旁路电容是电子设计中常用的电容器之一,主要用于过滤电源噪声和稳定电源电压。在实际应用中,0.1uF电容器是最常用的旁路电容值之一,那么为什么常用旁路电容是0.1uF而不是其他值?这个值又是怎么来的呢?本文将深入探讨这个问题。
在实际应用中,旁路电容的选择需要考虑多个因素,例如电源噪声频率、容值大小、ESR、EMI等。不同的电路设计可能需要不同的旁路电容值。但是,我们发现0.1uF电容器是最常用的旁路电容值之一。
01 容值大小
旁路电容的大小需要根据电路的实际情况来选择,电源噪声的滤波电容不能够太小,也不能够太大。太小会导致滤波效果不佳,太大会影响系统的响应时间,在实际的应用中,我们使用的旁路电容容值范围一般在0.1uF-10uF之间,这样滤波效果最好。其中0.1uF的容值大小最佳,能够在一定程度上滤掉电源上的噪声,同时也不会影响系统响应时长,这样就成了我们在很多电路中使用的标准值0.1uF。
02 成本因素
由于在实际生活中,0.1uF的电容成本较低,可轻易实现批量生产,并且各个规格也很常见,因此成为很多电路设计选择。在实际应用中,由于0.1uF已经被广泛应用于各种电子系统中,经过长时间的实际验证,许多经验丰富的电子工程师也推荐使用0.1uF电容,用于IC电路旁路滤波。
03 0.1uF电容特性
频率特性
由于现在很多电源噪声的频率一般都在几百KHz以上,按照C=1/F,0.1uF电容能够非常有效地过滤掉这些高频噪声,提高系统的稳定性。
ESR
如上图所示,ESR是电容的串联等效电阻,ESL是电容的串联等效电感,C是真正的理想电容。其中ESR和ESL是由电容的制造工艺和材料决定的,无法人为消除。ESR影响电源的纹波,ESL影响电容的滤波频率特性。
电容的容抗:XC=1/ωC,ω=2πf
电感的感抗:XL=ωL,ω=2πf
实际电容的复阻抗:Z=ESR+1/jωC+jωL
对于一个特定电容,当信号频率低于其自谐振频率时呈容性,当信号频率高于其自谐振频率时呈感性。
ESR是描述电容内部电阻的,纯粹的容性负载是不消耗功率的,而由于ESR的存在,电容就会做功,从而导致温度上升,0.1uF ESR内部电路较小,电容做功小,不会对电路温度影响。
尺寸
在实际电路中设计中,我们还需要去考虑负载电容的尺寸,0.1uF电容的各种封装尺寸都有,能够更好地适配PCB的尺寸,不用占用太多空间。
因此,在电子电路设计中,旁路电容是一种不可或缺的电子元器件,它能够用于电源滤波,0.1uF的电容是最常用的旁路电容之一,它的电容值大小合适、成本低廉,而且经过实际验证,具有良好的频率响应特性,成为了电路设计中的理想选择。在很多电路设计中,特别是芯片附件都需要放置0.1uF的电容。