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文檔簡介
1、實(shí)際電容的特性正確使用電容進(jìn)行電源退耦,必須了解實(shí)際電容的頻率特性。理想電容器在實(shí)際中是不存在的,這就是為什么經(jīng)常聽到“電容不僅僅是電容”的原因。實(shí)際的電容器總會存在一些寄生參數(shù),這些寄生參數(shù)在低頻時(shí)表現(xiàn)不明顯,但是高頻情況下,其重要性可能會超過容值本身。圖4是實(shí)際電容器的SPICE模型,圖中,ESR代表等效串聯(lián)電阻,ESL代表等效串聯(lián)電感或寄生電感,C為理想電容。
2、160; 圖4 電容模型等效串聯(lián)電感(寄生電感)無法消除,只要存在引線,就會有寄生電感。這從磁場能量變化的角度可以很容易理解,電流發(fā)生變化時(shí),磁場能量發(fā)生變化,但是不可能發(fā)生能量躍變,表現(xiàn)出電感特性。寄生電感會延緩電容電流的變化,電感越大,電容充放電阻抗就越大,反應(yīng)時(shí)間就越長。等效串聯(lián)電阻也不可消除的,很簡單,因?yàn)橹谱麟娙莸牟牧喜皇浅瑢?dǎo)體。討論實(shí)際電容特性之
3、前,首先介紹諧振的概念。對于圖4的電容模型,其復(fù)阻抗為: (公式3)當(dāng)頻率很低時(shí), 遠(yuǎn)小于 ,整個(gè)電容器表現(xiàn)為電容性,當(dāng)頻率很高時(shí), 大于 ,電容器此時(shí)表現(xiàn)為電感性,因此“高頻時(shí)電容不再是電容”,而呈現(xiàn)為電感。當(dāng) 時(shí), ,此時(shí)容性阻抗矢量與感性阻抗之差為0,電容
4、的總阻抗最小,表現(xiàn)為純電阻特性。該頻率點(diǎn)就是電容的自諧振頻率。自諧振頻率點(diǎn)是區(qū)分電容是容性還是感性的分界點(diǎn),高于諧振頻率時(shí),“電容不再是電容”,因此退耦作用將下降。因此,實(shí)際電容器都有一定的工作頻率范圍,只有在其工作頻率范圍內(nèi),電容才具有很好的退耦作用,使用電容進(jìn)行電源退耦時(shí)要特別關(guān)注這一點(diǎn)。寄生電感(等效串聯(lián)電感)是電容器在高于自諧振頻率點(diǎn)之后退耦功能被消弱的根本原因。圖5顯示了一個(gè)實(shí)際的0805封裝0.1uF陶瓷電容,其阻抗隨頻率變化的曲線。圖5 電容阻抗特性電容的自諧振頻率值和它的電容值及等效串聯(lián)電感值有關(guān),使用時(shí)可查看器件手冊,了解該項(xiàng)參數(shù),確定電容的有效頻率范圍。下面列出了AVX生產(chǎn)
5、的陶瓷電容不同封裝的各項(xiàng)參數(shù)值。封裝 ESL(nH) ESR(歐姆)0402 0.4 0.06 0603 0.5 0.0980805
6、 0.6 0.0791206 1 0.121210 0.9 &
7、#160; 0.121812 1.4 0.2032220 1.6 0.285電容的等效串聯(lián)電感和生產(chǎn)工藝和封裝尺寸有關(guān),同一個(gè)廠家的同種封裝尺寸的電容,其等效串聯(lián)電感基本相同。通常小封裝的電容等效串聯(lián)電感更低,寬體封裝的電容比窄體封裝的電容
8、有更低的等效串聯(lián)電感。既然電容可以看成RLC串聯(lián)電路,因此也會存在品質(zhì)因數(shù),即Q值,這也是在使用電容時(shí)的一個(gè)重要參數(shù)。電路在諧振時(shí)容抗等于感抗,所以電容和電感上兩端的電壓有效值必然相等,電容上的電壓有效值UC=I*1/C=U/CR=QU,品質(zhì)因數(shù)Q=1/CR,這里I是電路的總電流。電感上的電壓有效值UL=LI=L*U/R=QU,品質(zhì)因數(shù)Q=L/R。因?yàn)椋篣C=UL 所以Q=1/CR=L/R。電容上的電壓與外加信號電壓U之比UC/U=(I*1/C)/RI=1/CR=Q。電感上的電壓與外加信號電壓U之比UL/U=LI/RI=L/R=Q。從上面分析可見,電路的品質(zhì)因數(shù)越高,電感或電容上的電壓比外加電壓越高。圖6 Q值的影響Q值影響電路的頻率選擇性。當(dāng)電路處于諧振頻率時(shí),有最大的電流,偏離諧振頻率時(shí)總電流減小。我們用I/I0表示通過電容的電流與諧振電流的比值,即相對變化率。 表示頻率偏離諧振頻率程度。圖6顯示了I/I0與 關(guān)系曲線。這里有三條曲線,對應(yīng)三個(gè)不同的Q值,其中有Q1>Q2>Q3。從圖中可看出當(dāng)外加信號頻率偏離電路的諧振頻率0時(shí),I/I0均小于1。Q值越高
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