在电子设计中如何选择一颗合适的电容?

革斤春风


电容是设计电路中必不可少的基本电子元器件,电容的左右有滤波、去耦、储能、谐振、RC充放电延时等,根据作用不同,电容的选型方法也不同。一般电容在应用时对电容值要求没有那么精确,除非在串并联谐振电路中。根据不同的作用和大家分享一下电容如何选型。

1.用在芯片电源输入端选型

在芯片的电源输入端一般都会加一颗贴片电容,比如单片机的电源输入端、运放的电源输入端等,电容的个数与电源的通道数一致。一般这个电容选用0.1uF的。如下图所示是AT24C02电源引脚所接的电容。

2.单片机晶振电路电容的选择

单片机或者是通信芯片等需要用到晶振的芯片,在设计无源晶振电路时,用两个电容和晶振构成震荡起振电路为芯片提供时钟频率。一般这个电容的选择范围为(15-30)pF,有的芯片会在数据手册上写明不同晶振下该选用多大的电容。

3. RC充放电中电容的选择

电容具有储能作用,通过设计不同的串联电阻,可以改变电容的充放电速度,也就起到了延时作用。延时时间是由RC的乘积来决定的,比如RC电路用在555电路中,RC电路用作单片机的上电复位等。计算公式为:

T=RC*Ln[(V1-V0)/V1-Vt],其中V0为初始电压;V1为目标电压;Vt为T时电容上的电压。

4.串并联谐振电路中电容的选择

在串并联谐振电路中,需要用到电容,这时候对电容的值要求比较准确,需要根据谐振频率f、电感L的值来确定。以串联谐振为例,计算公司为:f=1/(2π√(LC))。

以上电容在选型时,需要注意电容的耐压值,一般选择电容的耐压值比电容两端的最高电压高至少30%,以防电容被高压所击坏。

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电容也是电路设计中最基本的元件,那么在电子设计中如何选择一颗合适的电容呢?

1、我们先来了解一下电容,电容的符号是C,电容的电位是法拉(F),法拉是个特别大的单位,常用的单位有mF(毫法)、μF(微法)、nF(纳法),

单位换算:1F=1000mF,1mF=1000μF,1μF=1000nF。

电容的参数有:标称容值,每个电容都会标有相应的电容值大小比如2200μF、10μF、1nF、104(0.1μF)等,除了标称容值之外还应有相应的误差,比如10%、5%、0.5%等;

额定电压,也称耐压值,指电容能够承受长期工作而不被击穿的最大直流电压,如下图电容中,除了标出容值之外,还标了耐压值,160V、50V、1KV等。

以上是电子设计选择电容时最基本需考虑的参数,除了以上最基本的参数以外还有温度系数、绝缘电阻、损耗、频率特性等,往往也是需要考虑的。

电容的分类:

按材料分,有云母电容、陶瓷电容、电解电容、钽电容、聚苯乙烯电容等;

按用途分,有负载电容、旁路电容、耦合电容、滤波电容等;

按极性分,有极性电容和无极性电容。

选择电容时,根据电容的用途进行选择,比如储能、滤波、旁路、去偶、负载、高频、低频等。

比如集成电路电源输入端与地之间通常接个电容,该电容属于旁路电容,其作用是将电源的高频杂波过滤,消除电源输入的杂波对芯片造成影响。

对于该类型电容的选择,跟电源输入的纹波系数、工作环境干扰水平等有关,若是电源芯片的输入端,最好选择胆电容,其它芯片的电源端一般选择0.1μF陶瓷电容即可。

选择电容时,首先是电容值的大小,其次是耐压值,所需耐压值多少需根据电路中的实际应用情况进行估算,比如电路中经过电容的电压为,12V,那么耐压值是不是选择12V就可以呢?不可以,为提高可靠性,要求在电路设计中的所有芯片都是需要降额设计的,根据可靠性等级不同,降额设计系数则不同,比如对于电容而言,可靠性降额等级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的降额系数分别为0.5、0.6、0.7。若按0.7进行计算,那么耐压值12V÷0.7=17.1,可选择20V的耐压值;若按0.6进行计算,12V÷0.6=20,可选择20V的耐压值;若按0.6进行计算,12V÷0.5=24,可选择25V的耐压值。(电容标称耐压值一般为4V、6.3V、10V、16V、20V、25V、35V、50V等)。

明确电容的容值和耐压之后,选择电容的型号,钽电容、电解电容、陶瓷电容、云母电容、聚苯乙烯电容等。

钽电容是电解电容的一种,各方面性能优于一般电解电容,寿命长、耐温高、稳定性较好,所以价格也比较昂贵,一般应用于军工领域;

电解电容广泛应用于储能、滤波、旁路、耦合、延时等电路中;陶瓷电容,广泛应用于旁路、去偶、滤波、储能等电路中;

云母电容高频特性好,一般应用于稳定性和可靠性较高的场合,绝缘电阻高、损耗小;

聚苯乙烯电容,其串联电阻小,电感值小,电容量相对时间、温度、电压很稳定。它适用于要求频率稳定性高的场合,可用于高频滤波、旁路、去耦。

注意:极性电容不可应用于交流电压场合,不可施加反向电压;纹波电压与直流电压叠加后的峰值电压不可超额定耐压值。

以上是本人的观点,希望本人的回答能够帮助提问者和头条的初学者们,若有不明白的地方可以评论区下方留言,记得点赞哦,谢谢支持!


技术闲聊


电容在电路中的应用非常广泛,选择电容的方法不是一成不变的,需要根据电路功能来具体确定选择电容的方法。

比如5V电源上滤波用的电容和通信线上的滤波电容的选择标准是不一样的。

电源滤波电容

比如电路板上的电源——5V等上面都会加电容进行滤波,这里加电容的目的是使电源更加稳定。

芯片的VCC和GND之间都会放滤波电容,并且靠近芯片,我自己一般会放一颗104的电容,有时候还会加一个电解电容,如10uF左右。

通信线上的电容

一般的通信是通过高低电平的数字信号进行交流,为了防止被干扰,收发信号在电路上会加RC滤波电路,如下图所示。

这里的电容就不能太大,RC时间常数需要根据脉冲宽度的大小来进行选择,如下图是1ms的周期,50%占空比的信号,RC时间常数为0.02ms。


RC滤波电路前后的对比如下图

如果电容变为原来的10倍,即RC时间常数为0.2ms,RC电路的输出信号变成了三角波,峰值电压都达不到最大电压,这时就可能通讯连接不上了。



总上所述,容量的选择要根据具体电路具体分析,它的根本我认为是“电容两端电压不能突变”

口口木的笔记 2019-4-26


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