 。 尽
可能增大 CE, 能显著地降低该电路的下限频率 。
(c)即使 CE比 C1 、C2 大 100倍 , 因为三极管
的电流放大系数 hfe比较大 , CE 对该电路下限频
率的影响仍不可忽略 。
[参考文献 ]
[ 1] 华成英 , 童诗白 .模拟 电子技术 基础 [ M] .4 版 .北京 :高等教 育出版社 , 2006:220 -245.
[ 2] 傅丰林 .模拟电子线路基础 [ M] .西安 :西 安电子科 技大学出 版社 , 2001:56 -67.
[ 3] (美 )HambleyAR.电子技术基础 [ M] .李春 茂 .英文改编版 . 北京 :电子工业出版社 , 2005:271 -313.
图 2 低频等效电路
1 波特图分析
该电路的输出回路与输入回路通过 Ib相联
系 , 其中耦合 电容 C1 与旁 路电容 CE 对 Ib 有影
响 , 但 C2 对 Ib无影响 。 可以把电压放大倍数 Au
分解为 A1 、A2 两部分 。
A1
=UIbo
=-hfeIbRC
RC +RL +(jωC2 )-1
D(ω)的幅频特性渐近线波特图如图 3中的 渐近线 3所示 。
1 2πC1
rbe,
设电路
中没有
C1 时 (把
C1 短 路 ),
fE =fE2 = 21π+CEhrfebe。 当 C1 、 CE 共 同 作 用 时 ,
fE =fE1 +fE2 ≥max(fE1 , fE2 )。
一般总有
rbe 所以
R,
A StudyonCouplingandBypassCapacitors
ZUOQuan-sheng
(SchoolofElectronicInformation＆ ElectricEngineering, ChangzhouInstituteofTechnology, Changzhou213002)
文章编号 :1671 -0436(2008)04 -0042 -03
0 引言
文章针对耦合电容 C1 、C2 与旁路电容 CE对电路 下限频率 fl的影响进行探讨 。
图 1为分压式偏置电流负反馈放大电路 , 因
其静态工作点稳定性能好 , 在工程上被广泛应用 。
图 1 分压式偏置电流负反馈放大电路
图 2 是其低 频等效 电路 , 其中 R=R1 //R2 。 耦合电容 C1 、C2 与旁路电容 CE 对于电路下限频 率 fl的 影响 , 各 个文 献的说 法并 不 一致 。 文献 [ 1]认为 :旁路电容 CE与耦合电容 C1 、C2 对于电 路下限频率 fl的影响可以分别独立计算 , 用公式
于电路下限 频率 fl的 影响 是独 立的 , 但 旁路电 容 CE与耦合电容 C1 对于 电路下限频率 fl的影 响是相关的 。 因为 f1 f0 fE, 旁路电容 CE与耦 合电容 C1 对于电路下限频率 fl的影响基本上由 fE决定 。 整个电路的 下限频率 可以表 示为 fl≈
1.1 f2E +f22 。
Keywords:Bodeplot;breakfrequency;lowerhalf-powerfrequency;low-frequencyasymptote 责任编辑 :张秀兰
1
rbe +hfe
RE //
R 1 +hfe
2 D(ω)的幅 频 特性 渐 近 线波 特 图 的转折频率分析
设 ω=ω0时 , D(ω)取得最小值 。 D(ω)min =D(ω0 )=C CE 1 RE(R+rbe)+Rri
ω0 =
1
C1 rbeCERE //
R 1 +hfe
1 C1 rbeCE
第 21卷第 4期 2008年 8月
常 州 工学 院 学报
JournalofChangzhouInstituteofTechnology
Vol.21 No.4 Aug.2008
耦合电容和旁路电容作用的探讨
左全生
(常州工学院电子信息与电气工程学院 , 江苏 常州 213002)
摘要 :针对耦合电容和旁路电容在电路中的作用进行了分析和探讨 , 使用波特图法 , 可知电容耦合
1
rbe =2π +hfe
fE1 fE2
则
ω20 =R+rCbe1 C+E(R1E+Rrhbf ee)RE
一般总有 R rbe, 所以
ω20 ≈
R+(1 +hfe)RE C1 CERERrbe
=
1
C1 CE· RE //
R 1 +hfe
rbe
设 ω=ωE时 , 有
即 f0 =2ωπ0
fE1 fE2 ≤max(fE1 , fE2 )≤fE。
ωECERERrbe =CCE 1)
折频率为 f3 =2π(R1ECE)。
则
ωE
=RC1+Rrrbbee
+rbe
+(1 +hfe)RE CERErbe
一般总有 R rbe, (1 +hfe)RE
ωE≈
1 C1 rbe
+1C+Erhbf ee
fE≈2πC11 rbe +21π+CEhf rebe
rbe, 所以
显然 , ωE ω3 , ωE =2πfE, ω3 =2πf3 即 fE f3 。 设电路中没有 CE时 (把 CE 短路 ), fE =fE1 =
图 3 幅频特性渐近线波特图
当 f<f3 时 , N(ω)=R;当 f>f3 时 , N(ω)的幅 频特性以十倍频 20 dB的上升 。
A2 的分母 D(ω)=Rjω+Cr1i+C CE1 RE(R+rbe)+ Rri+jωCERERrbe
(a)fl =1.1 f2E +f22 =1.1 (fE1 +fE2 )2 +f22 。
而不是文献 [ 1]所说的 fl =1.1 f2E1 +f2E2 +f22 , 也不
是文献[ 3]中所说的 fl=fE1 +fE2 +f2 。
(b)当 C1 =C2 =CE时 , fE≈fE2 =21π+CEhf rebe, 考
Ib
RL
=
-hfe· RC / /RL
1 +jωC2 (R1C +RL)
A1 的幅频特性渐近线波特图如图 3 中的渐
近线 1所示 , 其转折频率为
收稿日期 :2008 06 11
第 4期
左全生 :耦合电容和旁路电容作用的探讨
43
f2 =2π(RC
1 +RL)C2
当 f>f2 时 , A1 =-hfe· RC / /RL;当 f<f2 时 ,
Abstract:ByBode-plottechniques, eachcouplingcapacitorinanRC-coupledamplifiercontributesa 20 dB-per-decadeingainatlow frequencies.Thebreakfrequencyforeachcapacitorisfbreak =1/ (2πRC), whereRisthetotalequivalentresistanceinserieswiththecapacitor.Identically, bypasscapacitors causethegainsofcommon-emitterorcommon-sourceamplifierstodeclineatlowfrequencies.Thebreak frequencyatwhichthegainbeginstofallisgivenbyfbreak=1/(2πRC), whereRistheresistance“seen” by thebypasscapacitor.Finally, thispaperestimatesthelowerhalf-powerfrequencybyfindingthebreakfrequencyforeachcouplingandbypasscapacitors.