等效串聯(lián)電阻

1、ESR、濾波-去耦-旁路電容、上-下拉電阻、ESL、肖特基二極管ESR是 等效串連電阻”。理論上，電容白身不會(huì)產(chǎn)生任何能量損失， 但實(shí)際上因制造電容的材料有電阻， 電容的絕緣介質(zhì)有損耗，這個(gè)損 耗在外部，表現(xiàn)為就像一個(gè)電阻跟電容串連在一起， 所以就起了個(gè)名 字叫做 等效串連電阻”。我們認(rèn)為電容上面電壓不能突變，當(dāng)突然對(duì) 電容施加一個(gè)電流，電容因?yàn)榘咨沓潆?，電壓?huì)從0開始上升。但是 有了 ESR,電阻白身會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓降，這就導(dǎo)致了電容器兩端的電 壓會(huì)產(chǎn)生突變。無(wú)疑的，這會(huì)降低電容的濾波效果，所以很多高質(zhì)量 的電源都使用低ESR的電容器。在振蕩電路等場(chǎng)合，ESR也會(huì)引起 電路在功能上發(fā)生變化，引起

2、電路失效甚至損壞等嚴(yán)重后果。所以在 多數(shù)場(chǎng)合，低ESR的電容，往往比高ESR的有更好的表現(xiàn)。比如在 穩(wěn)壓電路中，有一定ESR的電容，在負(fù)載發(fā)生瞬變的時(shí)候，會(huì)立即 產(chǎn)生波動(dòng)而引發(fā)反饋電路動(dòng)作，這個(gè)快速的響應(yīng)，以犧牲一定的瞬態(tài) 性能為代價(jià)，獲取了后續(xù)的快速調(diào)整能力，尤其是功率管的響應(yīng)速度 比較慢，并且電容器的體積/容量受到嚴(yán)格限制的時(shí)候。這種情況見 于一些使用mos管做調(diào)整管的三端穩(wěn)壓或者相似的電路中。 這時(shí)候， 太低的ESR反而會(huì)降低整體性能。ESR是等效 串連”電阻，意味著 將兩個(gè)電容串連，會(huì)增大這個(gè)數(shù)值，而并聯(lián)則會(huì)減少之。實(shí)際上，需要更低ESR的場(chǎng)合更多，而低ESR的大容量電容價(jià)格相對(duì)昂貴，

3、 所以很多開關(guān)電源采取的并聯(lián)的策略，用多個(gè) ESR相對(duì)高的鋁電解 并聯(lián)，形成一個(gè)低ESR的大容量電容。犧牲一定的PCB空間，換來(lái)器件成本的減少，很多時(shí)候都是劃算的。和 ESR類似的另外一個(gè)概 念是ESL ,也就是等效串聯(lián)電感。早期的卷制電容經(jīng)常有很高的ESL , 而且容量越大的電容，ESL一般也越大。ESL經(jīng)常會(huì)成為ESR的一 部分，并且ESL也會(huì)引發(fā)一些電路故障，比如串連諧振等。但是相 對(duì)容量來(lái)說，ESL的比例太小，出現(xiàn)問題的幾率很小，再加上電容制 作工藝的進(jìn)步，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸忽略 ESL,而把ESR作為除容量之外 的主要參考因素了。 由ESR引發(fā)的電路故障通常很難檢測(cè)，而且 ESR的影響也很

4、容易在設(shè)計(jì)過程中被忽視。簡(jiǎn)單的做法是，在仿真 的時(shí)候，如果無(wú)法選擇電容的具體參數(shù)，可以嘗試在電容上人為串連 一個(gè)小電阻來(lái)模擬ESR的影響，通常的，鋰電容的 ESR通常都在 100毫歐以下，而鋁電解電容則高于這個(gè)數(shù)值，有些種類電容的ESR 甚至?xí)哌_(dá)數(shù)歐姆。 ESR值與紋波電壓的關(guān)系可以用公式V=R(ESR) X表示。這個(gè)公式中的V就表示紋波電壓，而 R表示電容 的ESR , I表示電流?？梢钥吹?，當(dāng)電流增大的時(shí)候，即使在ESR保持不變的情況下，紋波電壓也會(huì)成倍提高。濾波電容用在電源整流電路中，用來(lái)濾除交流成分。使輸出的直 流更平滑。去耦電容用在放大電路中不需要交流的地方， 用來(lái)消除白 激，使放

5、大器穩(wěn)定工作。旁路電容用在有電阻連接時(shí)，接在電阻兩端使交流信號(hào)順利通過。去耦電容主要是去除高頻如RF信號(hào)的干擾，干擾的進(jìn)入方式是 通過電磁輻射。而實(shí)際上，芯片附近的電容還有蓄能的作用，這是第二位的。從微觀來(lái)看，高頻器件在工作的時(shí)候，其電流是不連續(xù)的，而且頻率很高，而器件 VCC到總電源有一段距離，即便距離不長(zhǎng)，在頻率很高的情況下，阻抗Z= i*wL+R ,線路的電感影響也會(huì)非常大， 會(huì)導(dǎo)致器件在需要電流的時(shí)候，不能被及時(shí)供給。而去耦電容可以彌 補(bǔ)此不足。這也是為什么很多電路板在高頻器件 VCC管腳處放置小 電容的原因之一。（在vcc引腳上通常并聯(lián)一個(gè)去藕電容，這樣交流 分量就從這個(gè)電容接地。）

6、有源器件在開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲將 沿著電源線傳播。去耦電容的主要功能就是提供一個(gè)局部的直流電源 給有源器件，以減少開關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地。旁路電容和去耦電容的區(qū)別去耦:去除在器件切換時(shí)從高頻器件進(jìn)入到配電網(wǎng)絡(luò)中的 RF能 量。去耦電容還可以為器件供局部化的 DC電壓源，它在減少跨板浪 涌電流方面特別有用。旁路：從元件或電纜中轉(zhuǎn)移出不想要的共模 RF能量。這主要是 通過產(chǎn)生AC旁路消除無(wú)意的能量進(jìn)入敏感的部分， 另外還可以提供 基帶濾波功能（帶寬受限）。在電源和地之間連接著去耦電容，它有三個(gè)方面的作用：一是作 為本集成電路的蓄能電容；二是濾除該器件產(chǎn)生的高頻噪聲，切斷其 通過供

7、電回路進(jìn)行傳播的通路；三是防止電源攜帶的噪聲對(duì)電路構(gòu)成 干擾。在電子電路中，去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用， 電 容所處的位置不同，稱呼就不一樣了。對(duì)于同一個(gè)電路來(lái)說，旁路電容是把輸入信號(hào)中的高頻噪聲作為濾除對(duì)象， 把前級(jí)攜帶的高頻雜波 濾除，而去耦電容也稱退耦電容，是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象。去耦電容用在放大電路中不需要交流的地方，用來(lái)消除白激，使放大器穩(wěn)定工作。旁路電容用在有電阻連接時(shí)，接在電阻兩端使交流信號(hào)順利通 過。電解電容的作用是過濾掉電流中的低頻信號(hào)，但即使是低頻信 號(hào)，其頻率也分為了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。因此為了適合在不同頻率下使用， 電解電容也分為高頻電容和低頻電容（這里的

8、高頻是相對(duì)而言）。低頻濾波電容主要用于市電濾波或變壓器整流后的濾波，其工作頻率與市電一致為50Hz ;而高頻濾波電容主要工作在開關(guān)電源整流后的濾 波，其工作頻率為幾千 Hz到幾萬(wàn)Hz。當(dāng)我們將低頻濾波電容用于 高頻電路時(shí)，由于低頻濾波電容高頻特性不好，它在高頻充放電時(shí)內(nèi) 阻較大，等效電感較高。因此在使用中會(huì)因電解液的頻繁極化而產(chǎn)生 較大的熱量。而較高的溫度將使電容內(nèi)部的電解液氣化，電容內(nèi)壓力升高，最終導(dǎo)致電容的鼓包和爆裂。上拉電阻：1、當(dāng)TTL電路驅(qū)動(dòng)COMS電路時(shí)，如果TTL電路輸出的高電 平低于COMS電路的最低高電平（一般為3.5V ），這時(shí)就需要在TTL 的輸出端接上拉電阻，以提高輸出

9、高電平的值。2、OC門電路必須加上拉電阻，提周電平值。3、為加大輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力，（單片機(jī)較常用）4、在COMS芯片上，為了防止靜電造成損壞，不用的管腳不能懸空，一般接上拉電阻產(chǎn)生降低輸入阻抗，提供泄荷通路。5、芯片的管腳加上拉電阻來(lái)提高輸出電平，從而提高芯片輸入 信號(hào)的噪聲容限增強(qiáng)抗干擾能力。6、提局總線的抗電磁干擾能力。管腳懸空就比較容易接受外界 的電磁干擾。7、長(zhǎng)線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加上下拉電阻 是電阻匹配，有效的抑制反射波干擾。上拉電阻阻值的選擇原則包括：1、從節(jié)約功耗及芯片的灌電流能力考慮應(yīng)當(dāng)足夠大；電阻大，電流小。2、從確保足夠的驅(qū)動(dòng)電流考慮應(yīng)當(dāng)足夠??；電阻小，

10、電流大。3、對(duì)于高速電路，過大的上拉電阻可能邊沿變平緩。綜合考慮以上三點(diǎn)，通常在1k到10k之間選取。對(duì)下拉電阻也有類似道理。對(duì) 上拉電阻和下拉電阻的選擇應(yīng)結(jié)合開關(guān)管特性和下級(jí)電路的輸入特 性進(jìn)行設(shè)定，主要需要考慮以下幾個(gè)因素：1. 驅(qū)動(dòng)能力與功耗的平衡。上拉電阻越小，驅(qū)動(dòng)能力越強(qiáng)，但 功耗越大。2. 下級(jí)電路的驅(qū)動(dòng)需求。當(dāng)輸出高電平時(shí)，開關(guān)管斷開，上拉 電阻應(yīng)適當(dāng)選擇以能夠向下級(jí)電路提供足夠的電流。3. 高低電平的設(shè)定。不同電路的高低電平的門檻電平會(huì)有不同，電阻應(yīng)適當(dāng)設(shè)定以確保能輸出正確的電平。當(dāng)輸出低電平時(shí)，開關(guān)管 導(dǎo)通，上拉電阻和開關(guān)管導(dǎo)通電阻分壓值應(yīng)確保在零電平門檻之下4. 頻率特性。

11、上拉電阻和開關(guān)管漏源級(jí)之間的電容和下級(jí)電路 之間的輸入電容會(huì)形成 RC延遲，電阻越大，延遲越大。下拉電阻的設(shè)定的原則和上拉電阻是一樣的。OC門輸出高電平時(shí)是一個(gè)高阻態(tài)，其上拉電流要由上拉電阻來(lái) 提供，設(shè)輸入端每端口不大于100uA,設(shè)輸出口驅(qū)動(dòng)電流約500uA, 標(biāo)準(zhǔn)工作電壓是5V,輸入口的高低電平門限為0.8V（低于此值為低電 平）；2V（高電平門限值）。選上拉電阻時(shí)：500uA x 8.4K= 4.2即選大于8.4K時(shí)輸出端能下 拉至0.8V以下，此為最小阻值，再小就拉不下來(lái)了。如果輸出口驅(qū) 動(dòng)電流較大，則阻值可減小，保證下拉時(shí)能低于0.8V即可。當(dāng)輸出高電平時(shí)，忽略管子的漏電流，兩輸入口

12、需 200uA,200uA x15K=3V 即上拉電阻壓降為3V,輸出口可達(dá)到2V,此阻值為最大阻值，再大 就拉不到2V 了。選10K可用。設(shè)計(jì)時(shí)管子的漏電流不可忽略，IO 口實(shí)際電流在不同電平下也 是不同的，上述僅僅是原理，一句話概括為：輸出高電平時(shí)要喂飽后 面的輸入口，輸出低電平不要把輸出口喂撐了 （否則多余的電流喂給 了級(jí)聯(lián)的輸入口，高于低電平門限值就不可靠了）在數(shù)字電路中不用的輸入腳都要接固定電平，通過1k電阻接高電平或接地。上拉就是將不確定的信號(hào)通過一個(gè)電阻嵌位在高電平！ 電阻同時(shí) 起限流作用。下拉同理！對(duì)于非集電極（或漏極）開路輸出型電路（如 普通門電路）提升電流和電壓的能力是有限

13、的， 上拉電阻的功能主要是為集電極開路輸出型電路輸出電流通道。 當(dāng)一個(gè)接有上拉電阻的端 口設(shè)為輸如狀態(tài)時(shí)，他的常態(tài)就為高電平，用于檢測(cè)低電平的輸入。 上拉電阻是用來(lái)解決總線驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)提供電流的。一般說法是拉電流，下拉電阻是用來(lái)吸收電流的，即灌電流在一個(gè)大的電容上還并聯(lián)一個(gè)小電容的原因：大電容由于容量 大，所以體積一般也比較大，且通常使用多層卷繞的方式制作，這就 導(dǎo)致了大電容的分布電感比較大（也叫等效串聯(lián)電感ESL）。電感對(duì)高頻信號(hào)的阻抗是很大的，所以大電容的高頻性能不好。而一些小容 量電容則剛剛相反，由于容量小，因此體積可以做得很小（縮短了引 線，就減小了 ESL,因?yàn)橐欢螌?dǎo)線也可以看成是

14、一個(gè)電感），而且常 使用平板電容的結(jié)構(gòu)，這樣小容量電容就有很小ESL這樣它就具有了很好的高頻性能，但由于容量小的緣故，對(duì)低頻信號(hào)的阻抗大。所 以，如果我們?yōu)榱俗尩皖l、高頻信號(hào)都可以很好的通過，就采用一個(gè) 大電容再并上一個(gè)小電容的方式。常使用的小電容為0.1uF的瓷片電容，當(dāng)頻率更高時(shí)，還可并聯(lián)更小的電容，例如幾pF,幾百pF的。 而在數(shù)字電路中，一般要給每個(gè)芯片的電源引腳上并聯(lián)一個(gè) 0.1uF的 電容到地（這個(gè)電容叫做退耦電容，當(dāng)然也可以理解為電源濾波電容， 越靠近芯片越好），因?yàn)樵谶@些地方的信號(hào)主要是高頻信號(hào)，使用較 小的電容濾波就可以了肖特基二極管又稱肖特基勢(shì)壘二極管（簡(jiǎn)稱 SBD ）,它

15、屬一種低 功耗、超高速半導(dǎo)體器件。最顯著的特點(diǎn)為反向恢復(fù)時(shí)間極短（可以 小到幾納秒），正向?qū)▔航祪H0.4V左右。其多用作高頻、低壓、大 電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護(hù)二極管，也有用在微波通信等肖 特基二極管，它屬一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件。電路中作整流二 極管、小信號(hào)檢波二極管使用。在通訊電源、變頻器等中比較常見。RC慮波電路中的電阻R主要起到隔離輸入和輸出端的作用。 輸 入端和輸出端的波形是不一樣的。 輸入端帶有高頻信號(hào)，輸出端不能 有高頻信號(hào)，所以需要串這個(gè)電阻來(lái)隔離。沒錯(cuò)，電流會(huì)減小，但是 我們關(guān)鍵是要濾波，不是為了提高負(fù)載電流。如果沒有這個(gè)電阻，輸 入端和輸出端就完全連到一起了，

16、濾波器就不起作用了。RF射頻就是射頻電流，它是一種高頻交流變化電磁波的簡(jiǎn)稱。 每秒變化小于1000次的交流電稱為低頻電流，大于10000次的稱為 高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流。級(jí)聯(lián)就是串聯(lián)，堆疊就是并聯(lián)三態(tài)門電路的一種狀態(tài)，其他兩個(gè)狀態(tài)是低電平，高電平，這兩個(gè) 是工作狀態(tài).而處在高阻態(tài)的三態(tài)門是與總線隔離開的，這樣總線可以 同時(shí)被其他電路占用.看是什么單片機(jī)了，義隆的EM系列懸空是相當(dāng)于接高電平的， 不過最好不要懸空，會(huì)不穩(wěn)定，最好是要么接地要么接高電平0歐姆電阻作用大概有以下幾個(gè)功能： 做為跳線使用。這樣既美觀，安裝也方便。 在數(shù)字和模擬等混合電路中，往往要求兩個(gè)地分開，并且單點(diǎn)連接。我們可以用一個(gè)0歐的電阻來(lái)連接這兩個(gè)地，而不是直接連 在一起。這樣做的好處就是，地線被分成了兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，在大面積鋪銅 等處理時(shí)，就會(huì)方便得多。附帶提示一下，這樣的場(chǎng)合，有時(shí)也會(huì)用 電感或者磁珠等來(lái)連接。 做保險(xiǎn)絲用。由于PCB上走線的熔斷電流較大，如果發(fā)生短 路過流等故障時(shí)，彳艮難熔斷，可能會(huì)帶來(lái)更大的事故。由于0歐電阻 電流承受能