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无源器件模型---电容

电容器在大多数系统中被广泛使用。 它们用于电源旁路、交流耦合、积分器、滤波等。但是,电容器并不是完美的组件。 它们中包含限制其用途的元素。 最显着的要素是真实电容、等效串联电阻 (ESR) 和等效串联电感 (ESL)。 正是 ESL 导致电容器停止在高频下表现得像真正的电容器,因为阻抗开始增加而不是继续减小。

当使用引线电容器而不是表面贴装技术 (SMT) 电容器时,这种 ESL 会变得复杂。 随着引线电感增加,高频阻抗限制也增加。 这种增加与引线电感的增加量成正比。 例如,如果上述示例的引线电感通过使用引线陶瓷电容器从 1nH 增加到 4nH,则由于 ESL 导致的阻抗增加了 4 倍。谐振频率也减少了增加的平方根,或 对于此示例,从 50MHz 到 25MHz 的系数为 2。 应该非常清楚,高频设计应避免使用任何带引线的设备。

还应该注意的是,当多个电容器并联放置时,可能会发生谐振,从而导致出现相对较高的阻抗。 如果这些谐振发生在信号频率或时钟频率,由于该谐振频率的高阻抗,电容器的影响基本上被抵消。 有时,应与其中一个电容器串联添加一个电阻器以抑制谐振效应。 此外,已经发现有时简单地移除并联电容器中的一个实际上可以改善系统,因为谐振被消除。

电容器的材质对电容器的特性影响很大。 使用最广泛的高频旁路电容器是陶瓷电容器。 这些通常分为以下等级,从最好的质量到最差的质量; COG(或 NPO)、X7R、Z5U 和 Y5V 等级。 等级的问题是每个等级的电容值在范围内是有限的。 例如,COG 通常限制在 1000pF 以下,而 Y5V 的值可高达 1μF。

COG 等级被认为具有最好的特性,因为它们的电容随温度的变化是最平坦的,具有最低的损耗因数 (DF)。 耗散因数是交流信号下电容器损耗的量度。 它是 ESR 与容抗的比值,以百分比表示。 其中 Y5V 电容值可以在 +22% 到 -82% 之间变化。 0.1μF Y5V 电容器随温度变化可能在 0.122μF 到 0.018μF 之间变化——这可能会引起一些严重的问题。

频率也对电容器有影响。 同样,COG (NPO) 电容器的最佳特性在 10MHz 时变化小于 0.1%。 X7R 和 Z5U 电容器在 100Hz 到 10MHz 范围内的变化幅度可达 +5% 到 -15%。电容器也随着施加在它们两端的电压而变化。 COG 电容器被认为对电压的影响可以忽略不计。 但是,Z5U 电容器在交流信号下的变化范围为 +20% 至 -30%,直流信号的变化范围为 0% 至 -60%。这应该表明,如果不使用 COG (NPO) 电容器,请确保选择的电容器用于 系统在温度、频率和电压范围内满足所需的电容值。

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  • dy-icXFVvIG 2021-12-14 15:52
    思路清晰,受益匪浅
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  • dy-FHED9mtt 2021-12-02 16:39
    学习了
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