标签: 低频

    从电容的充放电特性曲线理解电容的阻低频通高频特性 电容为什么具有阻低频通高频的能力，RC 高通滤波器和 RC 低通滤波器的工作原理是什么。 很多书都会从电容的容抗进行讲解，Xc = 1/(2πfC) ，信号频率越高，电容容抗越小，电容两端电压就越小，信号频率越低，电容容抗越大，电容两端电压就越大。比如图 1 所示的 RC 低通滤波器电路，这个电路可以看做一个分压电路，输出电压为电容上的分压。   图1  RC 低通滤波器 电容 C 的容抗与输入信号的频率有关。当输入信号频率高时，电容 C 的容抗小，电容 C 分到的电压也就很小，输出信号 Vout 幅度很小，相当于 Vin 被衰减了，输出信号的幅度被减小了。当输入信号频率低时，电容 C 的容抗很大，电容 C 分到的电压也就大，输出信号 Vout 大，输入信号 Vin 相当于没有被衰减，信号顺利通过。 这样可以解释电容的阻低频通高频特性，但是这是从数学上去解释的。电容的容抗是什么，为什么它会跟信号的频率有关， 式子 Xc = 1/(2πfC) 又是怎么来的。上面的解释是通过数学式子去理解电容的阻低频通高频特性，没什么问题，但总感觉缺点什么。 下面讲述一种以更贴近电容本质，从感性上认识和理解电容阻低频通高频特性的方法。 我想从电容的充放电曲线来理解电容阻低频通高频的特性，因为电容的充放电曲线是实际测量出来的，非常地直观。图 2 和图 3 是典型的电容充放电曲线。            图2 电容充电曲线                          图3 电容放电曲线 对于图 1 的 RC 电路（为了问题简化，忽略时间常数），当输入信号的周期远大于电容的充放电时间（即低频信号），电容有足够的时间进行充电和放电（电容两端的电压可以充到与输入信号 Vin 的电压相等，放电时也可以完全放完，电容两端的电压为零）。输入信号 Vin 输出信号 Vout 变化曲线如图 4 所示。   图4 低频信号输入与输出变化曲线 从图中可以看出，输出信号的幅度并没有衰减，信号从输入端被完整地传输到了输出端。 而当输入信号的周期远小于电容的充放电时间时（即高频信号），电容没有足够的时间进行充放电，只是在输入信号的高电平期间刚刚充了一点点电，输入信号就跳变为低电平，此时电容就要开始放电。这种情况下，输入信号与输出信号如图 6 所示。   图6 高频信号输入与输出变化曲线 从图中可以看出，输出信号相比于输入信号，信号幅度有了大幅度地衰减，说的严重点，信号被衰减没了。 补充：文中是通过一个 RC 低通滤波器作为例子来考虑的，文中所说的阻低频通高频可以看做高频信号通过电容进入地，而低频信号则不能进入地。这样应该不会有误解了。：） 下接： 电容阻低频通高频续  

  电容阻低频通高频续          上一篇博客中谈到 RC低通滤波器对高频信号的衰减，并配了一张图对其解释。有网友提出这张图是错的，后来我深入地思考了这个问题，配图确实有误，这里先谢谢各位网友 ：）。           上一篇博客链接  http://forum.eet-cn.com/BLOG_ARTICLE_19007.HTM     上一篇博客中的配图如图 1，这是 RC 低通滤波器对高频信号衰减的图。   图1 RC 滤波器对高频信号衰减     这个问题是我没有去深入地理解电容的充放电曲线造成的。当时我想当然地认为电容的充放电都是按照曲线最开始的那一段进行充放电的，而忽略了电容本身已经充了一定电的情况。真实情况是，电容的充电和放电刚开始并不是对称的。电容的充电曲线应该是图 2 中的红色线之间的部分往逐渐右移，曲线的斜率越来越小（也就是充电速度变得更慢），直至达到一个平衡状态。   图2 电容充电曲线    而放电曲线是图 3 中的红线部分逐渐往左移，曲线斜率的绝对值越来越大（也就是电容放电速度加快了），直至达到一个平衡状态。   图3 电容放电曲线     最终，电容充电和放电的速率将趋于平衡。RC 低通滤波器电容上的电压，在高频信号刚加进来到一段时间后稳定下来的过程如图 4 所示。   图4 电容充放电稳定过程     刚开始充电快，放电慢，后来充电速度逐渐变慢而放电速度逐渐变快，最终达到平衡！     由于当时想着把“RC 低通滤波器对高频信号的衰减”这一机理讲明白，就按照“充一点点电，放一点点电”的思路画了一张草图进行讲解。     上一篇博客中犯的错值得我反思。我当时画那张图是为了解释“RC 低通滤波器对高频信号的衰减”，而那张图确实把这件事说清楚了，省下了很多的文字描述，让人一目了然。但是却没有去思考这张图带来了哪些不好的地方，我根本就没有去思考这张图的正确性，这会给阅读那篇博客的人以误导，我自己也会把错误当成正确。幸好有网友及时发现并指出错误和改进意见。     今后无论是在做设计还是生活中，引入一个东西，它解决了关注的矛盾点，但是千万不能为此昏了头，还需要思考引入的这个东西带来了哪些不好的地方！

让我们首先来看一下阻抗值同为600ohm@100MHz但尺寸大小不同的磁珠在不同偏置电流电流和工作频率下的特性。     Part Number / Size (All 600 Ohm chip beads) Z  (Ohms) Z  (Ohms) Z  (Ohms) @  100 MHz @  500 MHz @  1 GHz Zero Bias 100 mA Zero Bias 100 mA Zero Bias 100 mA 1206C601R              1206 size 600 550 220 220 105 120 0805E601R              0805 size 600 380 304 250 151 120 0603C601R              0603 size 600 300 330 420 171 200 0402A601R              0402 size 600 175 644 600 399 500    上面是四个不同大小的磁珠分别工作在0A，100mA偏置电流及在100MHz,500MHz和1GHz工作频率下的阻抗值。   从上表的测试数据中可以看出，1206尺寸的磁珠在低频100MHz工作时，其阻抗值仅从0A下的600ohm减小到100mA偏置电流下的550ohm,而0402尺寸的磁珠阻抗值却从0A下的600ohm大幅减小为175ohm。   由此看来，在低频大偏置电流应用的情况下，应该选择大尺寸的磁珠，其阻抗特性会更好一些。   让我们来看一下磁珠在高频工作时的情形。1206尺寸的磁珠其1GHz下的阻抗从100MHz下的600ohm大幅减小为105ohm,而0402尺寸的磁珠其1GHz下的阻抗则只由100MHz下的600ohm小幅减小为399ohm。   这也就是说，在低频大偏置电流的情况下，我们应该选择较大尺寸的磁珠，而在高频应用中，我们应该尽量选择小尺寸的磁珠。   至于为什么大小磁珠会表现为如此特性，希望看了前面磁珠特性的读者会自己找到答案。（如需转载，请注明出处！）