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電容的頻率特性

 favinfeng 2014-08-09

電容的頻率特性  

2011-01-17 13:57:27|  分類: 模擬電路 |舉報 |字號 訂閱

當(dāng)頻率很高時,電容不再被當(dāng)做集總參數(shù)看待,寄生參數(shù)的影響不可忽略。寄生參數(shù)包括Rs,等效串聯(lián)電阻(ESR)和Ls等效串聯(lián)電感(ESL)。電容器實際等效電路如圖1所示,其中C為靜電容,1Rp為泄漏電阻,也稱為絕緣電阻,值越大(通常在GΩ級以上),漏電越小,性能也就越可靠。因為Pp通常很大(GΩ級以上),所以在實際應(yīng)用中可以忽略,Cda和Rda分別為介質(zhì)吸收電容和介質(zhì)吸收電阻。介質(zhì)吸收是一種有滯后性質(zhì)的內(nèi)部電荷分布,它使快速放電后處于開路狀態(tài)的電容器恢復(fù)一部分電荷。

    ESR和ESL對電容的高頻特性影響最大,所以常用如圖1(b)所示的串聯(lián)RLC簡化模型,可以計算出諧振頻率和等效阻抗:

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  圖1 去耦電容模型圖

去耦電容模型圖

  電容器串聯(lián)RLC模型的頻域阻抗圖如圖2所示,電容器在諧振頻率以下表現(xiàn)為容性;在諧振頻率以上時表現(xiàn)為感性,此時的電容器的去耦作用逐漸減弱。同時還發(fā)現(xiàn),電容器的等效阻抗隨著頻率的增大先減小后增大,等效阻抗最小值為發(fā)生在串聯(lián)諧振頻率處的ESR。

電容器串聯(lián)RLC模型的頻域阻抗圖

  圖2 電容器串聯(lián)RLC模型的頻域阻抗圖

  由諧振頻率式(4-8)可得出,容值大小和ESL值的變化都會影響電容器的諧振頻率,如圖3所示。由于電容在諧振點的阻抗最低,所以設(shè)計時盡量選用fR和實際工作頻率相近的電容。在工作頻率變化范圍很大的環(huán)境中,可以同時考慮一些fR較小的大電容與fR較大的小電容混合使用。

容值和ESL的變化對電容器頻率特性的影響

  圖3 容值和ESL的變化對電容器頻率特性的影響

除電阻外,電容(Capacitor)是第二種最常用的元件。電容的主要物理特征是儲存電荷。由于電荷的儲存意味著能的儲存,因此也可說電容器是一個儲能元件,確切的說是儲存電能。兩個平行的金屬板即構(gòu)成一個電容器。電容也有多種多樣,它包括固定電容,可變電容,電解電容,瓷片電容,云母電容,滌綸電容,鉭電容等,其中鉭電容特別穩(wěn)定。電容有固定電容和可變電容之分。固定電容在電路中常常用來做為耦合,濾波,積分,微分,與電阻一起構(gòu)成RC充放電電路,與電感一起構(gòu)成LC振蕩電路等??勺冸娙萦捎谄淙萘吭谝欢ǚ秶鷥?nèi)可以任意改變,所以當(dāng)它和電感一起構(gòu)成LC回路時,回路的諧振頻率就會隨著可變電容器容量的變化而變化。一般接受機電路就是利用這樣一個原理來改變接收機的接收頻率的。
所謂電容,就是容納和釋放電荷的電子元器件。電容的基本工作原理就是充電放電,
當(dāng)然還有整流、振蕩以及其它的作用。另外電容的結(jié)構(gòu)非常簡單,主要由兩塊正負電極和
夾在中間的絕緣介質(zhì)組成,所以電容類型主要是由電極和絕緣介質(zhì)決定的。電容的用途非常多,主要有如下幾種:
1.隔直流:作用是阻止直流通過而讓交流通過。
2.旁路(去耦):為交流電路中某些并聯(lián)的元件提供低阻抗通路。
3.耦合:作為兩個電路之間的連接,允許交流信號通過并傳輸?shù)较乱患夒娐?
4.濾波:這個對DIY而言很重要,顯卡上的電容基本都是這個作用。
5.溫度補償:針對其它元件對溫度的適應(yīng)性不夠帶來的影響,而進行補償,改善電路的穩(wěn)定性。
6.計時:電容器與電阻器配合使用,確定電路的時間常數(shù)。
7.調(diào)諧:對與頻率相關(guān)的電路進行系統(tǒng)調(diào)諧,比如手機、收音機、電視機。
8.整流:在預(yù)定的時間開或者關(guān)半閉導(dǎo)體開關(guān)元件。
9.儲能:儲存電能,用于必須要的時候釋放。例如相機閃光燈,加熱設(shè)備等等。(如今某些電容的儲能水平已經(jīng)接近鋰電池的水準(zhǔn),一個電容儲存的電能可以供一個手機使用一天。

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