電子學基礎知識思維導圖詳解二:電容(二)

2)微分器(高通濾波器)

上次介紹了電容的基本知識和RC電路中的積分器,今天來複習一下RC電路中的另一個電路微分器。

先看一下以下電路:

電子學基礎知識思維導圖詳解二:電容(二)

這裡我省去了複雜的公式推導(有興趣深入研究的可自己推導,理解歐姆定律的奧妙),用spice模擬來看傳輸特性一下:

電子學基礎知識思維導圖詳解二:電容(二)

時間常數RC=10k*100nf=1ms,從上圖可以看出在一個時間常數電壓下降到37%Vin。這個電路常用在mcu的復位應用上,即

高電平復位電路

如果在這個電路輸入一個脈衝訊號,Vout會是什麼樣的,下面看一下spice模擬圖

電子學基礎知識思維導圖詳解二:電容(二)

我們給電路加入了一個5V,脈寬50ms,週期100ms的脈衝,透過該電路後的波形如上圖,我們可以看到這個電路(

微分電路)檢測出了脈衝訊號的前沿和後沿

上圖的波形如果出現在你所設計的訊號上,那麼意味著一個方波被容性耦合到你所關心的訊號通路上,意味著這個訊號通路上缺少一個電阻負載,如果不是這種情況,就需要減少訊號通路的源電阻。

以上從時域分析了微分電路,下來我們看看頻域上這個電路的特性,我們還是模擬一下

電子學基礎知識思維導圖詳解二:電容(二)

我們看到在低於截止頻率的訊號衰減很大,而高於截止頻率的訊號基本無衰減,所以這個電路我們也稱為

高通濾波器

。這個截止頻率和RC低通濾波器一樣為

電子學基礎知識思維導圖詳解二:電容(二)

3)電容的頻率特性(自諧振頻率)

實際中使用的電容並不是理想電容,如果是

理想電容,根據電容阻抗公式(見上節)可知電容阻抗與頻率成反比

。而實際電容等效模型如下(這是一個諧振電路,後面詳細介紹)

電子學基礎知識思維導圖詳解二:電容(二)

這是他的頻率特性曲線如下

電子學基礎知識思維導圖詳解二:電容(二)

上圖是村田GRM系列47uf電容的頻率特性,從上圖看到在頻率<0。5MHz之前其頻率特性曲線與理想電容頻率特性曲線相同,在0。5MHz~0。8MHz特性曲線阻抗急速下降,偏離了理想電容特性曲線這時是ESR其主導作用,在0。8MHz處阻抗最低,該點頻率即為電容的

自諧振頻率

;當頻率>0。8MHz,阻抗成線性上升(理想電感的頻率特性曲線)。這下我們明白,頻率小於自諧振頻率是容性主導,大於自諧振頻率是感性主導。這是濾波電容選擇的一個依據之一。用上圖電容去濾10MHz頻率的訊號是不合適的。