电容的自谐振

电容器的自谐振
从理论上讲,理想的电容的容量越大,容抗就越小,滤波效果就越好。但是,电容都存在寄生电感( ESL),容量大的电容一般寄生电感也大,而且寄生电感与电容本身呈串联关系,于是串联自谐振就产生了。寄生电感越大,自谐振频率越低,对高频噪声的去耦效果也越差,甚至根本起不到去耦作用。元件的物理尺寸越大,自谐振点频率也越低。

实际上,所有的电容都包含一个LCR电路,这里L是和引线长度有关的电感、R是引线电阻、C是电容。图6-1是实际电容的示意图。

在谐振频率fo上,L和C串联将产生振荡,提供非常低的阻抗。在自谐振点以上的频率,电容的阻抗随感性的增加而增加,这时电容将不再起旁路和去耦的作用(图6-2)。因此,旁路和去耦受电容的引线电感(包括表贴的)及电容和元件间的布线的长度、通孔焊盘等的影响。
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谐振电路是一个选频网络,它允许高于或低于某个特定频率的频率通过。图6-3为串联谐振电路,串联LCR电路可使选定的频率通过(通过测量C)。


水封井串联RLC电路在谐振点处有如下特征:电容噪声
●等效阻抗最小;
●等效阻抗等于电阻;
●相位差为0;
●电流最大;
●能量转换(功率)最大。碳纤维尾翼

并联谐振电路取代串联电路为负载将拒绝被选定的频率。图6-4为并联RLC谐振电路,它的振荡频率和串联RLC电路的相同。

并联RLC电路在谐振点处有如下特征:
●等效阻抗最大;
●等效阻抗等于电阻;
●相位差为O;
●电流最小;
快开阀芯●能量转换(功率)最小。

选择电容时,并非取决于电容值的大小,而是电容的自谐振频率,并与逻辑电路和所用的时钟的频率相匹配。在自谐振频率以下电容表现为容性,在自谐振频率以上电容变为感性。当电容表现为感性时,实际上已经失去了电容应有的作用。表6-1显示了两种类型的瓷片电容的自谐振频率,一种是带有0. 25英寸引脚的,另一种是表贴的。

表贴电容的自谐振频率相对较高,当然在实际虚用中,它的连接线的寄生电感也会减小其原来的优势。表贴电容有较高的自谐振频率是因为小包装尺寸的径向的和轴向的电容的引线电感较小。据统计,不同封装尺寸的表贴电容,随着封装的引线电感的变化,它的自谐振频率的变化在±(2~5) MHz之内。

焙烧回转窑插件的电容只不过是表贴器件加上插脚引线的结果。对于典型的插件电容,它的引线的电感平均为2. 5nH/O. Olin。表贴电容的引线电感平均为InH。


综合以上所述可得,使用去耦电容最重要的一点就是电容的引线电感。表贴电容比插件电容高频时有很好的效能,就是因为它的引线电感很低。

既然电感是引起电容在自谐振频率以上失去其应有作用的主要因素,那么在实际电路应用中,必须将PCB中电容的连接线电感(包括过孔等)考虑进去。某些电路如果工作频率很高,而且频率要比电容在电路中呈现的自谐振频率范围高很多,那么就不能使用该电容。例如,一个0. 1VF-的电容不适合给100MHz有源晶振电源去耦,而0. OOlluF电容在不考虑实际引线、过孔的电感的情况下,就是一个很好的选择,这是因为100MHz及其谐波已经超过了0.lt.LF电容的谐振频率。射频应用中,一般选择瓷片电容。而在实践中,超小型聚酯或聚苯乙烯薄膜电容也是适用的,因为它们的尺寸与瓷片电容相当。三端电容因为电容引线电感极小,它可以将小瓷片电容频率范围从50MHz以下拓展到200MHz以上,这对抑制VHF频段的噪声是很有用的。要在VHF或更高的频段获得更好的滤波效果,特别是保护屏蔽体不被穿透,必须使用馈通电容,这也是三端电容的一种。

对于理想的平板电容,电流一律从一边流入另一边流出,电感几乎为零。这种情况下,平板电容在高频时仍然表现为容性,因此在多层板PCB设计时,电源层与地层之间形成的平板咆容对高频数字电路的高频去耦具有重要意义。PCB中电源层与地层之间形成的平板电容大小随着电源层与地层之间的距离减小而增加,而同时,随着电源层与地层面积的增大而增大。

本文发布于:2024-09-23 03:27:51,感谢您对本站的认可!

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