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电容器在抑制噪声中的应用

高工
2014-06-12 10:42:50    评分


在各种自动控制的电路中,微控制器被广泛的应用。微控制器的时钟电路,采用方波而不是正弦波。方波比正弦波含有更高的高频成分,引起的电磁干扰噪声频率,相当于时钟频率的3倍。噪声中还含有更高的频率成分。在频率很高时,对电容来说,它的寄生电感不容忽视;对电感来说,它的分布电容会起作用;对电阻来说,它存在着对高频信号的反射;对印刷板上的引线来说,它的分布电感不容忽视,而且长的引线还表现出天线的特征,将高频噪声信号发射出去。焊接印刷线路板的元件时,如果电阻、电容、三极管的引脚过长,这些长的引脚恰好成了高频信号的天线。特别是信号引出线,如果该信号引出线的长度达到高频信号波长的1/20,噪声信号就会发射出去了。例如,对于100MHz的噪声信号,长度是3cm,15cm的引线就是它的发射天线。去除这些高频噪声干扰的办法是加退耦电容或高频旁路电容。
好的高频退耦电容可以去除高至1GHz的高频成分,陶瓷片电容或多层陶瓷电容高频特性比较好,如常用的25U系列。设计印刷线路板时,每个集成电路的电源和地之间都要加一个退耦电容。
这个退耦电容有两个作用:一方面是充当本集成电路的储能电容,提供和吸收该电路开路、关断瞬间的充、放电能量;另一方面是旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的退耦电容是0.1μF。而这种电容由于本身结构的特点以及有一段引脚,免不了有分布电感。这个分布电感的典型值是5nH。5nH分布电感的退耦电容,并联共振频率大约在7MHz左右。也就是说,它对10MHz以下的噪声有较好的退耦作用;但对40MHz以上的噪声几乎不起作用。
1nF、10nF的电容,并联共振频率在20MHz以上,用来去除高频噪声效果更好些。在电源进入印刷板的地方加一个1nF或10nF的退耦电容往往是有利的。即使是电池供电系统,也需要这种电容。
每10片左右集成电路加一支充放电电容,或称储能电容,其电容值可选10μF左右。最后使用钽电容或聚碳酸酯电容,不要用电解电容,因为电解电容是用两层薄膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时表现为电感。
退耦电容值的选取并不严格,可按C×f=1选用,即10MHz取0.1μF;100MHz取0.01μF;对微控制器构成的系统,取0.1~0.01μF都可以。
特别应注意的是,在焊接时退耦电容的引脚要尽量的短。长的引脚会使退耦电容本身发生自共振。

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