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標題: 為什么說大電容濾低頻，小電容濾高頻呢？ [打印本頁]

作者: 2995139380 時間: 2019-9-10 19:50
標題: 為什么說大電容濾低頻，小電容濾高頻呢？
如題

作者: f556 時間: 2019-9-10 19:50
用圖來看看能否說清，很多人說過了，電容、電感、電阻都是并存的。是很正確的哲學、物理觀點，就象“世上沒有相同的兩片樹葉”、“任何物體在外力作用下都會發生彈性形變”。
越大的電容，特別是卷繞式的，引入的的電感越大。電容通交流，（頻率越高越容易通過）。電感阻交流，因為建立磁場，電壓升高，磁場增大時，增磁場反向電壓阻止電壓升高，也就是建立磁場需要時間。對于高頻，第一個正波（半周期）還沒通過完，馬上來第一個負波（下半周期），送到電感輸出端的電壓值小了很多,即阻止。電容建立電場是正負電荷集在極板上，有吸引力，建立的非�？�。可以理解在電壓升的開始，電容相當于連通，或者短路。
另外說一下，大電感同樣不適合阻高頻，因為匝間的分布電容反而造成不太能阻高頻（見圖3）。因而，就算是不考慮體積、成本原因，大電容、大電感要根據頻率選大至合適的值才是最好的，否則適得其反。

IMG_20190912_104353.jpg (105.68 KB, 下載次數: 102)

作者: 沒有你 時間: 2019-9-10 21:29
這個是由于實際電容的等效模型是電阻-電感-電容三個串聯起來的，大容量的電容，它的等效電感也比較大，但是自諧頻率相對較小，所以很適合過濾低頻信號；小容量的電容，它的等效電感很小，但是自諧頻率相對較大，所以很適合過濾高頻信號。

作者: 老愚童63 時間: 2019-9-10 21:30
因為大電容要獲得大容量一般都有多層結構，相應電感量也大一些，所以，對高頻信號的阻抗（感抗）也相對要大一些。而小電容的電感量相對要小的多，所以，適合高頻電流通過。

作者: csmyldl 時間: 2019-9-10 23:25
電容實際是一個儲能元件,高頻和低頻的區別是在單位時間內波形變化的快慢,一般電容是有電平時對它充電,當容量小時,容易充滿也容易泄掉(放電),高頻適合對小容量充放電,低頻適合對較大電容充放電,而電容的不斷充放電就相當于電容導通(有電流流過),所有小電容對高頻是一個通路,大電容對低頻是一個通路

作者: 老愚童63 時間: 2019-9-11 08:01

csmyldl 發表于 2019-9-10 23:25
電容實際是一個儲能元件,高頻和低頻的區別是在單位時間內波形變化的快慢,一般電容是有電平時對它充電,當容 ...

這個解釋有些勉為其難。電容充放電不是充滿后才放電，而是只要存在電壓差就會放電！所以，按照4樓的說法，大電容對高頻信號的濾波不會比小電容差！事實上，大電容與小電容對低，高頻的濾波是由于其構造不同導致的等效電感的差別！正是這個等效電感決定低，高頻信號的感抗差別！

作者: 老愚童63 時間: 2019-9-11 08:03
另外，在一個并聯回路中，大電容沒有充滿，并聯的小電容也不可能充滿！

作者: 老愚童63 時間: 2019-9-11 10:14
在回答這個問題前有必要回顧一下有關電抗的知識，感抗XL=2πfL 容抗Xc=1/2πfC。這個公式可以看出，感抗與電感量和頻率成正比，也就是電感越大，感抗越大！頻率越高，感抗越大！由于大電容的等效電感比較大，所以感抗大，對高頻信號的阻礙就大！高頻信號比較難通過，

作者: 慢慢思考 時間: 2019-9-11 16:25
這個說法本身就是有問題的。所謂濾波，就是指將送入的不穩定的電流，采取移峰填谷的方法，送出相對穩定的電流，所以，不管電容大小，都能起到對任何頻率的不穩定電流的平穩作用也就是濾波作用。
電學里，對于電容，有有關容抗與頻率的關系公式，在這個公式中，頻率與容抗是完全反比關系，這種反比關系，絲毫不受電容容量的影響。這對上一段話是一個理論上的證明。
所以，電學理論中，應該是小電流用小電容，大電流用大電容。之所以有時在大電容上并一個小電容用以濾高頻，那是電容器材料的問題。

作者: 創建新賬152165 時間: 2019-9-11 16:50
由于實際的電容存在電感效應，通常需要將一個電容等效為一個電容、一個電感和一個電阻的串聯形式，如下圖所示：所以，電容的實際阻抗為：由上式可得，當時，電容的實際阻抗值最小，此時的頻率成為電容的自諧振頻率，記為f0，當頻率大于f0時，實際電容呈現出容性阻抗，當頻率小于f0時，實際電容呈現出感性阻抗。電源濾波主要利用電容的隔直流、通交流的特性，干擾信號的頻率越靠近電容的自諧振頻率，干擾信號越容易被電容徹底過濾掉。大容值的電容通常具有較大的等效電感，因而其自諧振頻率較小，所以比較適合用于濾除低頻干擾噪聲；小容值的電容通常等效電感也較小，因此自諧振頻率較大，所以適合用于濾除高頻干擾噪聲。獨石電容、紙介電容、電解電容、低頻瓷介(也稱為鐵電電容)、滌綸電容(一般是容量較大，體積較小)，因介質損耗大，不適用于高、中頻電路，可用于低頻、電源濾波等電路中；云母電容、聚苯乙烯電容、高頻瓷介、空氣介質電容等(一般是容量較小，相對體積較大)，介質損耗小，適合在高頻、中頻電路中使用。

作者: 篤三信 時間: 2019-9-11 18:42
理論中電容的感抗公式：Z=1/JWC,即頻率越高，感抗越小，
實際由于制造工藝，存在漏電阻，Z=1/JWC+R
低頻時，R可以忽略，高頻時不能忽略。可以推出上面結論

作者: 老愚童63 時間: 2019-9-11 19:26

創建新賬152165 發表于 2019-9-11 16:50
由于實際的電容存在電感效應，通常需要將一個電容等效為一個電容、一個電感和一個電阻的串聯形式，如下圖所 ...

分析的有道理

作者: yzwzfyz 時間: 2019-9-11 22:14
都未說到點子上！
這與電容的制作及材料有關。
1、小電容濾高頻不一定正確，還取決于材料。
2、電容C=介電常數*極板面積/極板間距
大電容：受材料及耐壓的限制，介電常數、極板間距幾乎無法變動，只能增加極板面積，面積大了如何縮小體積呢？最簡單的方法就是卷繞（你可以拆一個電解電容看看），卷繞會產生電電感，于是想了一招，正繞一半反繞一半，以抵消電電感量，但畢竟太長，電感總是消除不了。
由于電感的存在，對于高頻自然呈現高阻的。這才是大容量電容無法濾除高頻的真正原因！
3、即使是小電容，只要是卷繞制成的，對高頻的濾波效果都不好！

作者: cphnkj188 時間: 2019-9-13 10:20
大電容和小電容的充放電時間不同，類似于大水塘和小淺坑，正好對應于低頻和高頻的濾波

作者: 51黑科技1314 時間: 2019-9-14 17:24
在電工基礎中，有一個公式Z=R+jωL+1/jωC=R+j(ωL-1/ωC)，當f=ω/2π=1/(2πsqrt(LC)) 時，電容大的實際阻抗值小，此時的頻率稱為電容的自諧振頻率，記為f0，當頻率大于f0時，電容實際呈現出容性阻抗，當頻率小于f0時，電容實際呈現出感性阻抗。電源濾波主要利用電容的隔直通交的特性，干擾信號的頻率越靠近電容的自諧振頻率，干擾信號越容易被電容徹底過濾掉。大容值的電容通常具有較大的等效電感，其自諧振頻率較小，所以比較適合用于濾除低頻干擾噪聲；小容值的電容通常等效電感也較小，其自諧振頻率較大，所以適合用于濾除高頻干擾噪聲。大容量的電容由于制造工藝限制存在比較大的電感，所以濾高頻波反而用小電容；濾低頻波用大電容主要是為了負載的電流足夠和紋波足夠小，如果不管這些，濾低頻波也可以用小電容。

作者: 老愚童63 時間: 2019-9-15 07:55

51黑科技1314 發表于 2019-9-14 17:24
在電工基礎中，有一個公式Z=R+jωL+1/jωC=R+j(ωL-1/ωC)，當f=ω/2π=1/(2πsqrt(LC)) 時，電容大的實際 ...

這個回答比較全面！但實際上，諧振頻率可以不計較。因為每一個電容的容量和制作工藝都不可能相同，所以，無法獲得準確的諧振頻率。通常我們只要考慮大電容的等效電感相對小電容來說要大的多，這樣對高頻信號的阻礙比較大就可以了。確實，如果不考慮儲能作用，小電容對低頻信號的濾除作用同樣比大電容要強！這也是很多優質功放使用多只電容并聯的方式濾波而沒有直接使用等容量的大電容的原意吧。因為電容并聯的同時，其等效電感同樣處于并聯狀態，電容并聯大容量增大，而電感并聯卻是電感量減�。�

作者: zlzfc 時間: 2019-9-15 11:10
沖放電的時間不一樣，對于高頻小電容充得快，電容兩端電壓變化大，而大電容還沒被充滿就開始放電，電容兩端電壓變化小。對于低頻通過小電容時會過沖，同樣無法通過。只頻率與電容加電阻組成的濾波器頻率相近的的電波才能通過

作者: LZF123456 時間: 2019-9-15 11:14
實際的電容由于存在電感效應通常需要等效成一個電容、一個電感和一個電阻的串聯形式，如下圖所示：

電源濾波主要利用電容的隔直流、通交流的特性，干擾信號的頻率越靠近電容的自諧振頻率，干擾信號越容易被電容徹底過濾掉。大容值的電容通常具有較大的等效電感，因而其自諧振頻率較小，所以比較適合用于濾除低頻干擾噪聲；小容值的電容通常等效電感也較小，因此自諧振頻率較大，所以適合用于濾除高頻干擾噪聲。

獨石電容、紙介電容、電解電容、低頻瓷介(也稱為鐵電電容)、滌綸電容(一般是容量較大，體積較小)，因介質損耗大，不適用于高、中頻電路，可用于低頻、電源濾波等電路中；云母電容、聚苯乙烯電容、高頻瓷介、空氣介質電容等(一般是容量較小，相對體積較大)，介質損耗小，適合在高頻、中頻電路中使用。

作者: GB_N 時間: 2019-12-14 17:12
一般的10PF左右的電容用來濾除高頻的干擾信號,0.1UF左右的用來濾除低頻的紋波干擾,還可以起到穩壓的作用濾波電容具體選擇什么容值要取決于你PCB上主要的工作頻率和可能對系統造成影響的諧波頻率，可以查一下相關廠商的電容資料或者參考廠商提供的資料庫軟件，根據具體的需要擇。至于個數就不一定了，看你的具體需要了，多加一兩個也挺好的，暫時沒用的可以先不貼，根據實際的調試情況再選擇容值。如果你PCB上主要工作頻率比較低的話，加兩個電容就可以了，一個慮除紋波，一個慮除高頻信號。如果會出現比較大的瞬時電流，建議再加一個比較大的鉭電容。
  其實濾波應該也包含兩個方面，也就是各位所說的大容值和小容值的，就是去耦和旁路。原理我就不說了，實用點的，一般數字電路去耦0.1uF即可，用于10M以下;20M以上用1到10個uF，去除高頻噪聲好些，大概按C=1/f 。旁路一般就比較的小了，一般根據諧振頻率一般為0.1或0.01uF。
  說到電容，各種各樣的叫法就會讓人頭暈目眩，旁路電容，去耦電容，濾波電容等等，其實無論如何稱呼，它的原理都是一樣的，即利用對交流信號呈現低阻抗的特性，這一點可以通過電容的等效阻抗公式看出來：Xcap=1/2лfC，工作頻率越高，電容值越大則電容的阻抗越小.。在電路中，如果電容起的主要作用是給交流信號提供低阻抗的通路，就稱為旁路電容;如果主要是為了增加電源和地的交流耦合，減少交流信號對電源的影響，就可以稱為去耦電容;如果用于濾波電路中，那么又可以稱為濾波電容;除此以外，對于直流電壓，電容器還可作為電路儲能，利用沖放電起到電池的作用。而實際情況中，往往電容的作用是多方面的，我們大可不必花太多的心思考慮如何定義。本文里，我們統一把這些應用于高速PCB設計中的電容都稱為旁路電容.
  電容的本質是通交流，隔直流，理論上說電源濾波用電容越大越好。但由于引線和PCB布線原因，實際上電容是電感和電容的并聯電路，(還有電容本身的電阻，有時也不可忽略)這就引入了諧振頻率的概念：ω=1/(LC)1/2在諧振頻率以下電容呈容性，諧振頻率以上電容呈感性。
  因而一般大電容濾低頻波，小電容濾高頻波。這也能解釋為什么同樣容值的STM封裝的電容濾波頻率比DIP封裝更高。
  至于到底用多大的電容，這是一個參考電容諧振頻率
  電容值          DIP (MHz) STM (MHz)
  1.0μF             2.5             5
  0.1μF             8             16
  0.01μF             25             50
  1000pF          80             160
  100 pF          250             500
  10 pF             800             1.6(GHz)
  不過僅僅是參考而已，用老工程師的話說——主要靠經驗。
  更可靠的做法是將一大一小兩個電容并聯，一般要求相差兩個數量級以上，以獲得更大的濾波頻段。一般來講，大電容濾除低頻波，小電容濾除高頻波。電容值和你要濾除頻率的平方成反比。

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