电源上并联大小电容,为啥经常是100倍关系?

原创 硬件微讲堂 2022-06-30 07:07

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上周发的关于并联电容的文章,虽然知识点很小,但阅读量和收藏量都比平时高。说明大家对这个知识点比较感兴趣。其实这个实习生问的问题比较多,今天再聊一个问题。


一道问题




如下图所示,先抛出来一道问题:“电源上并联10uF和0.1uF,正好是100倍关系。为什么不用1uF和0.1uF呢”。这个问题比较小众,面试中标的概率比较小,但实际使用时却经常用到。


隐秘的存在




说实话,刚开始听到这个问题,心里也是一激灵,这么隐秘的问题,居然也被这小伙子发现了,这小伙看问题的角度也太刁钻!但不可否认,这确实是一个不错的问题。


抱着解惑的心态,去网上搜了下,确实有一些关于这个问题的讨论。有的从滤波范围出发,有的从大小电容的高频和低频特性出发,有的是从特性阻抗出发,都有道理。


今天我们换个维度:谐振和反谐振点


仿真验证




了让我们的验证更有说服力,我们使用村田的在线仿真软件SimSurfing进行验证。


第一步:先搭个简单的滤波电路:0.1uF+10uF。


看下这个滤波电路的S21(插入损耗)曲线,如下图所示。


这个波形,读过前一篇文章的小伙伴肯定不陌生。不晓得有没有小伙伴疑问:为啥曲线是这个样子?


今天我们重点关注里面的谐振点和反谐振点,如下图所示:



谐振点,这个没啥说的。每个电容都有自己的谐振频率,早前的文章都说过。如下图所示,如果你看不懂,那需要麻烦你再仔细翻看下《用100nf电容给72Mhz时钟信号退耦合适么?》



可是,为什么会有反谐振?


当信号的工作频率出于两颗电容的谐振频率之间,在此频率下,谐振点1对应的电容表现为感性,谐振点2对应的电容表现为容性。这样,一个感性器件和一个容性器件并联,就形成了LC并联谐振电路。LC电路在某个频点上发生谐振,反谐振点就出现了。

搞清楚这个逻辑,我们就可以理解反谐振点出现的原因。


第二步:0.1uF+1uF。



再看下滤波电路的S21曲线。



相比10uF+0.1uF波形,从上图可以明显看出:

①谐振点和反谐振点更加聚集

S21值(插入损耗)整体(绝对值)偏小


透过现象看本质:

①谐振点和反谐振点聚集,说明该滤波器(1uF+0.1uF组合)的有效滤波频段比10uF+0.1uF窄,这并不是我们想要的设计。

根据前文的分析,根据滤波器阻抗失配的原则,在有效滤波频段范围内,S21值越大,滤波效果越好。这样,10uF+0.1uF组合的S21是优于1uF+0.1uF组合。


总   结




今天讨论的内容比较简单,知识点也比较小。


问题:电源上并联10uF和0.1uF,正好是100倍关系。为什么不用1uF和0.1uF呢?


针对该问题,我们进行如下阐述:

①明确了谐振点和反谐振点在S21曲线上对应的位置;

②明确了反谐振点出现的内在逻辑;

③对比了两组参数的S21曲线的差异点及差异背后的影响。


今天讨论的内容,并不是说一定要100倍关系(经验值),只是这样可以更好的滤波范围拉宽,把S21曲线拉下来。而今天讨论的方法只是分析这个问题的其中一个维度,还有其他解释方法,欢迎留言讨论,表达你自己的看法。


怎么样?一个简短的问题,给出的回答可浅可深。我的助攻只能到这里,能否晋升到陆地神仙境一剑开天门就看你的造化了!


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