电容倍增器的等效电容计算

Tobey

电容倍增器的等效电容计算 [复制链接]

要设计个电源，想起早前标记的帖子--超低纹波线性稳压电源电路，其中提到了电容倍增器，，
维基的解释：（中文，英文）
电容倍增器只使用一个电容和放大器放大了电容的容量。它其实是一个虚拟电容，不过体积可以做的比同样大小的真电容更小。有了电容倍增器，有很多好处，不仅替代了很多需要使用大电容的场合，而且像只用模拟电路设计超低频滤波器、长延时电路也成为可能。而用真的电容去做这些是很困难的，往往体积庞大，而且巨大容量的电容难以买到。另外在需要低噪声直流供电的场合，可以用它当一个巨大的滤波电容，尤其是在带负载时能很好的抑制纹波噪声。

该电路的等效电容相当于C1的电容乘以三极管的电流增益(β)，效果相当于电容容量被三极管放大了β倍。 R1 与C1 是能过滤VS纹波的低通滤波器。 R1 不仅为C1提供充电电流，而且为三极管提供基极电流。R2是该电路的等效负载（暂时我们认为这是一个纯阻性负载）。假如没有三极管Q, 那么R2 就是电容C1最直接的负载，想要抑制纹波，C1必须非常非常大才可以扛得住R2吸走的电流。现在有了这个三极管Q, 那么负载从C1上吸走的电流就被巧妙地缩小了 β倍，换一句话来讲，就是 C1 的电容对于特定负载被放大了 β倍。 注意这不是一个稳压电路, 因为输出电压会由输入电压 VS的变化而变化。输出电压会比三极管基极电压低约0.65V,在带负载时能比VS 低 2到3 V。 如果R1和C1的值足够大，输出纹波能够降低到几乎可以忽略不计的水平。但是输出上升沿会变缓，具体表现在从零电压上升到工作电压时会变得十分缓慢 (尤其是带负载时),这是由于R1和C1很大的时间常数引起的。


帖子中的电路如图所示：

测试说明：
因为产品体积和对电源稳定度的高要求我在常规线性稳压电路前增设了一个预滤波电路，Q1，R14，C11组成了电容倍增器，实际相当于2法拉的电容滤波效果。实际在版测试Q1集电极处纹波2V左右，Q1发射极纹波2.543mV，电源电压抑制比20log(2/0.002543) = 57.913dB。预滤波后通过5V线性稳压器LM1086-5滤波稳压，输出电压5.001V，纹波5.4uV （总PSRR>111dB）。当然如果按照LM1086-5的68dB PSRR算理论纹波值应该是1uV，但考虑到器件及电路热噪声（镀银电路板，连接线为屏蔽多股银线）、空间辐射（已适当屏蔽）、万用表精度等这个结果应该说相当不错，做19位ADC参考电压都可以了。

想整明白上述等效电容２法拉是怎么计算出来的，，翻阅了所有回复～然并卵，各种谈论就是没有扯这个的

按照维基上的说明，Q1，R14，C11组成了电容倍增器，按照2n6043手册数据，

那么：
β = Ic/Ib = 8/0.12 = 66.6
C = 1000uF × β  = 66.6mF
上述电路是怎么等效为2F的？

maychang

这里的Ic、Ib是允许最大值，不是实际电路中的数值。你再仔细看看该管的datasheet，必有标注。

LeoMe

所以，这的东西能不能理解为一个由电压反馈的线性开关？说是电容倍增器，其实只是效果上等同那么大的电容，但是和电容滤波的原理好像截然不同

Tobey

maychang 发表于 2017-9-7 08:12
这里的Ic、Ib是允许最大值，不是实际电路中的数值。你再仔细看看该管的datasheet，必有标注。

嗯，谢谢！已经知道放大倍数在datasheet中不是通过这个参数算出来的了，，在datasheet中是用HFE表示的

xunke

小电流还可以，大电流时三极管功耗会很大。

Tobey

LeoMe 发表于 2017-9-7 08:52
所以，这的东西能不能理解为一个由电压反馈的线性开关？说是电容倍增器，其实只是效果上等同那么大的电容， ...

这里没有通断状态转换，不能理解为线性开关吧，，，我理解的就是，利用三极管的放大倍数，电容容量等效的扩大了β倍，从而达到了小电容实现大电容滤波的效果，，模拟学的不深，不知道这么推对不对：从Ib, Ic， β三者的关系来看，负载为定值Rload, 电压为定值Vo，则Ic固定，，，因此，原本C1需要提供Ic的电流给Rload，因为三极管的作用，此时只要C1能够提供Ic/β的电流（Ib）即可，，，结果就是，此电路中的C1的容量可以缩小β倍了，，，

Tobey

xunke 发表于 2017-9-7 11:17
小电流还可以，大电流时三极管功耗会很大。

嗯 不过用于AD的话一般没问题

LeoMe

Tobey 发表于 2017-9-7 23:12
这里没有通断状态转换，不能理解为线性开关吧，，，我理解的就是，利用三极管的放大倍数，电容容量等效的 ...

不好意思，我可能没表达清楚，我说的那个线性开关就是让开关元件工作在线性区，不知道这个叫法对不对

threetigher

LeoMe 发表于 2017-9-8 08:39 不好意思，我可能没表达清楚，我说的那个线性开关就是让开关元件工作在线性区，不知道这个叫法对不对

显然没有这个叫法。