从零**放—09电阻电容电感被动器件
前面我们讲了运放的相关知识,实际当中运放变化也就这么都。通常我们把运放加上一些外围器件组成电路,之后再做成PCB制板调试出来,整个过程中会碰到很多困难。比如有些人说,噪声怎么降不下去啊,有波动啊,有干扰啊。那么影响运放1、就是PCB的设计了,PCB设计的良不良好是很关键的;2、器件的选择,比如被动器件选择,电阻、电容、电感的选择是关键;3、供电电源非常关键,供电不好,比如有干扰;4、示波器的使用也非常关键,很多人对示波器了解的不多,那么本身一个电路示波器加上去之后就影响这个电路了,那么如何降低测量时的误差也是很重要的。
今天我们先讲一下电容和电感,很多人对电容、电感一知半解,尤其是电感懂得人更少,比如电科里边的小分支磁珠,几乎对它没有感觉。比如说一纳哼多少,1纳法是多少,它一般用在哪个地方。我们最常见的芯片上电源和地之间做个退耦,退耦电容一般用100nF,那我用1uF行不行,用10uF行不行,那我用电源电容行不行。这些我们都很疑惑,接下来我们把这方面的知识讲一下到底怎么回事。此外不同的发展阶段,比如以前我们用的瓷片电容,瓷片电容是插脚的,今天我们用的电容往往是贴片的,以前电路板都是插脚的电路板,PCB上很多物料都是插脚的,今天我们基本上都用贴片的(SMD)为主的器件,它的引脚短了很多,引脚短了很多,实际上很多特性就变了。但是我们很多书,都是些的老的器件(擦脚),比如100nF的电容,因为插脚时期的电容100nF是性价比最好的、最常见的。那么现如今不是了,现在0805的贴片电容100nF也是非常常见,也是性价比最高的,但是它有1uF的、甚至更高有10uF的、22uF的最高的这样的容量,当然它的内压比较低。那么我在电路中更喜欢1uF的,不是100nF了,甚至更高的地方,甚至会用瓷片电容当电源电容来使用了。其实手机里大量用了瓷片电容代替了钽电容,手机里就没有电解电容了,电解电容体积太大了。
电容
接下来我来看下电容,我们先来看0805封装,因为0805是市面上用量最大的,也是便于我们曙光焊接的器件。所以我们电路常用0805封装的。手机常用的是0402,智能手机兴起之后用的是0201。封装编号的含义是英制单位04是长度40个u,02表示宽度20个u,40个u其实就是1毫米,20个u就是0.5毫米。0402就是长度1毫米*宽度0.5毫米的这么个尺寸的瓷片电容。下图是这种封装的贴片电容的样子。
第一个框表示是电容;第二个框表示0805;那么TCC就是不同的材料组成的,一般小容量的是C0G这种材料的,这种材料性能稳定,一般用于射频方面的,它的温度特性非常稳定,不受温度影响太多,它的容量也比较稳定,实际电容就跟弹簧一样,比如弹簧拉伸了形变之后快到极限的时候,你再拉它也拉不上去,在一定范围只能遵循胡克定理,拉伸到极限弹性形变过不去可能就不在遵循胡克定理的线性关系了,瓷片电容也一样,它在某一段范围内,比如说电压越高电荷存储越大,电容值不变情况下,当电压达到一定的程度,电压越高电容值是下降的,所以说它的电容值并不是一个固定值,这个跟弹簧是等价的。其中C0G这个材料,它的温度特性也好,容量跟电压之间的关系也好,就是说都比较稳定。所以说在射频、温度影响大的地方一般都采用C0G这种材料的陶瓷电容。它也有缺点,缺点就是容量从200fF到22nF,所以C0G这个材料,容量做不上去,那么容量小的话内压可以做得高,可以达到250V(20fF),最小50V(22nF)。我们看到同一个封装,同一种材料,表征电容特性的时候,它的耐压跟容量的乘积是一个定值,就是之前讲的带宽增益积有点相似的。容量上去了,耐压就下来了(同封装,同材料情况下)。
我们以10nF为例,如下图
很多时候耐压取了50,其实它就是取了一个整,实际上并不可能一样的,它的等效模型是 LCR,R内阻,之后电容,之后是电感(任何东西有长度就有电感),之前曾经提到过,我们可以近似的把一毫米等于一纳亨来理解。0805相当于长2毫米有长度,所以说肯定有电感,那具体电感量多少呢? 软件已经列出是0.53nH,1毫米等于1nH只是个近似值,一般指的是一条很细的导线的经验公式(实际上不一定等于1nH,因为电感量的多少跟导线的形状有很大关系,一般讲导线越粗,电感量会下去。电感式通过导线自身的磁力线表征它的电感量的,同样电流下磁力线越多,电感量越大)。一般来讲封装如果做的越厚,电感量就会下降,做的越薄,电感量必然上升。比如C0G的10nF是0.53电感量,1pF电感量就是0.7(因为越薄了)。电容量,通过上图我们看到10nF还是10nF了,串联的电阻值是0.051欧,也就是51m欧。串联起来的的电感和电容,那么它其实是有个谐振点的,谐振点是,68.87MHz 这个电容的谐振点,是在68.87上,电路频率高于68.87那它就不是电容,它就是电感了。低于68.87以下的才是电容,那么我们把电容使用于谐振的时候不能靠近谐振点。
那么我们通过软件改变频率的时候,它的电容电感的等价值就会变化
我们调整频率为68.87,那么电感电容电阻等效值是0.02,得到了一个最小的值。也就是说这颗10nF的电容它的谐振点在68.87MHz上,加入有一个干扰产生它的频点一直在68.87MHz附近,那么我可以用这个电容通过并联把它吸收掉,手机里就经常干这样的事情,把一个电容看成一个电容和电感的串联谐振体,哪个频点有干扰有噪声那么我们就加入这类电容。
它还可以做一个带通滤波器,比如手机频点一个是900一个是1800,那么中心点就在1200-1300,那么我们找一颗带同滤波器,带宽可以掩盖900和1800的一个电容,通过电容耦合出去,这个值一般常用选择33pF,有些也采用27pF。我们以27pF为例比如说900兆的时候,如下图
电路频率900MHz的时候,它对应的阻抗是2.85欧姆
电路频率1800MHz的时候,它对应的阻抗是4.14欧姆
所以说我们27pF或33pF做它的带通滤波器
电容这里是用它的选频特性(谐振点),做带通滤波器或者耦合信号,另一个就是消除干扰,例如哪个频点有干扰我就消除哪个频点。大的电容是不行的,大的电容会把信号滤掉了,而小电容恰好针对于某个谐振点,某个频带区域我可以用它滤掉。
我们不能把电容当成一个纯粹的电容,超过了谐振点它就是一个电感。
电感 电感也是有谐振点这个特性的,通过查看我们看到电感值越大,谐振点越小。它的等效电路如下图
是一个电容与一个电感和电阻的并联。电感也可以等价与电容,只不过电容串联的时候实现带通滤波,电感是并联的时候实现带通滤波,如下图 我们改变频率值,它的电容值是不变的,电感量也基本上不变。不同的频率下它的阻抗是不一样的。电感量我们用的少,一般小容量的电感往往用在射频这些电路中做匹配用(50欧姆阻抗匹配用的多)。