电池电源是否需要去耦电容器?


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目前,我所有的小工具都由电池供电,并且不使用去耦电容器。从电池汲取能量时,它们通常是否需要/有用?

Answers:


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广义地说,您应该始终使用它们。这只是一件不会伤害您的事情,但却可能导致严重的问题被忽略。

您可能没有发现电池有任何重大问题,因为它们放置在离芯片较近的位置,并且它们具有内部电阻可以吸收高频信号。

这仍可能引起高频信号中的功率问题。如果微控制器以20MHz运行,则每秒将产生20e6脉冲电流。这似乎不是一个大问题,但是当一次输入变化太多时,您可能会导致接地反弹或高电感接地路径带来的许多类似问题。

如果有帮助,维基百科文章具有一定的背景知识。

去耦电容器的术语很少

去耦电容的作用是使设备的功耗从电路的其余部分“去耦”。如果去耦电容器发挥作用,则只能测量直流功率消耗。他们消除了交流电波。

去耦电容器有不同的术语。

容量电容器充当可以在一段时间内供电的大型电源,这些是功能性所必需的。如果没有大容量滤波器,则由于芯片会在其周期上加电,因此必须具有随时间变化的电流。

旁路电容器的值通常较低,旨在终止较高的频率。随着频率降低,电容器的阻抗降低。较小值的电容器具有较高的阻抗。这些小型电容器是终止高频波的支柱。

十年电容器是旁路电容的另一个术语,但其名称暗示了更多内容。如果您的批量过滤器上限为.1uF,则根据您的工作,您的十年上限将为.01uF和.001甚至是.0001uF。通常我只看到1个十年的上限,但之前必须使用2或3个。


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仅供参考,使用十年电容器的原因是,随着电容变小,电容的ESR降低。因此,如果您的环境对噪声非常敏感,或者会产生非常大的电流尖峰,则0.01 uf上限比0.1 uf上限更有效。
康纳·沃尔夫

同意,也有一个阻抗成分,但我同意。
Kortuk


如果前者具有较小的封装(或其他降低电感的机制),则0.01 uF仅比0.1 uF更有效。在其他所有条件相同的情况下,603 0.01 uF的性能不会比603 0.1 uF更好
ajs410 2010年

@ ajs410-...需要注意的一点是,如果布置得当(紧密,缝合良好,馈线轨道较宽等),则两个并联会降低有效 ESR
DrFriedParts 2012年

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去耦与平滑功率无关,去耦与抑制产生高转换速率信号的电路(尤其是逻辑电路)产生的高频噪声有关。

当一个节点在几纳秒内变化几伏特时,需要短暂的电流以对该节点上的电容进行充电/放电。如果您有一堆IC共用电源线,那么电源线中的电感意味着流入一个IC的那些电流会转化为另一个IC的电源电压骤降,这会使事情陷入意外状态。

您在每个IC上都贴上高频帽的原因是要为这些电流提供单独的电流,从而使IC的供电需求彼此“去耦”。


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@Nat Ryall-好吧,“平滑”实际上与去耦是一样的,只是频率要低得多。基本上,如果您在一块体面大小的电池上负载接近恒定,则可能无需使用大容量电容,但是,如果系统要打开电动机或继电器,打开发射器或执行其他任何操作,突然之间引入电流或什至只是在很宽的范围内波动,大容量电容器是一个好主意,其基本原理与去耦相同。
JustJeff 2010年

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我要补充一点,这个决定主要受电感和电流影响。如果电感在要拉动的频率下给500ohm负载,但是电流仍然小于500uA,则压降可能会被忽略。如果压降太大,则需要盖上盖子以提供高频功率,并使用电感性电源线获得更接近DC的电流。
Kortuk 2010年

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它们很有用,因为消耗功率的设备也会引起波动,而不仅仅是稳压器。例如,微控制器将在时钟上升沿消耗更多的电流,否则消耗较少的电流。这种消耗会导致电源电压下降得如此之小。如果一切都在同一时间运行,情况会变得更糟。在电源引脚上有一个电容器,有一个备用空间可最大程度地减小此纹波。这是一个好主意。


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电池具有内部电阻。微控制器和其他数字逻辑汲取的电流脉冲可能会导致电池电压下降。跨电源轨使用大容量去耦电容(约10µF左右)是必要的,以防止大的跌落引起问题。别忘了在所有数字逻辑IC的Vdd上也需要使用小的100nF电容来提供本地电流源。PCB上的走线电感将使这些变得必要,或者您可能会发现奇怪和异常的错误正在影响电路。


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我建议不要学习存在固定的事物电容。我使用了需要10uF作为本地电流源的芯片。
Kortuk

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很好,但是我想说10µF是大电容,而不是真正的去耦电容。
Thomas O

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“散装电容器”和“去耦电容器”有什么区别?旁路电容器的同义词是什么?
endolith

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大容量电容器AFAIK放置在电池/电源的电源轨附近,并靠近大型组件。一个去耦电容器位于Vdd引脚旁边。两者都是旁路电容器。
Thomas O

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它仍在尝试将组件组与其他组件组去耦,并且通常较大的电流拉动IC本身具有大容量电容器。
Kortuk

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晶体管每次在数字系统中改变状态时,都需要很小的电流来切换。逻辑芯片或微控制器中的晶体管的吨数几乎在同一时刻发生变化。发生这种情况时,芯片消耗的功率会短暂升高。旁路(或去耦)电容器有助于为该电源供电,以便那些短暂的负载尖峰不会导致其他芯片上的电源电压下降。(特别是因为其他芯片可能同时需要短暂地自身浪涌电流。)

这就是为什么您希望在每个IC附近放置非常快速(小,低ESR)的电容,并尽可能靠近电源引脚。

电源附近的大电容在交流电源通过0V时提供电流来承载负载,电源附近的中小电容有助于重新填充散布在整个板上的旁路电容。

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