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  • 简单的电源滤波电路计算软件,包括桥式整流电容滤波电路、半波整流电容滤波电路两种。 根据电源输出要求,如电压电流,自动计算滤波电容大小等。 见截图:
  • 该资料详细介绍了有关电容滤波电路的计算,是好资料!
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  • 整流后的电容滤波电路,波形,计算。。。。。。。
  • 整流电容滤波电路绿色版、小巧的软件,计算方便。
  • 电路初学者的 半波整流电容滤波电路 word 格式
  • 电容滤波半径

    千次阅读 2015-10-26 11:23:13
    介绍了电容去耦半径的推到过程以及滤波半径的作用。

    周末好友相聚,去参加一个活动,之后闲聊,说到滤波半径的问题,我竟然一时不知怎么解释,平时只是说去耦半径,也未深究。昨天问了一下度娘也自己推倒一下,也是豁然开朗的感觉。

    本文从电容滤除噪声来说。假设PCB板A处的IC芯片工作状态改变了,导致该区域电流出现变化,电流的变化势必在其附近引起一个电压变化,也即电压噪声。


    如图1所示,当电流发生变化时,电压噪声会向四周传播,当传输到电容所在位置时,电容感知电压噪声,然后做出补偿,补偿电流幅值与噪声电流相反。表达式如下(这里假设为均匀介质):


           其中v为信号在介质中传播速度,f为电容谐振频率(由于电容在其谐振频率上滤波效果最好,所以这里计算时,以谐振频率计算),R为电容与芯片扰动之间的距离,l表示扰动传到电容之后,继续传播的距离,Loss为介质损耗(db/m)。

    当电容的补偿电流到达A处的扰动时,扰动电流和补偿电流符号相反时,才有补偿作用,否则两者叠加,则会加强噪声。


    从上面推到公式可以看出,当0<R< lamda/4或者 3*lamda/4<R<lamda时, 具有补偿作用,R在其他波长范围内,不具有补偿作用。当R=0时,电容补偿和扰动的相位完全相同,幅值相反,可以100%的补偿,当R为四分之一波长时,电容补偿和扰动的相位差为180°,不具有补偿作用。一般要求去耦半径R要远远小于四分之一波长(一般为1/10~1/20的四分一波长)。

    假设有一个1nF电容,其在PCB上安装电感以及其寄生电感感值总和为2nH,可以计算器谐振频率为139MHz,假设介质介电常数为4,则v=1.5*10^8m/s。可以计算其波长为1.08m=42.4inch,所以四分之一波长约为10.5inch左右,这个值非常大。当取1/40波长时,滤波半径约为1inch,1nF的电容滤波半径还是比较大的,更大的电容,一般谐振频率更低,具有更大的滤波半径。

    从计算可以看到,电容滤波半径一般比较大,可能是因为这个原因,所以在设计PCB板时,比较少的提起滤波半径的概念。一般用大电容靠近电源模块输出端口,也可以从滤波半径考虑,但是由于滤波半径一般比较大,所以从防止过冲和电源电压突变解释更合理。
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  • 用于计算半波整电容滤波及桥式整流滤波电路参数,设置输出直流电流及电流,交流电频率值后,计算出滤波电容的容量及耐压值大小,需要设置每只二极管 随的最大反射电压,通过每只二级管的的平均电流。
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    整流电路的输出电压不是纯粹的直流,从示波器观察整流电路的输出,与直流相差很大,波形中含有较大的脉动成分,称为纹波。为获得比较理想的直流电压,需要利用具有储能作用的电抗性元件(如电容、电感)组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。

    常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。有源滤波的主要形式是有源RC滤波,也被称作电子滤波器。直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示,此值越大,则滤波器的滤波效果越差。

      脉动系数(S)=输出电压交流分量的基波最大值/输出电压的直流分量

      半波整流输出电压的脉动系数为S=1.57,全波整流和桥式整流的输出电压的脉动系数S≈O.67。对于全波和桥式整流电路采用C型滤波电路后,其脉动系数S=1/(4(RLC/T-1)。(T为整流输出的直流脉动电压的周期。)

    电阻滤波电路

    RC-π型滤波电路,实质上是在电容滤波的基础上再加一级RC滤波电路组成的。如图1(B)RC滤波电路。若用S表示C1两端电压的脉动系数,则输出电压两端的脉动系数S=(1/ωC2R)S。 

      由分析可知,电阻R的作用是将残余的纹波电压降落在电阻两端,最后由C2再旁路掉。在ω值一定的情况下,R愈大,C2愈大,则脉动系数愈小,也就是滤波效果就越好。而R值增大时,电阻上的直流压降会增大,这样就增大了直流电源的内部损耗;若增大C2的电容量,又会增大电容器的体积和重量,实现起来也不现实。这种电路一般用于负载电流比较小的场合.

    电感滤波电路

            根据电抗性元件对交、直流阻抗的不同,由电容C及电感L所组成的滤波电路的基本形式如图1所示。因为电容器C对直流开路,对交流阻抗小,所以C并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小,对交流阻抗大,因此L应与负载串联。

             (A)电容滤波                 (B)   C-R-C或RC-π型电阻滤波 脉动系数S=(1/ωC2R')S'

                   (C)   L-C电感滤波                                   (D) π型滤波或叫C-L-C滤波

                                                    图1 无源滤波电路的基本形式

     
     
    并联的电容器C在输入电压升高时,给电容器充电,可把部分能量存储在电容器中。而当输入电压降低时,电容两端电压以指数规律放电,就可以把存储的能量释放出来。经过滤波电路向负载放电,负载上得到的输出电压就比较平滑,起到了平波作用。若采用电感滤波,当输入电压增高时,与负载串联的电感L中的电流增加,因此电感L将存储部分磁场能量,当电流减小时,又将能量释放出来,使负载电流变得平滑,因此,电感L也有平波作用。 

    利用储能元件电感器L的电流不能突变的特点,在整流电路的负载回路中串联一个电感,使输出电流波形较为平滑。因为电感对直流的阻抗小,交流的阻抗大,因此能够得到较好的滤波效果而直流损失小。电感滤波缺点是体积大,成本高.

    桥式整流电感滤波电路如图2所示。电感滤波的波形图如图2所示。根据电感的特点,当输出电流发生变化时,L中将感应出一个反电势,使整流管的导电角增大,其方向将阻止电流发生变化。



                                 图2电感滤波电路

            在桥式整流电路中,当u2正半周时,D1、D3导电,电感中的电流将滞后u2不到90°。当u2超过90°后开始下降,电感上的反电势有助于D1、D3继续导电。当u2处于负半周时,D2、D4导电,变压器副边电压全部加到D1、D3两端,致使D1、D3反偏而截止,此时,电感中的电流将经由D2、D4提供。由于桥式电路的对称性和电感中电流的连续性,四个二极管D1、D3;D2、D4的导电角θ都是180°,这一点与电容滤波电路不同。


    图3电感滤波电路波形图

    已知桥式整流电路二极管的导通角是180°,整流输出电压是半个半个正弦波,其平均值约为 。电感滤波电路,二极管的导通角也是180°,当忽略电感器L的电阻时,负载上输出的电压平均值也是 。如果考虑滤波电感的直流电阻R,则电感滤波电路输出的电压平均值为

                                   
    要注意电感滤波电路的电流必须要足够大,即RL不能太大,应满足wL>>RL,此时IO(AV)可用下式计算

                                    
    由于电感的直流电阻小,交流阻抗很大,因此直流分量经过电感后的损失很小,但是对于交流分量,在wL和 上分压后,很大一部分交流分量降落在电感上,因而降低了输出电压中的脉动成分。电感L愈大,RL愈小,则滤波效果愈好,所以电感滤波适用于负载电流比较大且变化比较大的场合。采用电感滤波以后,延长了整流管的导电角,从而避免了过大的冲击电流。


    电容滤波原理详解

    1.空载时的情况

    当电路采用电容滤波,输出端空载,如图4(a)所示,设初始时电容电压uC为零。接入电源后,当u2在正半周时,通过D1、D3向电容器C充电;当在u2的负半周时,通过D2、D4向电容器C充电,充电时间常数为

                  (a)电路图                                            (b)波形图

                                     图4 空载时桥式整流电容滤波电路

    式中 包括变压器副边绕组的直流电阻和二极管的正向导通电阻。由于 一般很小,电容器很快就充到交流电压u2的最大值 ,如波形图2(b) 的时刻。此后,u2开始下降,由于电路输出端没接负载,电容器没有放电回路,所以电容电压值uC不变,此时,uC>u2,二极管两端承受反向电压,处于截止状态,电路的输出电压,电路输出维持一个恒定值。实际上电路总要带一定的负载,有负载的情况如下。

    2.带载时的情况

    图5给出了电容滤波电路在带电阻负载后的工作情况。接通交流电源后,二极管导通,整流电源同时向电容充电和向负载提供电流,输出电压的波形是正弦形。在 时刻,即达到u2 90°峰值时,u2开始以正弦规律下降,此时二极管是否关断,取决于二极管承受的是正向电压还是反向电压。

    先设达到90°后,二极管关断,那么只有滤波电容以指数规律向负载放电,从而维持一定的负载电流。但是90°后指数规律下降的速率快,而正弦波下降的速率小,所以超过90°以后有一段时间二极管仍然承受正向电压,二极管导通。随着u2的下降,正弦波的下降速率越来越快,uC 的下降速率越来越慢。所以在超过90°后的某一点,例如图5(b)中的t2时刻,二极管开始承受反向电压,二极管关断。此后只有电容器C向负载以指数规律放电的形式提供电流,直至下一个半周的正弦波来到,u2再次超过uC,如图5(b)中的t3时刻,二极管重又导电。

    以上过程电容器的放电时间常数为



        电容滤波一般负载电流较小,可以满足td较大的条件,所以输出电压波形的放电段比较平缓,纹波较小,输出脉动系数S小,输出平均电压UO(AV)大,具有较好的滤波特性。


                           (a)电路图                               (b)波形图

                                     图5带载时桥式整流滤波电路

            以上滤波电路都有一个共性,那就是需要很大的电容容量才能满足要求,这样一来大容量电容在加电瞬间很有很大的短路电流,这个电流对整流二极管,变压器冲击很大,所以现在一般的做法是在整流前加一的 功率型NTC热敏电阻来维持平衡,因NTC热敏电阻在常温下电阻很大,加电后随着温度升高,电阻阻值迅速减小,这个电路叫软起动电路。这种电路缺点是:断电后,在热时间常数内, NTC热敏电阻没有恢复到零功率电阻值,所以不宜频繁的开启。

             为什么整流后加上滤波电容在不带负载时电压为何升高?这是因为加上滤波测得的电压是含有脉动成分的峰值电压,加上负载后就是平均值,计算:峰值电压=1.414×理论输出电压

    有源滤波-电子电路滤波

    电阻滤波本身有很多矛盾,电感滤波成本又高,故一般线路常采用有源滤波电路,电路如图6。它是由C1、R、C2组成的π型RC滤波电路与有源器件晶体管T组成的射极输出器连接而成的电路。由图6可知,流过R的电流IR=IE/(1+β)=IRL/(1+β)。流过电阻R的电流仅为负载电流的1/(1+β).所以可以采用较大的R,与C2配合以获得较好的滤波效果,以使C2两端的电压的脉动成分减小,输出电压和C2两端的电压基本相等,因此输出电压的脉动成分也得到了削减。

      从RL负载电阻两端看,基极回路的滤波元件R、C2折合到射极回路,相当于R减小了(1+β)倍,而C2增大了(1+β)倍。这样所需的电容C2只是一般RCπ型滤波器所需电容的1/β,比如晶体管的直流放大系数β=50,如果用一般RCπ型滤波器所需电容容量为1000μF,如采用电子滤波器,那么电容只需要20μF就满足要求了。采用此电路可以选择较大的电阻和较小的电容而达到同样的滤波效果,因此被广泛地用于一些小型电子设备的电源之中。

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    当变压器副边输出交流电压经过二极管整流后,连接电容进行滤波。这里有一些小问题。

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    U0整流前电压,U1整流后输出电压,U2负载电压,RL负载电阻,这里的电压都是平均值。

    二极管整流后,输出电压脉动非常大,加滤波后变得平滑,在一个周期内,电容先对负载进行放电,当电容两端电压小于二极管输出电压时,进行充电。关于放电时间和充电时间,当放电时间大于充电时间,二极管导通角将变小。电容越大,时间常数越大,脉动越小,则导通角越小,充电时间越短,电流平均值越大,负载的电压则越大,在导通的时间内,二极管电流等于负载电流(疑问:这里究竟电容充电时有电流吗?),这里需要一个平衡。也就是滤波电容越大,二极管导通流过的电流越大,这个电流叫做冲击电流。

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    这里选择电容有一个经验公式:

    半波整流 U1=0.45*U0

    全波整流 U1=0.9*U0

    当RL大于等于(3-5)T/2时,U2约等于1.2*U1。加了滤波后,负载电压大于整流出来的电压。

    3c4a52339ed27b8439eee5072a042bf2.png

    这里如果负载电流非常大时,通常认为大于一点几安培之上,这时二极管的平均整流值比较难以计算。就要考虑使用电感滤波,或是复式滤波。

    电容滤波适用于负载电流较小(1.5A以下)且变化较小。

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  • 电容 去耦电容 滤波电容 旁路电容

    千次阅读 2007-12-03 20:05:00
    2,在振荡电路、延时电路、音调电路中,电容器容量应尽可能与计算值一致。在各种滤波及网(选频网络),电容器容量要求精确;在退耦电路、低频耦合电路中,对同两级精度的要求不太严格。 3,电容器额定电压应...
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    关于滤波电容、去耦电容、旁路电容作用
    2007-05-17 21:56
    关于滤波电容、去耦电容、旁路电容作用

     

    滤波电容用在电源整流电路中,用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。


    去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方,用来消除自激,使放大器稳定工作。


    旁路电容用在有电阻连接时,接在电阻两端使交流信号顺利通过。

    1.关于去耦电容蓄能作用的理解

    1)去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰,干扰的进入方式是通过电磁辐射。
              而实际上,芯片附近的电容还有蓄能的作用,这是第二位的。

             你可以把总电源看作密云水库,我们大楼内的家家户户都需要供水,
             这时候,水不是直接来自于水库,那样距离太远了,
             等水过来,我们已经渴的不行了。
             实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer的作用。

             如果微观来看,高频器件在工作的时候,其电流是不连续的,而且频率很高,
             而器件VCC到总电源有一段距离,即便距离不长,在频率很高的情况下,
             阻抗Z=i*wL+R,线路的电感影响也会非常大,
             会导致器件在需要电流的时候,不能被及时供给。
             而去耦电容可以弥补此不足。
             这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一

           (在vcc引脚上通常并联一个去藕电容,这样交流分量就从这个电容接地。)

    2)有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供  

             一 个局部的直流电源给有源器件,以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地

    2.旁路电容和去耦电容的区别

             去耦:去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。去耦电容还可以为器件供局部化的DC电压源它在减少跨板浪涌电流方面特别有用。
    旁路:从元件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。这主要是通过产生AC旁路消除无意的能量进入敏感的部分,另外还可以提供基带滤波功能(带宽受限)。

    我们经常可以看到,在电源和地之间连接着去耦电容,它有三个方面的作用:一是作为本集成电路的蓄能电容;二是滤除该器件产生的高频噪声,切断其通过供电回路进行传播的通路;三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。

          在电子电路中,去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用,电容所处的位置不同,称呼就不一样了。对于同一个电路来说,旁路(bypass)电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象,把前级携带的高频杂波滤除,而去耦(decoupling)电容也称退耦电容,是把输出信号的干扰作为滤除对象

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    系统分类:模拟技术
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    网友: fengyu
    2007-11-22 12:59
    谢谢知识共享!
     
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    贴片电容的种类和特点

    贴片电容种类和特点- -

                                          

     

    单片陶瓷电容器(通称贴片电容)是目前用量比较大的常用元件,就AVX公司生产的贴片电容来讲有NPO、X7R、Z5U、Y5V等不同的规格,不同的规格有不同的用途。下面我们仅就常用的NPO、X7R、Z5U和Y5V来介绍一下它们的性能和应用以及采购中应注意的订货事项以引起大家的注意。不同的公司对于上述不同性能的电容器可能有不同的命名方法,这里我们引用的是AVX公司的命名方法,其他公司的产品请参照该公司的产品手册。 NPO、X7R、Z5U和Y5V的主要区别是它们的填充介质不同。在相同的体积下由于填充介质不同所组成的电容器的容量就不同,随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同。所以在使用电容器时应根据电容器在电路中作用不同来选用不同的电容器。


        一 NPO电容


        NPO是一种最常用的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器。它的填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成的。   NPO电容器是电容量和介质损耗最稳定的电容器之一。在温度从-55℃到+125℃时容量变化为0±30ppm/℃,电容量随频率的变化小于±0.3ΔC。NPO电容的漂移或滞后小于±0.05%,相对大于±2%的薄膜电容来说是可以忽略不计的。其典型的容量相对使用寿命的变化小于±0.1%。NPO电容器随封装形式不同其电容量和介质损耗随频率变化的特性也不同,大封装尺寸的要比小封装尺寸的频率特性好。下表给出了NPO电容器可选取的容量范围。

     


        NPO电容器适合用于振荡器、谐振器的槽路电容,以及高频电路中的耦合电容


        二 X7R电容


        X7R电容器被称为温度稳定型的陶瓷电容器。当温度在-55℃到+125℃时其容量变化为15%,需要注意的是此时电容器容量变化是非线性的。


        X7R电容器的容量在不同的电压和频率条件下是不同的,它也随时间的变化而变化,大约每10年变化1%ΔC,表现为10年变化了约5%。


        X7R电容器主要应用于要求不高的工业应用,而且当电压变化时其容量变化是可以接受的条件下。它的主要特点是在相同的体积下电容量可以做的比较大。下表给出了X7R电容器可选取的容量范围。

     


        三 Z5U电容


        Z5U电容器称为”通用”陶瓷单片电容器。这里首先需要考虑的是使用温度范围,对于Z5U电容器主要的是它的小尺寸和低成本。对于上述三种陶瓷单片电容起来说在相同的体积下Z5U电容器有最大的电容量。但它的电容量受环境和工作条件影响较大,它的老化率最大可达每10年下降5%。


        尽管它的容量不稳定,由于它具有小体积、等效串联电感(ESL)和等效串联电阻(ESR)低、良好的频率响应,使其具有广泛的应用范围。尤其是在退耦电路的应用中。下表给出了Z5U电容器的取值范围。

     


        Z5U电容器的其他技术指标如下:


        工作温度范围 +10℃ --- +85℃


        温度特性 +22% ---- -56%


        介质损耗 最大 4% 


        四 Y5V电容


        Y5V电容器是一种有一定温度限制的通用电容器,在-30℃到85℃范围内其容量变化可达+22%到-82%。


        Y5V的高介电常数允许在较小的物理尺寸下制造出高达4.7μF电容器。


        Y5V电容器的取值范围如下表所示

     


        Y5V电容器的其他技术指标如下:


        工作温度范围 -30℃ --- +85℃


        温度特性 +22% ---- -82%


        介质损耗 最大 5%


        贴片电容器命名方法可到AVX网站上找到。不同的公司命名方法可能略有不同。(来源:AM)

     

    - 作者: zidanz 2006年08月5日, 星期六 23:08

     

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    电容的种类

    http://www.c51bbs.com/c51blog/user1/485/archives/2005/2879.shtml

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    电容的种类和用途

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