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电容在电脑板卡中的几个作用

2019-01-24 10:14:30    1127次浏览

现在关于电脑板卡中电容的重要性大家也有所了解了。但是,电容在电脑板卡中到底起了一些什么作用呢?恐怕很多人都不是很了解。这里,我用几个电路图简单说一下电容的几个作用——储能、滤波、耦合、退耦。

1、储能

基本电路如下图:

储能,顾名思义就是能量的储存。这种电路通常是用于电源供应电路的输入端,例如我们的PC电源里的那两个(或一个)高压电容就是这个作用。

PC电源的输入端是由市电交流电经过整流电路(俗称硅桥的,实际上就是4个二极管)整流而来,基本电压波形如上图的左下部分。而这个电压又是供应给后面的开关电路的,电流的波形大致如上图的右下部分,是一个一个的方波脉冲。

这么看起来,在开关电源的输入端,电压的波形和电流的波形差别非常大,这种情况导致的后果一是开关电路不能正常工作,二是脉冲电流反串入电网,对其它用电器件造成不良影响。要解决这个矛盾,最简单的方法就是在输入端并上一个储能的电容。当输入端电压升高时,电容储能;输入端电压下降时,开关电路的电压就由电容来供给,这样开关电路就有了一个比较稳定的能量供应,而开关电路的开关动作也不至于造成输入端的电流突变了。

当然,简单的电容储能效果是有限的,在高端电源中要使用到主动式PFC电路来进一步改善储能的效果,这些就不详细介绍了。

2、滤波

基本电路如下:

滤波电容主要是用于各个电源供应电路的输出端。例如CPU附近的那些电解电容就是这个作用。

现在的电脑板卡使用的电源电路基本上都是开关电源,它们的输出是一个个的方波脉冲,需要经过电容(通常还要配合电感)的滤波之后才能成为CPU、显示芯片、内存芯片等等器件可以使用的稳定的直流电源。

电容滤波的原理,学过高中物理的应该都能理解,我也就不多做解释了。

3、耦合

基本电路如下:

电容耦合电路主要用于一些处理模拟信号的场合,比如显卡的显示输出、声卡的音频输出和输入等等。因为用电容耦合方波信号容易发生波形畸变,所以数字信号基本上不会采用电容耦合。

在音频电路等模拟电路中,要求传输的信号是“纯粹的交流信号”,也就是一个信号周期内电压关于时间的积分要为0(用通俗的话讲就是平均电压等于0),而在信号传输过程中往往会由于元件参数随温度变化等等原因使得信号当中混入了直流成分,这些直流信号如果一起进入下一级的话,就会影响下一级的工作状态,严重的会导致信号失真甚至元件损坏。要阻止这种情况,比较简单的方法就是使用电容耦合,因为直流信号是无法通过电容的,这就能滤除掉信号中的直流成分,只保留纯粹的交流信号。

4、退耦

基本电路如下:

退耦电路其实跟前面所说的滤波电路非常类似,只是应用的场合不同而已。退耦电容在电脑板卡上的数量相当多,我们在显卡上、内存槽附近以及CPU上所能见到的那些米粒大小的贴片元件,就有很大一部分都是退耦电容。

退耦电容的作用是什么呢?我们知道,数字电路是用电平的不同来表示“0”和“1"的,例如高于1V的电平为1,低于0.5V的电平为0。那么为了确定某一个脉冲电平是1还是0,或者是无效(介于0.5V与1V之间),我们就需要一个1V的电压和一个0.5V的电压作为参考电平来与这个脉冲进行比较。而这些参考电平要求非常精确、稳定,这样才能保证电路对于脉冲信号判断的准确性。

在电脑中,这些参考电平都是通过一些稳压电路来产生的,但因为稳压电路与高频的数字电路共用电源,且相距很近,难免会有一些杂波通过电源或是通过感应而混进来,从而影响参考电平的稳定性。解决的方法就是使用一个电容,让杂波通过电容滤除掉,避免它耦合到数字电路内,而只让纯净的直流信号通过。

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