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单片机中去耦电容的应用

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phoenixwhite|  楼主 | 2023-12-23 12:18 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
USB 接口和供电电路。

图3-1 USB 接口和供电电路
左边这张图,过了保险丝以后,接了一个 470 uF 的电容 C16,右边这张图,经过开关后,接了一个 100 uF 的电容 C19,并且并联了一个 0.1 uF 的电容 C10。其中 C16 和 C19 起到的作用是一样的,C10 的作用和他们两个不一样,我们先来介绍这2个大一点的电容。
容值比较大的电容,理论上可以理解成水缸或者水池子,同时,大家可以直接把电流理解成水流,其实大自然万物的原理都是类似的。
作用一,缓冲作用。当上电的瞬间,电流从电源处流下来的时候,不稳定,容易冲击电子器件,加个电容可以起到缓冲作用。就如同我们直接用水龙头的水浇地,容易冲坏花花草草。我们只需要在水龙头处加个水池,让水经过水池后再缓慢流进草地,就不会冲坏花草,起到有效的保护作用。
作用二,稳定作用。我们的一整套电路,后级电子器件的功率大小都不一样,而器件正常工作的时候,所需电流的大小也不是一成不变的。比如后级有个器件还没有工作的时候,电流消耗是 100 mA,突然它参与工作了,电流猛的增大到了 150 mA,这个时候如果没有一个水缸的话,电路中的电压(水位)就会直接突然下降,比如我们的 5 V 电压突然降低到 3 V了。而我们系统中有些电子元器件,必须高于一定的电压才能正常工作,电压太低就直接不工作了,这个时候水缸就必不可少了。电容会在这个时候把存储在里边的电量释放一下,稳定电压,当然,随后前级的电流会及时把水缸充满的。
有了这个电容,可以说我们的电压和电流就会很稳定了,不会产生大的波动。这种电容常用的有如图 3-2、图3-3、图3-4所示三种:

图3-2 铝电解电容
图3-3 钽电容

图3-4 陶瓷电容
这三种电容是最常用的三种,其中第一种个头大,占空间大,单位容量价格最便宜,第 二种和第三种个头小,占空间小,性能一般也略好于第一种,但是价格也贵不少。
当然,除 了价格,还有一些特殊参数,在通信要求高的场合也要考虑很多,这里暂且不说。我们板子 上现在用的是第一种,在同样的符合条件的耐压值和容值下,第一种 470 uF 的电容不到一毛钱,而第二种和第三种可能要1块钱左右了。
电容的选取,第一个参数是耐压值的考虑。我们用的是 5 V 系统,电容的耐压值要高于 5 V,一般推荐1.5倍到2倍即可,有些场合稍微再高点也可以。我们板子上用的是 10 V 耐压的。第二个参数是电容容值,这个就需要根据经验来选取了,选取的时候,要看这个电容起作用的整套系统的功率消耗情况,如果系统耗电较大,波动可能比较大,那么容值就要选大一些,反之可以小一些。
同学们刚开始设计电路也是要模仿别人,别人用多大自己也用多大,慢慢积累。比如咱上边讲电容作用二的时候,电流从 100 mA 突然增大到 150 mA 的时候,其实即使加上这个电容,电压也会轻微波动,比如从 5 V 波动到 4.9 V,但是只要我们板子上的器件在电压 4.9 V 以上也可以正常工作的话,这点波动是被容许的,但是如果不加或者加的很小,电压波动比较大,有些器件的工作就会不正常了。但是如果加的太大,占空间并且价格也高,所以这个地方电容的选取多参考经验。
我们再来看图3-1中的另一种电容 C10,它容值较小,是 0.1 uF,也就是 100 nF,是用来滤除高频信号干扰的。
比如 ESD,EFT 等。我们初中学过电容的特性——可以通交流隔直流,但是电容的参数对不同频率段的干扰的作用是不一样的。这个 100 nF 的电容,是我们的前辈根据干扰的频率段,根据板子的参数,根据电容本身的参数所总结出来的一个值。也就是说,以后大家在设计数字电路的时候,在电源处的去耦高频电容,直接用这个 0.1 uF 就可以了,不需要再去计算和考量太多。
还有一点,大家可以仔细观察我们的 KST-51 开发板,在电路中需要较大电流供给的器件附近,会加一个大电容,比如在 1602 液晶左上角的 C18,靠近单片机的 VCC 以及 1602 液晶背光的 VCC,起到稳定电压的作用,而图3-1中的 C19 的实际位置也是放在了在左上角电机和蜂鸣器附近,因为它们所需的电流都比较大,而且工作时电流的波动也很大。还有在所有的 IC 器件的 VCC 和 GND 之间,都会放一个 0.1 uF 的高频去耦电容,特别在布板的时候,这个 0.1uF 电容要尽可能的靠近 IC,尽量很顺利的与这个 IC 的 VCC 和 GND 连到一起,这个大家先了解,细节以后再讨论。

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沙发
minzisc| | 2024-1-3 12:04 | 只看该作者
尽量将去耦电容靠近电源引脚放置,减少电源线路上的寄生电感。

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板凳
burgessmaggie| | 2024-1-3 12:52 | 只看该作者
去耦电容的容量选择也需要根据电路的具体需求来确定

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averyleigh| | 2024-1-3 13:01 | 只看该作者
在放大电路中,去耦电容可以防止由于电路寄生电感引起的自激振荡。

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5
deliahouse887| | 2024-1-3 13:12 | 只看该作者
去耦电容在单片机电路中起着非常重要的作用。

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kkzz| | 2024-1-3 13:35 | 只看该作者
可以有效地消除电源噪声和地噪声,提高电路的稳定性。

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bartonalfred| | 2024-1-3 14:21 | 只看该作者
在单片机电路的信号线路上,有时也会并联一个去耦电容,以消除信号线上的高频噪声。去耦电容的典型值为100nF至1uF之间。信号线去耦电容可以降低信号传输过程中的干扰,提高信号的质量。

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8
elsaflower| | 2024-1-3 14:33 | 只看该作者
去耦电容的工作电压应该与电路的工作电压相匹配。

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9
jonas222| | 2024-1-3 16:51 | 只看该作者
通常连接在电源和地之间,以减少电源线上的噪声。

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10
geraldbetty| | 2024-1-3 17:12 | 只看该作者
在放置去耦电容时,应尽量靠近电源引脚,并且电容的引线应尽可能短,以减少引线电感和电阻对电路性能的影响。

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claretttt| | 2024-1-3 18:23 | 只看该作者
去耦电容的典型值为100nF至1uF之间。电源模块去耦电容可以降低电源模块的输出纹波,提高电源模块的稳定性。

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geraldbetty| | 2024-1-3 20:18 | 只看该作者
去耦电容可以提供一个稳定的电源,减少由于电源波动导致的电路不稳定。

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13
claretttt| | 2024-1-4 10:54 | 只看该作者
在多层PCB设计中,去耦电容用于优化电源分布网络,确保电源在各个关键点都有良好的稳定性,尤其是在高频环境下。

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14
yorkbarney| | 2024-1-4 11:25 | 只看该作者
能够消除电源线上的高频噪声,保证单片机的稳定工作。在单片机的电路中,去耦电容通常被放置在电源线的两端,起到滤波的作用。当电源线上出现高频噪声时,电容器会吸收这些噪声,并将其转化为电荷。这样,电源线上的高频噪声就被消除了,从而保证了单片机的稳定工作。

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15
belindagraham| | 2024-1-4 12:16 | 只看该作者
去耦电容应尽可能地靠近单片机的电源引脚,以最大程度地减小噪声对单片机的影响

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16
maqianqu| | 2024-1-4 13:23 | 只看该作者
去耦电容可以保护单片机免受外部电路和内部电路的影响

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17
zerorobert| | 2024-1-4 16:43 | 只看该作者
根据实际工作频率和电流变化速率,合理选择电容值和封装尺寸,确保电容能在所需频率范围内有效去耦。

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18
cashrwood| | 2024-1-4 17:14 | 只看该作者
一般来说,对于电源去耦,可以选择10μF左右的电容,对于信号去耦,可以选择0.1μF左右的电容。

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wengh2016| | 2024-1-4 17:50 | 只看该作者
去耦电容的值通常不是特别严格              

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hilahope| | 2024-1-4 18:27 | 只看该作者
在高速数字电路中,由于器件开关速度非常快,产生较大的di/dt变化,会在电源和地线上感应出噪声,这可能导致“地弹”现象,影响信号质量。去耦电容能够吸收这些瞬态电流,减小电源线和地线回路中的电感效应,降低地弹。

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