穩(wěn)壓電源設(shè)計-關(guān)于電容
整流濾波時電容和電感大小型號的選擇
紙介電容
用兩片金屬箔做電極,夾在極薄的電容紙中,卷成圓柱形或者扁柱形芯子,然后密封在金屬殼或者絕緣材料(如火漆、陶瓷、玻璃釉等)殼中制成。它的特點是體積較小,容量可以做得較大。但是有固有電感和損耗都比較大,用于低頻比較合適。
云母電容
用金屬箔或者在云母片上噴涂銀層做電極板,極板和云母一層一層疊合后,再壓鑄在膠木粉或封固在環(huán)氧樹脂中制成。它的特點是介質(zhì)損耗小,絕緣電阻大、溫度系數(shù)小,適宜用于高頻電路。陶瓷電容
用陶瓷做介質(zhì),在陶瓷基體兩面噴涂銀層,然后燒成銀質(zhì)薄膜做極板制成。它的特點是體積小,耐熱性好、損耗小、絕緣電阻高,但容量小,適宜用于高頻電路。
鐵電陶瓷電容
容量較大,但是損耗和溫度系數(shù)較大,適宜用于低頻電路。
薄膜電容
結(jié)構(gòu)和紙介電容相同,介質(zhì)是滌綸或者聚苯乙烯。滌綸薄膜電容,介電常數(shù)較高,體積小,容量大,穩(wěn)定性較好,適宜做旁路電容。
聚苯乙烯薄膜電容,介質(zhì)損耗小,絕緣電阻高,但是溫度系數(shù)大,可用于高頻電路。 金屬化紙介電容
結(jié)構(gòu)和紙介電容基本相同。它是在電容器紙上覆上一層金屬膜來代替金屬箔,體積小,容量較大,一般用在低頻電路中。
油浸紙介電容
它是把紙介電容浸在經(jīng)過特別處理的油里,能增強它的耐壓。它的特點是電容量大、耐壓高,但是體積較大。
鋁電解電容
它是由鋁圓筒做負極,里面裝有液體電解質(zhì),插入一片彎曲的鋁帶做正極制成。還需要經(jīng)過直流電壓處理,使正極片上形成一層氧化膜做介質(zhì)。它的特點是容量大,但是漏電大,穩(wěn)定性差,有正負極性,適宜用于電源濾波或者低頻電路中。使用
的時候,正負極不要接反。
鉭、鈮電解電容
它用金屬鉭或者鈮做正極,用稀硫酸等配液做負極,用鉭或鈮表面生成的氧化膜做介質(zhì)制成。它的特點是體積小、容量大、性能穩(wěn)定、壽命長、絕緣電阻大、溫度特性好。用在要求較高的設(shè)備中。 半可變電容
也叫做微調(diào)電容。它是由兩片或者兩組小型金屬彈片,中間夾著介質(zhì)制成。調(diào)節(jié)的時候改變兩片之間的距離或者面積。它的介質(zhì)有空氣、陶瓷、云母、薄膜等。
可變電容
它由一組定片和一組動片組成,它的容量隨著動片的轉(zhuǎn)動可以連續(xù)改變。把兩組可變電容裝在一起同軸轉(zhuǎn)動,叫做雙連。可變電容的介質(zhì)有空氣和聚苯乙烯兩種。空氣介質(zhì)可變電容體積大,損耗小,多用在電子管收音機中。
聚苯乙烯介質(zhì)可變電容做成密封式的,體積小,多用在晶體管收音機中。
NPO(COG):電氣性能最穩(wěn)定,基本上不隨溫度、電壓與時間的改變面改變,適用于對穩(wěn)定性要 求高的高頻電路;
X7R(2X1):電氣性能較穩(wěn)定,在溫度、電壓與時間改變時性能的變化并不顯著,適用于隔直、偶合、旁路與對容量穩(wěn)定性要求不太高的鑒頻電路,由于X7R是一種強電介質(zhì),因面能造出容量比NPO介質(zhì)更大的電容器;
Y5V(2F4)(Z5U):具有較低高的介電常數(shù),常用于生產(chǎn)比容較大的、標稱容量較高的大容量電容器產(chǎn)品,但其容量穩(wěn)定性較X7R差,容量、損耗對溫度,電壓等測試條件較敏感。
1.14.1、退藕電容的一般配置原則
1. 電源輸入端跨接10 ~100uf的電解電容器。如有可能,接100uf以上的更好。
2. 原則上每個集成電路芯片都應(yīng)布置一個0.01pf的瓷片電容,如遇印制板空隙不夠,可每4~8個芯片布置一個1 ~ 10pf的但電容。
3. 對于抗噪能力弱、關(guān)斷時電源變化大的器件,如 ram、rom存儲器件,應(yīng)在芯片的 電源線和地線之間直接入退藕電容。
4、電容引線不能太長,尤其是高頻旁路電容不能有引線。此外,還應(yīng)注意以下兩點:
a、 在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時.操作它們時均會產(chǎn)生較大火花放電 ,必須采用附圖所示的 rc 電路來吸收放電電流。一般 r 取 1 ~ 2k,c取2.2 ~ 47uf。
b、 cmos的輸入阻抗很高,且易受感應(yīng),因此在使用時對不用端要接地或接正電源。
由于大部分能量的交換也是主要集中于器件的電源和地引腳,而這些引腳又是獨立的直接和地電平面相連接的。
這樣,電壓的波動實際上主要是由于電流的不合理分布引起。但電流的分布不合理主要是由于大量的過孔和隔離帶造成的。這種情況下的電壓波動將主要傳輸和影響到器件的電源和地線引腳上。
為減小集成電路芯片電源上的電壓瞬時過沖,應(yīng)該為集成電路芯片添加去耦電容。這可以有效去除電源上的毛刺的影響并減少在印制板上的電源環(huán)路的輻射。
當去耦電容直接連接在集成電路的電源管腿上而不是連接在電源層上時,其平滑毛刺的效果最好。這就是為什么有一些器件插座上帶有去耦電容,而有的器件要求去耦電容距器件的距離要足夠的小。
去耦電容配置的一般原則如下:
● 電源輸入端跨接一個10~100uF的電解電容器,如果印制電路板的位置允許,采用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會更好。
● 為每個集成電路芯片配置一個0.01uF的陶瓷電容器。如遇到印制電路板空間小而裝不下時,可每4~10個芯片配置一個1~10uF鉭電解電容器,這種器件的高頻阻抗特別小,在500kHz~20MHz范圍內(nèi)阻抗小于1Ω,而且漏電流很小(0.5uA以下)
。● 對于噪聲能力弱、關(guān)斷時電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲型器件,應(yīng)在芯片的電源線(Vcc)和地線(GND)間直接接入去耦電容。
● 去耦電容的引線不能過長,特別是高頻旁路電容不能帶引線。
● 在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時.操作它們時均會產(chǎn)生較大火花放電,必須RC 電路來吸收放電電流。一般 R 取 1 ~ 2K,C取2.2 ~ 47UF。
● CMOS的輸入阻抗很高,且易受感應(yīng),因此在使用時對不用端要接地或接正電源。
● 設(shè)計時應(yīng)確定使用高頻低頻中頻三種去耦電容,中頻與低頻去耦電容可根據(jù)器件與PCB功耗決定,可分別選47-1000uF和470-3300uF;高頻電容計算為: C=P/V*V*F。
● 每個集成電路一個去耦電容。每個電解電容邊上都要加一個小的高頻旁路電容。
● 用大容量的鉭電容或聚酷電容而不用電解電容作電路充放電儲能電容。使用管狀電時,外殼要接地。
1.14.2、配置電容的經(jīng)驗值
好的高頻去耦電容可以去除高到1GHZ的高頻成份。陶瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好。設(shè)計印刷線路板時,每個集成電路的電源,地之間都要加一個去耦電容。去耦電容有兩個作用:一方面是本集成電路的蓄能電容,提供和吸收該集成電路開門關(guān)門瞬間的充放電能;另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容為0.1uf的去耦電容有5nH分布電感,它的并行共振頻率大約在7MHz左右,也就是說對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦作用,對40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。
1uf,10uf電容,并行共振頻率在20MHz以上,去除高頻率噪聲的效果要好一些。在電源進入印刷板的地方和一個1uf或10uf的去高頻電容往往是有利的,即使是用電池供電的系統(tǒng)也需要這種電容。每10片左右的集成電路要加一片充放電電容,或稱為蓄放電容,電容大小可選10uf。最好不用電解電容,電解電容是兩層溥膜卷起來的,這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時表現(xiàn)為電感,最好使用膽電容或聚碳酸醞電容。 去耦電容值的選取并不嚴格,可按C=1/f計算;即10MHz取0.1uf。由于不論使用怎樣的電源分配方案,整個系統(tǒng)會產(chǎn)生足夠?qū)е聠栴}發(fā)生的噪聲,額外的過濾措施是必需的。這一任務(wù)由旁路電容完成。一般來說,一個1uf-10uf 的電容將被放在系統(tǒng)的電源接入端,板上每個設(shè)備的電源腳與地線腳之間應(yīng)放置一個0.01uf-0.1uf 的電容。旁路電容就是過濾器。放在電源接入端的大電容(約10uf)用來過濾板子產(chǎn)生的低頻(比如60hz 線路頻率)。板上工作中的設(shè)備產(chǎn)生的噪聲會產(chǎn)生從100mhz 到更高頻率間的合共振(harmonics)。每個芯片間都要放置旁路電容,這些電容比較小,大約0.1u 左右。