負(fù)載電容的作用及選擇

電容作為常用的器件，隨著應(yīng)用逐漸廣泛，電容的子類型也越來越多，比如耦合電容、固定電容、可變電容等等。為增進(jìn)大家對(duì)電容的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)負(fù)載電容、負(fù)載電容分類、負(fù)載電容的作用以及負(fù)載電容的選擇予以介紹。如果你對(duì)電容具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、負(fù)載電容是什么

負(fù)載電容是指晶振的兩條引線連接IC塊內(nèi)部及外部所有有效電容之和，可看作晶振片在電路中串接電容。

負(fù)載頻率不同決定振蕩器的振蕩頻率不同。標(biāo)稱頻率相同的晶振，負(fù)載電容不一定相同。因?yàn)槭⒕w振蕩器有兩個(gè)諧振頻率，一個(gè)是串聯(lián)揩振晶振的低負(fù)載電容晶振：另一個(gè)為并聯(lián)揩振晶振的高負(fù)載電容晶振。所以，標(biāo)稱頻率相同的晶振互換時(shí)還必須要求負(fù)載電容一致，不能冒然互換，否則會(huì)造成電器工作不正常。把電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能的裝置叫做負(fù)載。電動(dòng)機(jī)能把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，電阻能把電能轉(zhuǎn)換成熱能，電燈泡能把電能轉(zhuǎn)換成熱能和光能，揚(yáng)聲器能把電能轉(zhuǎn)換成聲能。電動(dòng)機(jī)、電阻、電燈泡、揚(yáng)聲器等都叫做負(fù)載。晶體三極管對(duì)于前面的信號(hào)源來說，也可以看作是負(fù)載。對(duì)負(fù)載最基本的要求是阻抗匹配和所能承受的功率。

負(fù)載是指連接在電路中的電源兩端的電子元件。電路中不應(yīng)沒有負(fù)載而直接把電源兩極相連，此連接稱為短路。常用的負(fù)載有電阻、引擎和燈泡等可消耗功率的元件。不消耗功率的元件，如電容，也可接上去，但此情況為斷路。

二、負(fù)載分類

感性負(fù)載：即和電源相比當(dāng)負(fù)載電流滯后負(fù)載電壓一個(gè)相位差時(shí)負(fù)載為感性（如負(fù)載為電動(dòng)機(jī);變壓器;）

容性負(fù)載：即和電源相比當(dāng)負(fù)載電流超前負(fù)載電壓一個(gè)相位差時(shí)負(fù)載為容性（如負(fù)載為補(bǔ)償電容）

阻性負(fù)載：即和電源相比當(dāng)負(fù)載電流負(fù)載電壓沒有相位差時(shí)負(fù)載為阻性（如負(fù)載為白幟燈;電爐）

容性負(fù)載，即具有電容的性質(zhì)，（充放電，電壓不能突變）;感性負(fù)載，即具有電感的性質(zhì)，（磁場(chǎng)，電流不能突變）;混聯(lián)電路中容抗比感抗大，電路呈容性反之為感性。

三、負(fù)載電容的作用

晶體的特性類似電感，它在加電壓后會(huì)產(chǎn)生機(jī)械彎曲，然后在斷電時(shí)彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力釋放產(chǎn)生電能，這時(shí)所產(chǎn)生的電能在放進(jìn)電容之后，就會(huì)存放起來。這時(shí)彎曲恢復(fù)成正常時(shí)，電容中的電能就會(huì)作用到晶振上，利用電路捕獲這個(gè)釋放時(shí)間，并正反饋它，以相同極性和電容一起送進(jìn)晶振，加強(qiáng)它的彎曲，重復(fù)剛才的過程。即，由電容和晶振構(gòu)成類似LC電路。

晶振所需要外接的電容，也是使晶振兩端的等效電容（電路之間的分布電容）等于負(fù)載電容，負(fù)載就是晶振起振的電容，這時(shí)候電容的作用就很明顯了，充電，晶振起振。負(fù)載電容很重要，決定著晶振是否可以在產(chǎn)品中正常起振工作。

如果在選購晶振時(shí)，最好把所需的負(fù)載電容等重要參數(shù)，也跟采購說明放一起;那么采購在晶振選型過程中，會(huì)減少很多選型彎路。晶振的負(fù)載不能確認(rèn)的話，電容很難匹配，起振電容無法充電放電，晶振也就起振不了;當(dāng)分布電容與晶振電容值是相等時(shí)，就可以讓晶振發(fā)出諧振頻率了。電容大小能影響晶振頻率的穩(wěn)定度和相位，越小價(jià)格也會(huì)越高。所以這個(gè)負(fù)載還決定著這個(gè)其晶振本身的一個(gè)價(jià)格。

四、如何選擇負(fù)載電容

振蕩電路中的負(fù)載電容是保證石英晶體精度的最重要的數(shù)值之一。同時(shí)它也是振蕩電路設(shè)計(jì)過程中最常見的錯(cuò)誤原因之一。因此，為電路選擇合適的晶振負(fù)載電容十分關(guān)鍵！

大多數(shù)石英晶體用于皮爾斯振蕩電路，因此，需要兩個(gè)外部電容器。現(xiàn)在可能會(huì)出現(xiàn)問題，如何為這兩個(gè)電容器選擇正確的值？

第一個(gè)常見的誤解是晶體數(shù)據(jù)表上的負(fù)載電容直接確定了兩個(gè)電容器的所需值。這意味著如果晶體的負(fù)載電容為20pF，則兩個(gè)電容都需要為20pF。然而，這是不正確的，這會(huì)導(dǎo)致頻率偏移。

另一個(gè)誤解是晶體數(shù)據(jù)表上的負(fù)載電容需要等于兩個(gè)電容的總和。如果我們使用具有20pF晶振的相同示例，這意味著兩個(gè)電容器都需要為10pF。然而，這也是不正確的。在大多數(shù)情況下，即使負(fù)載電容錯(cuò)誤，晶體也會(huì)在電路中工作，但是頻率會(huì)發(fā)生偏移，這可能會(huì)導(dǎo)致其他問題。由于上述關(guān)于負(fù)載電容的兩個(gè)假設(shè)都是錯(cuò)誤的。

正確的方法是需要考慮電路中的所有電容。因此，不僅要考慮這兩個(gè)電容，還必須考慮單片機(jī)的輸入輸出電容和所有雜散電容。這一切共同形成了負(fù)載電容?，F(xiàn)在最大的問題是，如果沒有實(shí)際電路，就不可能知道或確定雜散電容。

因此，在PCB設(shè)計(jì)期間，您必須只猜測(cè)雜散電容，然后再檢查最終電路是否頻率在容差范圍內(nèi)。皮爾斯振蕩電路中典型的雜散電容在3pF到7pF之間。

另一個(gè)建議是選擇Ca和Cb具有相似的值，或者至少彼此相距不遠(yuǎn)。這將防止意外的頻移和其他干擾。如果Ca和Cb不應(yīng)該相等，則Ca應(yīng)該小于Cb。