【導(dǎo)讀】我們知道電容器是一種能夠以電場形式存儲能量并以預(yù)定的時間和速率釋放能量的電氣設(shè)備。此外，電容器會阻止直流電通過交流電。
電容器的這兩個功能（或功能）都在旁路電容器中使用。
想象一下，您已經(jīng)設(shè)計了一個不錯的運算放大器電路，并開始對其進(jìn)行原型設(shè)計，但失望地發(fā)現(xiàn)該電路無法按預(yù)期工作或根本無法工作。造成這種情況的主要原因可能是來自電源或內(nèi)部IC電路的噪聲，甚至來自相鄰IC的噪聲可能已耦合到電路中。
來自電源的噪聲（規(guī)則的尖峰脈沖）是不希望的，必須不惜一切代價消除。旁路電容器是防止電源上有害噪聲的第一道防線。
什么是旁路電容器？
通常在集成電路的VCC和GND引腳之間施加一個旁路電容器。旁路電容器消除了電源電壓尖峰的影響，并降低了電源噪聲。
使用“旁路電容器”這個名稱是因為它旁路了電源的高頻分量。它也被稱為去耦電容器，因為它可以將電路的一部分與另一部分解耦（通常，來自電源或其他IC的噪聲被分流，并且在電路的另一部分上的影響減小了）。
旁路電容器通常應(yīng)用于電路的兩個位置：一個位于電源上，另一個位于每個有源設(shè)備（模擬或數(shù)字IC）上。
位于電源附近的旁路電容器通過存儲電荷并在必要時釋放電荷（通常在出現(xiàn)尖峰時）來消除電源中的電壓降。
來到IC的VCC和GND引腳附近放置的旁路電容器將能夠滿足開關(guān)電路（數(shù)字IC）的瞬時電流需求，因為寄生電阻和電感會延遲瞬時電流的傳遞。
旁路電容器如何消除電源噪聲？
要了解旁路電容器如何消除噪聲，您需要首先了解電容器在直流和交流下的工作方式。當(dāng)電容器跨接在直流電源上時（例如示例中的電池），在電介質(zhì)上會產(chǎn)生電場，導(dǎo)體之一上帶有正電荷，而另一導(dǎo)體上帶有負(fù)電荷。
電容器充電時，瞬態(tài)電流從電源中流出。但是，當(dāng)電容器上的電荷達(dá)到最大值（由Q = CV確定）時，電容器導(dǎo)電板之間的電場會使電源的電場無效，并且不再有電荷流過電容器。
因此，在直流電路中，電容器充電至電源電壓并阻止任何電流流過該電容器。
當(dāng)電容器跨時變交流電源連接時，由于充電和放電循環(huán)，電流流過的電阻很小或沒有電阻。
請記住，將旁路電容器跨接在電源上時，它為從電源到地的噪聲（本質(zhì)上是交流信號）提供了一條低電阻路徑。因此，旁路電容器利用交流信號將電源旁路。
由于DC被電容器阻止，它將通過電路而不是通過電容器接地，這就是旁路電容使用的原因，該電容器也稱為去耦電容器。
旁路電容器注意事項
沒有旁路電容或旁路不當(dāng)?shù)碾娐窌a(chǎn)生嚴(yán)重的電源干擾，并可能導(dǎo)致電路故障。因此，電路中必須使用適當(dāng)?shù)呐月冯娙荨?/div>
以下是選擇旁路電容器時必須考慮的一些注意事項。
● 電容器種類
● 電容器放置
● 電容器尺寸
● 輸出負(fù)載效應(yīng)
● 電容器種類
在高頻電路中，旁路電容器的引線電感是重要的因素。在> 100MHz之類的高頻下切換時，電源軌上會產(chǎn)生高頻噪聲，并且電源中的這些諧波與高引線電感一起將導(dǎo)致電容器充當(dāng)開路。
電容器在需要時提供必要的電流，以維持穩(wěn)定的電源。因此，當(dāng)從設(shè)備（集成電路）的內(nèi)部噪聲中選擇用于旁路電源的電容器時，必須選擇低引線電感的電容器。
MLCC或多層陶瓷貼片電容器是旁路電源的首選。
電容器放置
旁路電容器的放置非常簡單。通常，旁路電容應(yīng)盡可能靠近設(shè)備的電源引腳放置。如果距離增加，PCB上的多余粘性會轉(zhuǎn)化為串聯(lián)電感器和串聯(lián)電阻器，從而降低電容器的有用帶寬。
因此，電源引腳和旁路電容器之間較長的PCB走線會增加電感，并且會破壞首先引入旁路電容器的目的。
電容器尺寸
確定電容器的尺寸時，要考慮兩件事。
從低到高切換引腳時所需的電流量
最大脈沖擺率可計算電容器的最大電流
輸出負(fù)載效應(yīng)
如果輸出負(fù)載是純電阻性的，則頻率不會影響輸出的上升和下降時間。但是，如果輸出負(fù)載是電容性的，則頻率的增加將導(dǎo)致更高的瞬態(tài)電流和電源振蕩。
旁路電容在電路設(shè)計中的應(yīng)用
在哪里使用旁路電容器？
下圖顯示了分壓器偏置放大器的電路圖。電阻R1，R2，RC和RE有助于晶體管以Q點偏置在負(fù)載線的中間。電阻RE為Q點增加了穩(wěn)定性。
輸入和輸出端分別有兩個耦合電容器C1和C2。C1將交流信號源耦合到晶體管的基極，而C2將放大信號耦合到負(fù)載。
但是討論的設(shè)備是旁路電容CE。由于交流信號的放大，發(fā)射極電流很大。如果沒有旁路電容，則大的交流發(fā)射極電流流經(jīng)發(fā)射極電阻RE，RE兩端的交流壓降很大。
當(dāng)RE兩端的電壓降減去Vin時，這將導(dǎo)致較小的交流基極電流。因此，輸出電壓降低，電壓增益急劇降低。
我們需要提供一個低阻抗路徑，以使交流發(fā)射極電流從發(fā)射極流到地，以防止電壓增益損失。這可以通過在發(fā)射極和地之間連接一個電容器來實現(xiàn)，該電容器可以用作旁路電容器，以旁路交流發(fā)射極電流。
幾乎所有的模擬和數(shù)字設(shè)備都使用旁路電容器。在這兩種器件中，旁路電容器（通常為0.1µF的電容器）都非?？拷娫匆_放置。電源也使用旁路電容器，它們通常是較大的10µF電容器。
旁路電容器的值取決于器件，在電源情況下，其值在10µF至100µF之間；在IC情況下，其值通常為0.1µF，或由工作頻率決定。
如果設(shè)備的帶寬約為1MHz，則使用1pF旁路電容。如果帶寬約為10MHz或更高，則使用0.1µF電容器。
在某些應(yīng)用中，并聯(lián)的旁路電容器網(wǎng)絡(luò)用于過濾寬范圍的頻率。
電路中的每個有源器件都必須在電源引腳附近放置一個旁路電容器。如果有多個旁路電容器，則必須將較小容量的電容器放置在靠近設(shè)備的地方。
在模擬電路中，旁路電容器通常會將電源上的高頻分量定向到地面。否則，這些信號將通過電源引腳進(jìn)入敏感的模擬IC。如果在模擬電路中未使用旁路電容器，則很有可能會將噪聲引入信號路徑。
在帶有微處理器和控制器的數(shù)字電路中，旁路電容器的使用略有不同。數(shù)字電路中旁路電容器的主要功能是充當(dāng)電荷儲存器。
在邏輯門以高頻開關(guān)的數(shù)字電路中，在開關(guān)期間需要大電流。寄生電阻和電感將不允許開關(guān)過程中突然需要大電流。
因此，旁路放置在盡可能靠近電源引腳的位置，以減小寄生電感，它將在電源接通之前提供瞬時電流。
旁路電容器的應(yīng)用
旁路電容器的主要目的是在通過所需的DC的同時分流電源的不良高頻分量。以下是旁路電容器的三個主要應(yīng)用領(lǐng)域。
補(bǔ)償當(dāng)前需求
需要時，使用旁路電容器提供必要的電流。例如，從放大器到揚(yáng)聲器的驅(qū)動電流根據(jù)信號而變化，并且放大器輸出的電流需求取決于信號的強(qiáng)度。
輸出端的這種變化的電流導(dǎo)致從電源汲取的變化的電流。功率的這些變化會引起波動，該波動可能會通過電源作為噪聲耦合到信號線。
旁路電容器可以用作臨時電流源，有助于減少波動。
電源濾波器
在電源中，通常使用100µF或1000µF或更大的大型旁路電容器來過濾整流正弦波的紋波。
數(shù)字系統(tǒng)
在數(shù)字電路中，所有IC的VCC和GND引腳之間都使用一個旁路電容器。這有助于在IC的一定范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的電源，并消除高頻信號進(jìn)入電源。此外，它們還充當(dāng)快速開關(guān)電路中的瞬時電流提供者。
推薦閱讀：
