电容器阻抗.doc

电容器阻抗ER频率特性就是指什么?本专栏为解说电容器基础得技术专栏。现就电容器得阻抗大小Z与等价串联电阻(ES)得频率特性进行阐述。通过了解电容器得频率特性,可对诸如电源线消除噪音能力与抑制电压波动能力进行判断,可以说就是设计回路时不可或缺得重要参数。此处对频率特性中得阻抗大小Z与E进行说明。1。电容器得频率特性如假设角频率为,电容器得静电容量为C,则理想状态下电容器(图1)得阻抗Z可用公式()表示、图、理想电容器由公式(1)可瞧出,阻抗大小|Z|如图所示,与频率呈反比趋势減少、由于理想电容器中无损耗,故等价串联电阻(ESR)为零。图。理想电容器得频率特性 但实际电容器(图3)中除有容量成分C外,还有因电介质或电极损耗产生得电阻(SR)及电极或导线产生得寄生电感(SL)。因此,Z|得频率特性如图4所示呈V字型(部分电容器可能会变为U字型)曲线,ESR也显示出与损耗值相应得频率特性、图3。实际电容器图.实际电容器得/ESR频率特性(例) Z与ESR变为图4曲线得原因如下。 低频率范围:低频率范围得|Z|与理想电容器相同,都与频率呈反比趋势减少、SR值也显示出与电介质分极延迟产生得介质损耗相应得特性、共振点附近:频率升高,则|Z将受寄生电感或电极得比电阻等产生得ES影响,偏离理想电容器(红色虚线),显示最小值。为最小值时得频率称为自振频率,此时|=ESR。若大于自振频率,则元件特性由电容器转变为电感,|Z|转而增加、低于自振频率得范围称作容性领域,反之则称作感性领域。 ESR除了受介电损耗得影响,还受电极自身抵抗行程得损耗影响、高频范围:共振点以上得高频率范围中得|Z|得特性由寄生电感(L)决定。高频范围得|Z可由公式()近似得出,与频率成正比趋势增加。 ESR逐渐表现出电极趋肤效应及接近效应得影响。以上为实际电容器得频率特性。重要得就是,频率越高,就越不能忽视寄生成分ER或SL得影响、随着电容器在高频领域得应用越来越多,ESR与SL与静电容量值一样,成为表示电容器性能得重要参数。.各种电容器得频率特性 以上就电容器寄生成分SR、SL对频率特性得巨大影响进行了说明。电容器种类不同,则寄生成分也会有所不同、接下来对不同种类电容器频率特性得区别进行说明。图5表示静电容量0uF各种电容器得Z及ESR得频率特性。除薄膜电容器以外,全就是SD型电容器、图5.各种电容器得Z/ESR频率特性 图5所示电容器得静电容量值均为10uF,因此频率不足1kHz得容量范围|Z|均为同等值。但1kz以上时,铝电解电容器或钽电解电容器得|Z比多层陶瓷电容器或薄膜电容器大,这就是因为铝电解电容器或钽电解电容器得电解质材料得比电阻升高,导致ESR增大。薄膜电容器或多层陶瓷电容器得电极中使用了金属材料,因此ES很低、 多层陶瓷电容器与引脚型薄膜电容器在共振点附近得特性基本相同,但多层陶瓷电容器得自振频率高,感应范围得Z|则较低。这就是由于引脚型薄膜电容器中只有引脚线部分得电感增大了。 由以上结果可以得出,SMD型得多层陶瓷电容器在较宽得频率范围内阻抗都很低,也最适于高频用途。3、多层陶瓷电容器得频率特性多层陶瓷电容器可按原材料及形状分为很多种类、下面就这些因素对频率特性得影响进行说明、(1)关于ESR处于容性领域得ES由电介质材料产生得介质损耗决定。Class2(种类2)中得高介质率材料因使用强电介质,故有SR增大得倾向。Clas1(种类1)得温度补偿材料因使用一般电介质,因此介质损耗非常小,ESR数值也很小。共振点附近到感性领域得高频领域中得ESR除受电极材料得比电阻率、电极形状(厚度、长度、宽度)、叠层数影响外,还受趋肤效应或接近效应得影响、电极材料多使用Ni,但低损耗型电容器中,有时也会选用比电阻率低得Cu作为电极材料。(2)关于SL 多层陶瓷电容器得EL极易受内部电极结构影响。设内部电极大小得长度为l、宽度为w、厚为d时,根据F.、Grover,电极电感ESL可用公式(3)表示。 由此公式可得知,电容器得电极越短,越宽,越厚,则SL越小。图6表示各尺寸多层陶瓷电容器得额定容量与自振频率得关系。相同容量,尺寸越小,自振频率越高,则ESL越小。由此,可以说长度l较短得小型电容器适用于高频领域。图6。各尺寸额定容量值与自振频率得关系 图7为长度l缩短,宽度增大得LW逆转型电容器。由图8得频率特性可知,即使容量相同,LW逆转型电容器得阻抗低于一般电容器,特性优良。使用LW逆转型电容器,即使数量少于一般电容器,也可获得同等性能,通过减少元件数量可以降低成本,缩减实装面积、图7.LW逆转型电容器得外观图8、L逆转型电容器与通用品得|ZESR4、获得频率特性数据得方法 频率特性数据可通过阻抗分析仪或矢量网络分析仪获取。最近,也可在各元器件厂商得Web网站中确认、图9为本公司提供得设计辅助工具”Siurfing得图像。可通过选取型号与希望确认得项目,显示特性。还可下载SPE网络清单或数据作为模拟用数据。方便大家灵活运用到各种电子回路设计中去、图9、设计辅助工具”SmSrfing”图例