负载电容的作用及选择

电容作为常用的器件，随着应用逐渐广泛，电容的子类型也越来越多，比如耦合电容、固定电容、可变电容等等。为增进大家对电容的认识，本文将对负载电容、负载电容分类、负载电容的作用以及负载电容的选择予以介绍。如果你对电容具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、负载电容是什么

负载电容是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电容之和，可看作晶振片在电路中串接电容。

负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同。标称频率相同的晶振，负载电容不一定相同。因为石英晶体振荡器有两个谐振频率，一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振：另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。所以，标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一致，不能冒然互换，否则会造成电器工作不正常。把电能转换成其他形式的能的装置叫做负载。电动机能把电能转换成机械能，电阻能把电能转换成热能，电灯泡能把电能转换成热能和光能，扬声器能把电能转换成声能。电动机、电阻、电灯泡、扬声器等都叫做负载。晶体三极管对于前面的信号源来说，也可以看作是负载。对负载最基本的要求是阻抗匹配和所能承受的功率。

负载是指连接在电路中的电源两端的电子元件。电路中不应没有负载而直接把电源两极相连，此连接称为短路。常用的负载有电阻、引擎和灯泡等可消耗功率的元件。不消耗功率的元件，如电容，也可接上去，但此情况为断路。

二、负载分类

感性负载：即和电源相比当负载电流滞后负载电压一个相位差时负载为感性（如负载为电动机;变压器;）

容性负载：即和电源相比当负载电流超前负载电压一个相位差时负载为容性（如负载为补偿电容）

阻性负载：即和电源相比当负载电流负载电压没有相位差时负载为阻性（如负载为白帜灯;电炉）

容性负载，即具有电容的性质，（充放电，电压不能突变）;感性负载，即具有电感的性质，（磁场，电流不能突变）;混联电路中容抗比感抗大，电路呈容性反之为感性。

三、负载电容的作用

晶体的特性类似电感，它在加电压后会产生机械弯曲，然后在断电时弯曲产生的应力释放产生电能，这时所产生的电能在放进电容之后，就会存放起来。这时弯曲恢复成正常时，电容中的电能就会作用到晶振上，利用电路捕获这个释放时间，并正反馈它，以相同极性和电容一起送进晶振，加强它的弯曲，重复刚才的过程。即，由电容和晶振构成类似LC电路。

晶振所需要外接的电容，也是使晶振两端的等效电容（电路之间的分布电容）等于负载电容，负载就是晶振起振的电容，这时候电容的作用就很明显了，充电，晶振起振。负载电容很重要，决定着晶振是否可以在产品中正常起振工作。

如果在选购晶振时，最好把所需的负载电容等重要参数，也跟采购说明放一起;那么采购在晶振选型过程中，会减少很多选型弯路。晶振的负载不能确认的话，电容很难匹配，起振电容无法充电放电，晶振也就起振不了;当分布电容与晶振电容值是相等时，就可以让晶振发出谐振频率了。电容大小能影响晶振频率的稳定度和相位，越小价格也会越高。所以这个负载还决定着这个其晶振本身的一个价格。

四、如何选择负载电容

振荡电路中的负载电容是保证石英晶体精度的最重要的数值之一。同时它也是振荡电路设计过程中最常见的错误原因之一。因此，为电路选择合适的晶振负载电容十分关键！

大多数石英晶体用于皮尔斯振荡电路，因此，需要两个外部电容器。现在可能会出现问题，如何为这两个电容器选择正确的值？

第一个常见的误解是晶体数据表上的负载电容直接确定了两个电容器的所需值。这意味着如果晶体的负载电容为20pF，则两个电容都需要为20pF。然而，这是不正确的，这会导致频率偏移。

另一个误解是晶体数据表上的负载电容需要等于两个电容的总和。如果我们使用具有20pF晶振的相同示例，这意味着两个电容器都需要为10pF。然而，这也是不正确的。在大多数情况下，即使负载电容错误，晶体也会在电路中工作，但是频率会发生偏移，这可能会导致其他问题。由于上述关于负载电容的两个假设都是错误的。

正确的方法是需要考虑电路中的所有电容。因此，不仅要考虑这两个电容，还必须考虑单片机的输入输出电容和所有杂散电容。这一切共同形成了负载电容。现在最大的问题是，如果没有实际电路，就不可能知道或确定杂散电容。

因此，在PCB设计期间，您必须只猜测杂散电容，然后再检查最终电路是否频率在容差范围内。皮尔斯振荡电路中典型的杂散电容在3pF到7pF之间。

另一个建议是选择Ca和Cb具有相似的值，或者至少彼此相距不远。这将防止意外的频移和其他干扰。如果Ca和Cb不应该相等，则Ca应该小于Cb。