旁路电容和去偶电容Bypass and Decouple

http://www.electro-labs.com/bypass-capacitors-why-and-how-to-use-them/

你一定听说过在电路中的旁路现象。但是，我们还没有有效的知识关于如何应用这种技术在电路中。在这个讲座中，我们将讨论旁路电容，为什么我们需要使用以及怎么使用旁路电容。

什么是旁路电容？

  1.滤除掉交流信号，除去噪声。2.提供一个直流信号。起这两个作用的电容被称作旁路电容。如下图所示

为什么使用旁路电容？

在电子世界中，大部分电路是数字的使用直流信号。很显然，电压的变化会引发电路运行的问题。电路可能由于电压波动的问题工作的不正常。在实际的电路中，电压的波动通常是由AC器件引起的。AC信号可以加载在DC信号上造成噪声。因此，旁路电容是用来在全频率范围内抑制AC或者噪声信号的。同时，它会防止共用同一个电压源的器件间不需要的信号的传递。

什么时候你需要旁路电容？

首先，在低频电路中可能不需要。但是，很多低频工作的器件包含高频单元。举个例子，一个MCU使用低频时钟，但是信号上升和下降的时候可能会有一些小问题，如果内部们电路的电源线没有合适的滤波。所以，你需要一个有合适数值的旁路电容去过滤电源线。

第二，你可能有这样的误解，只有数字器件需要旁路电容。但是旁路电容也会给模拟器件带来好处。在数字系统中，旁路电容控制快速的时序信号的上升和下降。相反的，模拟器件也可以建立这种能力，滤除掉电源线上的低频噪声，但是对于高频并不是很有作用。

旁路电容的类型

旁路电容通常由于高速信号环境中，这样它自身的寄生电感就是一个非常关键的参数了。如果，一个输出单元可以在电源线上产生非常高的频率噪声，大于100MHZ。一个寄生电感值高的电容对于噪声的谐波就像开路一样。应该防止这些谐波提供稳定的电流来保证电压稳定的作用一点也没有起到。所以，旁路电容需要很低的寄生电感。

表贴的陶瓷电容的寄生电感的典型值是0.5nH。同时，电解电容的寄生电感式15nH。通过计算大旁路电容的电感阻抗，我们可以观察到旁路电容的作用。

对于这个例子，我们已经观察到由于多个通道的开关导致的电压降低。因此，使用对的电容类型十分重要。上图就是陶瓷电容比电解电容更受欢迎的原因。电路只允许充电时有微不足道的内部电感。

如何选择旁路电容的电容值？

现在我们知道了为什么以及什么时候我们需要旁路电容，但是我们还是需要找到合适的数值对于特殊的器件。典型的数值是0.1uF和1uF。频率越高数值越小，频率越低数值越大。

最重要的参数对于选择合适的旁路电容是它提供连续电流的能力。对于选择电容值得大小，我们有如下的方法：

1.      电容值可以采用如下的公式计算

2.      另一个方法是计算出它的最大电流通过最大的电压变化率。最大的电压变化率通常由电容制造商给出。

如何使用旁路电容

旁路电容的数值取决于需要滤波的噪声的频率。所以，典型值为0.01uF和0.1uF应用在高频噪声和低电流的情况下：

但是，电源线可能有多个频率所以单个旁路电容可能不能起到作用。所以，一个旁路电容的网络就用来滤除很宽的频率。举例如下，C2滤除中频，C3滤除高频，C1滤除低频。

同样重要的是，旁路电容需要连接的尽可能靠近电源引脚，因为PCB上路径越长，寄生电感也大，同时降低了所能滤掉的最高频率。

旁路电容的应用实例

应用旁路可以不用更高电路中的其他元件。旁路电容只是简单的并联电源和地之间。

在以上给出的电路中，旁路电容用来保证发射极电压的稳定和保持电压增益。对于三极管的连接，iC随着iB 的升高升高，同时提高发射级的电压。这回降低VBE同时降低iC来阻挡发射级电压的升高。这里找个旁路电容用来从发射机分流找个信号到地。

后记：

从维基百科上可以看到，Bypass Capacitor是Decoupling Capacitor的另外一个名字。我倾向于这种方式。从本质上看，旁路电容是个噪声提供另外一个通路，作用就是去耦。网上看到很多种分类方式，我们不去争论他们分类方式的对错。

总之，从本文中希望你可以知道在应对信号线以及电源线上增加电容时，电容存在的意义以及如何选择电容值就好。