這個100nF實在是見的太多太多了,甚至在面試的時候,面試官都會問:為什么選擇100nF,而不是其他的容值?
想必很多同學都會碰到這樣的情況,好像知道,但又說不出理由,那結局基本就是:你回去等通知吧!
那為了以后小伙伴們在面試的時候或者工作中被問到的時候能挺直腰桿,我們今天好好聊一聊這個“100nF”。
我們先看一下電容的等效模型,很重要!如下圖1所示:
圖1
那為什么電容的等效模型會有一個ESR和ESL呢?還有ESR和ESL又是什么鬼?
簡單說一下:
ESR:等效電阻
ESL:等效電感
這兩者的存在是由于制作工藝還有所使用的材料決定的,是無法被完全消除的,只能減少,而圖1中C才是真正的電容。
所以電容真正的等效阻抗應該是:等效阻抗+等效感抗+容抗
公式如下:Z=ESR+JWL+1/JWC (W=2πf) W稱之為角頻率
我們把W=2πf代入到公式中:Z=ESR+J2πfL+1/J2πfC
從最終換算的公式中可以看出,整個電容的阻抗和頻率就有了直接的關系。
如果小伙伴們還不清楚阻抗,感抗,容抗這三個的概念可自行百度,網(wǎng)上有很多詳細的解釋,這里就不再贅述了。
Z=ESR+J2πfL+1/J2πfC 還是看回這個公式,假如說頻率很高,1/J2πfC 是不是就會越小,那J2πfL是不是就越大,很明顯那是肯定的。
結論:
頻率越高,J2πfL(感抗)越大,就會占主導地位。
頻率越低,J2πfL(感抗)越小,容抗和阻抗占主導地位。
那有什么能佐證我們的結論是否正確?
我們直接看電容的規(guī)格書,如下圖2:
圖2
那這個圖2該怎么看?
紅色圈起來的是不同容值的的特性曲線(分別是10nF和100nF)
從紅色箭頭處開始看,可以把圖分成左邊部分和右邊部分(以100nF為例)
可以看出左邊部分,在低頻段時,電容的阻抗和頻率是成反比的,這是因為此時電容的容抗占主導地位,這個時候的電容能非常有效的通過交流隔絕直流(隔直通交特性)。
再看到箭頭的右邊部分,在高頻的時候,電容的阻抗和頻率是成正比的,這個時候頻率越高,阻抗越大,過濾交流的能力就越弱
那箭頭處(V形凹陷處)是表示什么?
這個就是電容的諧振頻率!
電容諧振頻率的定義:電容的諧振頻率是指在該頻率下,電容的容抗和寄生電感的感抗相互抵消,電容表現(xiàn)為純電阻特性的頻率。在這個頻率點上,電容的阻抗最小,因此對于電流的阻礙作用最小。
所以我們在選用電容的時候應該根據(jù)電路的工作頻率和電容特性曲線去進行判斷和選擇!
比如在STM32的設計中,晶振的頻率一般都是8MHZ,16MHZ,32MHZ,從電容的特性曲線中可以看得出來,100nF是比較合適的。
在者就是GSM系統(tǒng)中麥克風MIC電路用的33pF,GSM系統(tǒng)的工作頻率可以去到最大1800MHZ,所處于2000MHZ附近。
MIC電路
33pF特性曲線
一般來說,鉭電容和電解電容的ESR比較大,ESL較小,封裝較大,多余的材料多了起來,所以鉭電容和電解電容都是用在主電源處居多。而ESR較小的陶瓷貼片電容,用在芯片處當旁路電容較多。
具體可以參考下圖3:
圖3
總的一句話,電容不單單只是電容,他具有選頻特性!