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PCB设计中电容特性及设置

time : 2019-08-13 09:40       作者:凡亿pcb

PCB设计
1.PCB设计之电容的结构和特性
给导体加电位,导体就带上电荷。但对于相同的电位,导体容纳电荷的数量却因它本身结构的不同而不同。导体能够容纳电荷的能力称为PCB设计之电容。 通常,某导体容纳的电荷Q(库仑)与它的电位V(伏特,相对于大地)成正比,即有, 所以
C就是该导体的PCB设计之电容量。PCB设计之电容的单位是法拉(F)。
在两块平行的金属板之间插入绝缘介质,且引出电极就成为了PCB设计之电容器。它的电路符号,分别为有极性PCB设计之电容和无极性PCB设计之电容。
若给PCB设计之电容器充电,PCB设计之电容器的两极板上就会积累电荷。给PCB设计之电容量为C的PCB设计之电容器以恒定电流强度I充电示意图。假设PCB设计之电容器初始不带电荷,即它两端的初始电压等于零。我们回忆电流的定义:电荷在导体内流动形成了电流,单位时间内流过导体横截面的电荷量称为电流强度,即有,则,又因在PCB设计之电容器中有,故,所以。
即PCB设计之电容量为C的PCB设计之电容器在恒定电流强度I的作用下,两端电压V随时间t线性上升。
PCB设计之电容器两端的电压越高则所容纳的电荷就越多,即储能就越大。但PCB设计之电容器两极板间绝缘介质的耐电强度是有限的,若两极板间的电场强度太高,就可能将绝缘介质击穿,从而使PCB设计之电容器短路。因此在应用中要兼顾PCB设计之电容器的耐压。
结论:PCB设计之电容器在电路中有容纳电荷的作用,也即存储能量的作用。PCB设计之电容器存储能量是需要时间的,因此PCB设计之电容器两端电压不能突变。且PCB设计之电容量越大,可存储的能量就越多。PCB设计之电容器最重的两个参数是它的PCB设计之电容量和耐压。
2.RC充放电回路
电路是以一个RC充放电回路示意图。假设PCB设计之电容器两端的初始电压为零,开关K与1端接通的瞬间,电源通过电阻R对PCB设计之电容器充电,此时PCB设计之电容器的充电电流为最大E/R,若持续以这个电流充电,则VC的上升曲线是一条线性的直线。
但是因在整个充电过程中充电电流为,故随着VC的上升,充电电流强度IC逐渐减小,则VC上升的幅度也逐渐变小,直到上升至电源电压E,同时充电电流为0。这样使实际的VC上升曲线。VC是按指数规律上升的,它随时间t变化的表达式为:
其中,为时间常数。
可以看出串联电阻R越大,充电电流就越小,则充电时间就越长;PCB设计之电容量C越大,所需要的电荷就越多(即储能越多),充电时间也就越长。
当PCB设计之电容充满电后,VC等于E。此时开关K与2端接通,则PCB设计之电容器通过R放电,放电电流为,VC逐渐降低。在接通2端的瞬间,放电电流为最大,但随着VC的降低,放电电流也逐渐降低,直至VC为0V,放电电流也为0。这样以来,PCB设计之电容放电时VC的下降曲线。
3.PCB设计之电容的容抗
在电路中PCB设计之电容有一个很重要的作用,就是通交流、隔直流。若一个直流电压加在PCB设计之电容的一端,则PCB设计之电容稳定后(即充放电过程完成后),在PCB设计之电容的另一端不能感受到这个电压,即直流被隔开,这一点我们从RC充放电回路也可以看出来;若输入Vi是一个交流信号,则Vo会输出同频率的交流信号,且输入交流信号频率越高,输出Vo的幅度就越大,即交流信号通过了这个PCB设计之电容。
其实我们可以这样来理解,交流信号的幅度和方向都是随时间变化的,而PCB设计之电容对电压的反应是有隋性的,即它两端的电压不能突变。当PCB设计之电容器一个极板的电位随输入信号变化较快时,PCB设计之电容器两端的电压变化较慢,则引起它的另一个极板的电位也跟着以同样的方式变化。这样以来,虽然有一些损失(PCB设计之电容两端电压毕竟变化了一点),但也相当于交流信号通过了这个PCB设计之电容器。而且,输入信号变化的越快(即频率越高),PCB设计之电容器容量越大(即它两端的电压变化越慢),就越容易通过。
4.PCB设计之电容的滤波作用
利用PCB设计之电容的特性我们可以制作滤波器。电路就是一个高通滤波器,即输入信号频率越高则越容易通过,频率越低越不容易通过,不允许直流通过,这样就可滤除信号中的低频率成份。相反电路则是一个低通滤波器,它可以滤除信号中的高频成份。
(a)高通滤波器 (b)低通滤波器
5.常用PCB设计之电容器的分类
PCB设计之电容的选取要慎重,一般可选择较知名的PCB设计之电容品牌,如TDKPCB设计之电容、国巨PCB设计之电容等,作为质量的保证。
(1)铝电解PCB设计之电容
铝电解PCB设计之电容为有极性PCB设计之电容,在电路中它的“+”极必须要接电位较高的一端。
优点:容量大,能耐受大的脉动电流。
缺点:容量误差大,泄漏电流大;普通电解PCB设计之电容器不适于在高频和低温下应用,不宜使用在25kHz以上频率。
用途:低频旁路、信号耦合、电源滤波。
(2)钽电解PCB设计之电容
钽电解PCB设计之电容也为有极性PCB设计之电容。
优点:温度特性、频率特性和可靠性均优于普通电解PCB设计之电容器,特别是漏电流极小,寿命长,容量误差小,而且体积小,单位体积下能得到最大的PCB设计之电容电压乘积。
缺点:对脉动电流的耐受能力差,若损坏易呈短路状态,价格较高。
用途:在许多场合可替代铝电解PCB设计之电容,用于超小型高可靠性设备中。
(3)单片陶瓷基板PCB设计之电容
是目前用量较大的PCB设计之电容。
优点:温度和频率稳定性都很好,损耗低,寿命长。
缺点:不能做成大容量PCB设计之电容。
用途:高频滤波、振荡和耦合等。
以上就是PCB设计中电容的讲解,希望有所帮助。