首页
论坛
电子技术基础
模拟技术
可编程器件
嵌入式系统与MCU
工程师职场
最新帖子
问答
版主申请
每月抽奖
商城免费换礼
社区有奖活动
博客
下载
评测
视频
文库
芯语
资源
2025泰克杭州测试论坛
2025中国低空经济产业创新发展大会
【直播】芯片设计工艺仿真全解析
西门子数字化工业软件资源中心
嵌入式设计资源库
智能楼宇/家电控制应用全解析
在线研讨会
EE直播间
小测验
白皮书
行业及技术活动
杂志免费订阅
免费在线工具
厂商资源中心
论坛
博文
电子工程专辑
电子技术设计
国际电子商情
资料
白皮书
研讨会
芯语
文库
登录|注册
登录
用户1371682
修改
文章:
17
阅读:
50427
评论:
1
赞:
90
好友
私信
个人主页
文章
17
原创
0
阅读
50427
评论
1
赞
90
原创
走出误区 电容器深入解析(二):透过功用看本质(转)
2009-11-19 14:40
2622
5
5
分类:
模拟
四、
电容器的应用:从电源滤波看电容器(二)
容抗
电容器对正弦电流产生的阻碍被称为容抗,通常用XC表示,单位和电阻相同均为欧姆。而我们在进行供电滤波时希望交流成分尽可能完全被旁路掉,若容抗高,所能够被旁路的交流成分就少,所以就需要尽可能减少阻碍、减少容抗。
电容器的容抗并非一个恒定的数值,它与频率(f)和电容量(C)的乘积成反比。这也就是人们看到板卡供电滤波使用大容量电容器就会觉得用料好的主要原因,电容量越大,则容抗越小,所能适应的频率范围更广,滤波效果也就越好。
但我们并不能够因此忽视频率因素,很明显,不同的频率对电容量的要求也不相同。在高频的情况下,不需要很大的电容量就能获得低容抗的效果。
各位还记得近年经常被说起的“数字供电”么?笔者在这里可以明确地说,供电是无法数字化的,这只是一个高频开关供电方式。由于频率远远高于常规的开关供
电方式,因此只需要小小的陶瓷电容器就可以获得极低的容抗,完成滤波工作。除了电容器,大家一定也对那块好像芯片一样的电感器的高温有深刻印象吧?因为在
高频时电感器产生了高额感应电流,此时电感器就好像一个巨大的电阻,数十安培的电流从此经过,自然会产生不俗的热量。尽管并非“数字化”,高频开关供电的
确可以用更小巧的元器件、更少的空间占用来达到和常规开关供电模式相当的效果,不过电感器发热是一个需要关注的问题。
说完了高频,让我们一起来想一想低频时容抗的表现。当频率无限接近于零(直流电),那么容抗将会无限增大,此时直流电面前就像被安置了一个巨大的电阻,从而无法通过。尽管容抗的表现很像电阻,不过由于理想的电容器内部是没有电流通过的,因此容抗不会造成任何发热。
在频率确定的情况下,所以我们可以用电容量来衡量容抗,电容量越高则容抗越低,电容量越低则容抗越高。
ESR与ESL
世界上没有绝对的事情和理想的事物,人们常说理想与现实是有差距的,在电子元器件方面其实也不例外,理想化的元器件仅仅只能存在于我们的理念当中。现实中的元器件通常都会带有一定的ESR和ESL,简单说它们就相当于给电路中额外串联了一个电容器和电感器。
毫无疑问,ESR必然会带来发热以及能量损耗,同时也会对滤波产生阻碍作用,所以各电容器厂商都在追求尽可能低的ESR。目前来说,多数固态电解质电容
器的ESR通常都比液态电解质电容器更低,不过需要明确的是,这并不是因为“固态”,而是因为物质本身。电容器的ESR和电容器的极板长度、极板面积、电
解质等等都有关系。
元器件的等效串联电阻(ESR)经常被人们关注和提起,其实它还有个小兄弟:等效串联电感(ESL)。
因ESL而“增加”的隔交通直的电感器,也会出色的完成阻碍交变电流的任务,其感抗(XL)为我们的供电滤波工作设置障碍。所以,ESL也是越低越好。
电容器的阻抗
容抗、ESR、ESL三者共同构建了电容器的阻抗(Impedance),通常用字母Z表示。其计算公式为:
在电容量恒定的情况下,容抗会随着频率的提高以恒定变化率减小,感应系数则会随着频率提高以恒定变化率增加。而ESR是一个基本固定的数值,因此它将决定电容器阻抗的下限。只有ESR足够低,我们才能获得低阻抗的电容器。
从图上我们可以看到,若只有ESR降低,尽管电容器阻抗的最小值降低了,但是仅仅只能在较窄的频带上实现。这样是不够的,我们需要电容器在一定的频带宽度上都能保持低阻抗。在电容量和频率都确定的情况下,容抗无法改变,因此唯一的途径就是降低ESL。
很显然,为了更好的发挥滤波功能,低阻抗的电容器就是我们所期望的,即低容抗、低ESR、低ESL。我们必须了解到,ESR和ESL的作用绝不可忽视,单用容抗或电容量来衡量电容器性能是不合理的。
上图中是几种电容器的阻抗-频率图,我们可以看到在相同容量下(47μf),三洋OS-CON电容器在100K-1MHz这个常用频段的阻抗表现远远超
越了常规铝-电解液电容器和钽电容器,甚至超越了1000μf的铝-电解液电容器。而在其他一些频段其阻抗反而大于其他电容器。所以,电容量只比较适合用
于衡量和对比即定频率下的同系列电容器的性能。
嗯,接着让我们轻松一点,看几个比较单纯的性能因素。
五、
电容器的应用:耦合与去藕,信号滤波
介质损耗角正切(tanδ)
它看上去是一个很神秘的东西,其实我们可以简单点,它其实是在指电容器的效率,即ESR与容抗的比值。通常会以120Hz(西方国家市电整流后的频率)频率为基准来衡量。无论如何,我们明白这个数值越低越好即可。
渗漏电流(Leakage Current)
世界上没有绝对无法打动的冰山美人,也没有绝对绝缘的电介质,内部绝对不走电荷的理想电容器是不存在的。一些不太规矩的电荷总会偷渡电介质,于是形成了
渗漏电流。渗漏电流会白白浪费能量,增加发热,自然也是越低越好。同系列产品中,容量越大的电容器电介质层通常越薄,所以漏电流就会越大。
额定链波电流(Rated Ripple Current)
没有哪个元器件能够承受无限的电流,它们总要有个承受上限,链波电流量就是在表达这个上限。若电路中电流过大,会导致电容器损坏。你问链波电流是什么?就是有波纹的电流,通俗点,就是交流。。。。。。
温度范围
我们在电容器外壳上所看到的温度标注,指的是该电容器的最高工作温度。实际上电容器不仅仅只有一个高温指标,其正常工作温度是一个区间范围。
寿命
产品寿命总是用户最关心的问题之一。电容器的寿命取决去所用材质以及工作温度。工作温度越高,寿命就越低。我们只能从厂商的规格PDF中得到相关的寿命信息。
由于材质不同,OS-CON电容器的寿命要比常规铝-电解液电容高的多。同时,我们也可以看到,温度对电容器寿命的影响非常巨大。由于电脑板卡上很少会
为电容器准备散热设备,因此使用太阳花式CPU/GPU散热器进行周边辅助散热以及降低环境温度会大大增加电容的使用寿命。当然,最好还是直接使用高温寿
命较长的电容器。
电容器的应用:耦合与去藕
这两个应用恐怕各位听得最多的是去藕,“去藕电容”一词经常在一些内存评测文章中出现。耦合和去藕在不少朋友眼中可能显得十分深奥,其实它的本质还是很简单的利用了电容器的隔直通交原理。
耦合,我们可以称之为交流耦合。指的是在两个电路之间串联一个电容器,从而在保证信号传输的同时,遏制因两电路电压不同导致的异常直流电传导。例如上图
中,电路A的输出电压是0V,而电路B的输入电压为5V,我们需要将信号从电路A传输到电路B。此时如果不使用电容器进行耦合,电路B的输入电流将会向电
路A流去。在两电路之间串联电容器之后,直流电流会老老实实的待在一边,而交流信号仍旧保持正常传输。
有了交流耦合,同时也就诞生了
直流去藕合,简称去藕。连接在电源线到地之间的电容器,在PCB中用于过滤由快速开关电路产生的直流电压中的瞬时电压或者尖峰信号。瞬时电压含有可能影响
电路工作的高频成分,它们会被去藕电容短接到地。在一条线路上我们通常可以看到多个去藕电容,尤其是集成电路芯片周围密布的多层陶瓷电容中,不少就起着去
藕作用。
信号滤波
信号滤波简单说就是放所需频带的信号电波通过,阻碍其他频率的电波(可以成为杂波)。电容器在这里主要是利用其容抗和频率相关的特性(XC = (1/(2πfC))来进行电波选择。
信号滤波在这里就不做太细致的描述了,今后笔者还有机会为大家讲述这方面的知识。
六、结语
通过文中的讲述,我们可以看到,电容器并没有什么神秘的因素,它不过是为了得到恒定直流电而努力的一分子,并非供电电路的全部。而恒定的直流供电也仅仅
是超频的必要条件之一,并不会起决定作用。电容器性能是由多种互相联系的因素共同决定的,我们在看待产品的时候不应该单纯因看到“固态电容”就认为其如何
好,应该去看看它们的规格PDF,综合多种指标以及应用环境才能得出比较正确的结论。
无论是CPU、GPU、内存或者芯片组,超频能力的高低90%是由芯片本身所决定的。无论主板或者显卡本身设计的多么强大,也仅仅是提供一个基础而已。就像即使给Athlon XP提供绝对理想的直流电,它也不可能达到5GHz的高度。
我们不应该幻想一块主板仅仅依靠“高品质固态电容”就会获得超频能力的飞跃,这其中的差别实在很小。如果说哪块主板因换了更好的电容器会大有改观的话,那只能代表它原本作的太差劲了。
写原创有奖励!2025面包板原创奖励正在进行中
最新发表
推荐阅读
明星博主
原创博文
年度排行
博文排行
博文评论
FPGA/CPLD
MCU/ 嵌入式
模拟
电源/新能源
测试测量
通信
智能手机
处理器与DSP
PCB
汽车电子
消费电子
智能硬件
物联网
软件与OS
采购与分销
供应链管理
工程师职场
EDA/ IP/ 设计与制造
无人机
机器人/ AI
医疗电子
工业电子
管理
写博文
点赞(
5
)
收藏
分享到:
上一篇:
走出误区 电容器深入解析(一):透过功用看本质(转)
下一篇:
关于0欧姆电阻的深入分析(转)
PARTNER CONTENT
换一换>
更多>
ST移动安全解决方案:构建全场景安全连接生态
赵明灿
2025-05-12
文章评论
(
0
条评论)
登录
后参与讨论
您需要登录后才可以评论
登录
|
立即注册
发布
用户1371682
修改
文章:
17
阅读:
50427
评论:
1
赞:
90
好友
私信
个人主页
文章
17
原创
0
阅读
50427
评论
1
赞
90
最新评论
更多
不错,值得学习
小白菜123 ...
评论博文
2025-6-4
高功率LED铝基板的热设计黄金法则 ...
写的好,学习和参考,很实用,写的很详细,分析全面,大师之作
开发工匠 ...
评论博文
2025-6-4
高密度LED灯条如何实现散热优化? ...
分析很细,原理图,芯片原理图,产品设计,产品结构,大师之作
开发工匠 ...
评论博文
2025-6-3
【拆解】+Trimmer 毛球修剪拆解
最新
博文
书评:《动手做AI Agent》——职业院 ...
10. ESP32开发之LED闪烁和呼吸的实现 ...
万豪“嫁”美团:老牌酒店的“中国变 ...
资料下载
本周热帖
抖胆DD3118替代创惟GL3213S国产3.0读 ...
EIO-STD安装指南
EIOLink通讯协议
CAN产品配置手册
CAN产品-TNode-N安装指南
【资料下载-第一季】开关电源、KiCad ...
【Milk-V Duo 开发板】+初用体验 ...
芯片程序
E币兑换迟迟未兑现
解读LED车灯因高温引起的光衰问题 ...
最新资讯
芯语最新
连接・集成・智护:Qorvo智能化场景破 ...
掌握拓扑选择:优化电池供电设备设计 ...
关于座舱传感发展的三个关键词:雷达 ...
合见工软宣布关键EDA免费开放试用,加 ...
美国得州市将三星工厂补贴削减至最高9 ...
一边高调喊“兄弟”,一面边骚操作逼 ...
英伟达:员工纷纷转投华为! ...
英伟达利润率将飙升至80%! ...
华为和小鹏官宣战略合作! ...
三星挖走台积电前高管!
EE直播间
更多
常用电测仪表的校准展示
直播时间: 06月20日 10:00
Keysight World Tech Day 线上直播-AI 驱动的超高速传输测试分论坛
直播时间: 06月26日 13:30
材料介电常数的精确表征和测试
直播时间: 07月03日 10:00
在线研讨会
更多
ADI人形机器人解决方案
ST 在大功率热管理系统中的电机控制系统方案(AI 数据中心/暖通空调/电池储能系统/变频制冷)
Mercury基于展频技术的医疗时钟EMI抑制方案
AI 巨型芯片,性能越强,测试越难,如何破局?
热门
推荐
为什么你的数据总是不准确?真相令人震惊!
万亿市场风口怎么抓?5场研讨会解锁3D IC设计“通关秘籍”
信号毛刺抓不住?这次让你看清每个跳变沿!
深度剖析:测试电源与光伏储能背后的半导体奥秘
我要评论
0
5
分享到微信
分享到微博
分享到QQ
点击右上角,分享到朋友圈
我知道啦
请使用浏览器分享功能
我知道啦
关闭
站长推荐
/2
2025第1期拆解活动:赢示波器、运动相机、热像仪等!
示波器、影石运动全景相机、大疆无人机、高清红外热成像仪;树莓派5等等
【2025面包板社区内容狂欢节】发帖/回帖赢25万E币!
活动时间:即日起——2025年全年(发完20万E币为止!)
首页
论坛
电子技术基础
模拟技术
可编程器件
嵌入式系统与MCU
工程师职场
最新帖子
问答
版主申请
每月抽奖
商城免费换礼
社区有奖活动
博客
下载
评测
视频
文库
芯语
资源
2025泰克杭州测试论坛
2025中国低空经济产业创新发展大会
【直播】芯片设计工艺仿真全解析
西门子数字化工业软件资源中心
嵌入式设计资源库
智能楼宇/家电控制应用全解析
在线研讨会
EE直播间
小测验
白皮书
行业及技术活动
杂志免费订阅
免费在线工具
厂商资源中心
帖子
博文
返回顶部
×
文章评论(0条评论)
登录后参与讨论