值得你收藏的濾波電路的學(xué)習(xí)方法

什么是濾波電路?應(yīng)該如何學(xué)習(xí)?濾波電路說(shuō)起來(lái)是有點(diǎn)復(fù)雜，但是工程師們不必?fù)?dān)心。本文幫您屢好思路，想學(xué)好濾波電路，先搞懂濾波電容、去耦電容、旁路電容。下面我們一起開啟電容知識(shí)之旅!

電容種類繁雜，但無(wú)論再怎么分類，其基本原理都是利用電容對(duì)交變信號(hào)呈低阻狀態(tài)。交變電流的頻率f越高，電容的阻抗就越低。旁路電容起的主要作用是給交流信號(hào)提供低阻抗的通路;去耦電容的主要功能是提供一個(gè)局部的直流電源給有源器件，以減少開關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地，加入去耦電容后電壓的紋波干擾會(huì)明顯減小;濾波電容常用于濾波電路中。

對(duì)于理想的電容器來(lái)說(shuō)，不考慮寄生電感和電阻的影響，那么在電容設(shè)計(jì)上就沒有任何顧慮，電容的值越大越好。但實(shí)際情況卻相差很遠(yuǎn)，并不是電容越大對(duì)高速電路越有利，反而小電容才能被應(yīng)用于高頻。濾波電容用在電源整流電路中，用來(lái)濾除交流成分，使輸出的直流更平滑。去耦電容用在放大電路中不需要交流的地方，用來(lái)消除自激，使放大器穩(wěn)定工作。旁路電容用在有電阻連接時(shí)，接在電阻兩端使交流信號(hào)順利通過。

1.關(guān)于去耦電容蓄能作用的理解

(1)去耦電容主要是去除高頻如RF信號(hào)的干擾，干擾的進(jìn)入方式是通過電磁輻射。而實(shí)際上，芯片附近的電容還有蓄能的作用，這是第二位的。你可以把總電源看作水庫(kù)，我們大樓內(nèi)的家家戶戶都需要供水，這時(shí)候，水不是直接來(lái)自于水庫(kù)，那樣距離太遠(yuǎn)了，等水過來(lái)，我們已經(jīng)渴的不行了。實(shí)際水是來(lái)自于大樓頂上的水塔,水塔其實(shí)是一個(gè)buffer的作用。如果微觀來(lái)看，高頻器件在工作的時(shí)候，其電流是不連續(xù)的，而且頻率很高，而器件VCC到總電源有一段距離，即便距離不長(zhǎng)，在頻率很高的情況下，阻抗Z=i*wL+R，線路的電感影響也會(huì)非常大，會(huì)導(dǎo)致器件在需要電流的時(shí)候，不能被及時(shí)供給。而去耦電容可以彌補(bǔ)此不足。這也是為什么很多電路板在高頻器件VCC管腳處放置小電容的原因之一(在Vcc引腳上通常并聯(lián)一個(gè)去耦電容，這樣交流分量就從這個(gè)電容接地。

(2)有源器件在開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲將沿著電源線傳播。去耦電容的主要功能就是提供一個(gè)局部的直流電源給有源器件，以減少開關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地。

2.旁路電容和去耦電容的區(qū)別

去耦：去除在器件切換時(shí)從高頻器件進(jìn)入到配電網(wǎng)絡(luò)中的RF能量。去耦電容還可以為器件提供局部化的DC電壓源，它在減少跨板浪涌電流方面特別有用。

旁路：從元件或電纜中轉(zhuǎn)移出不想要的共模RF能量。這主要是通過產(chǎn)生AC旁路消除無(wú)意的能量進(jìn)入敏感的部分，另外還可以提供基帶濾波功能(帶寬受限)。

我們經(jīng)?？梢钥吹剑陔娫春偷刂g連接著去耦電容，它有三個(gè)方面的作用：一是作為本集成電路的蓄能電容;二是濾除該器件產(chǎn)生的高頻噪聲，切斷其通過供電回路進(jìn)行傳播的通路;三是防止電源攜帶的噪聲對(duì)電路構(gòu)成干擾。

旁路電容和去耦電容的區(qū)別

在電子電路中，去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用，電容所處的位置不同，稱呼就不一樣了。對(duì)于同一個(gè)電路來(lái)說(shuō)，旁路(bypass)電容是把輸入信號(hào)中的高頻噪聲作為濾除對(duì)象，把前級(jí)攜帶的高頻雜波濾除，而去耦(decoupling)電容也稱退耦電容，是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象。

從電路來(lái)說(shuō)，總是存在驅(qū)動(dòng)的源和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大，驅(qū)動(dòng)電路要把電容充電、放電，才能完成信號(hào)的跳變，在上升沿比較陡峭的時(shí)候，電流比較大，這樣驅(qū)動(dòng)的電流就會(huì)吸收很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻(特別是芯片管腳上的電感，會(huì)產(chǎn)生反彈)，這種電流相對(duì)于正常情況來(lái)說(shuō)實(shí)際上就是一種噪聲，會(huì)影響前級(jí)的正常工作，這就是耦合。

去耦電容就是起到一個(gè)電池的作用，滿足驅(qū)動(dòng)電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾。

旁路電容實(shí)際也是去耦合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合電容一般比較大，是10u或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)，以及驅(qū)動(dòng)電流的變化大小來(lái)確定。

去耦和旁路都可以看作濾波。去耦電容相當(dāng)于電池，避免由于電流的突變而使電壓下降，相當(dāng)于濾紋波。具體容值可以根據(jù)電流的大小、期望的紋波大小、作用時(shí)間的大小來(lái)計(jì)算。去耦電容一般都很大，對(duì)更高頻率的噪聲，基本無(wú)效。旁路電容就是針對(duì)高頻來(lái)的，也就是利用了電容的頻率阻抗特性。電容一般都可以看成一個(gè)RLC串聯(lián)模型。在某個(gè)頻率，會(huì)發(fā)生諧振，此時(shí)電容的阻抗就等于其ESR。如果看電容的頻率阻抗曲線圖，就會(huì)發(fā)現(xiàn)一般都是一個(gè)V形的曲線。具體曲線與電容的介質(zhì)有關(guān)，所以選擇旁路電容還要考慮電容的介質(zhì)，一個(gè)比較保險(xiǎn)的方法就是多并幾個(gè)電容。

去耦電容在集成電路電源和地之間的有兩個(gè)作用：一方面是本集成電路的蓄能電容，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值是0.1μF。這個(gè)電容的分布電感的典型值是5μH。0.1μF的去耦電容有5μH的分布電感，它的并行共振頻率大約在7MHz左右，也就是說(shuō)，對(duì)于10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果，對(duì)40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。1μF、10μF的電容，并行共振頻率在20MHz以上，去除高頻噪聲的效果要好一些。每10片左右集成電路要加一片充放電電容，或1個(gè)蓄能電容，可選10μF左右。

最好不用電解電容，電解電容是兩層薄膜卷起來(lái)的，這種卷起來(lái)的結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。去耦電容的選用并不嚴(yán)格，可按C=1/F，即10MHz取0.1μF，100MHz取0.01μF。以上就是濾波電路的學(xué)習(xí)方法，希望能給大家?guī)椭?