电容器的寄生作用与杂散电容
电容作用及工作原理

电容作用及工作原理
电容是一种电子元件,其主要作用是存储电荷和能量。
它的工作原理基于其结构特点和电场的作用。
电容由两个导体板(通常是金属板)和介质(通常是绝缘材料)组成。
当电容器接入电源时,导体板上会形成相等且相反的电荷,这是因为电场使得电子在导体板上分离出来。
两个导体板之间的介质阻止了电荷的直接流动,但却可以储存电荷。
当电源断开后,电容器仍然保持着储存的电荷和能量。
当电容器连接到电路中的其他元件时,存储的电荷会开始流动。
例如,当电容器连接到电压源时,电荷会从一个板经过电源进入另一个板,从而形成电流。
这种电流流动的速度取决于电容器的电容量和电路中的其他元件。
电容器的工作原理是基于电场力的作用。
电场是由电荷产生的力场,可以使得电荷在电场中运动。
当电源连接到电容器时,电场会导致电子在导体板上分离并储存电荷。
当电源断开后,储存的电荷仍然保持在导体板上。
当电容器连接到其他元件时,储存的电荷会开始流动,以平衡电场力。
这种电流的流动可以用来执行各种电路功能,如滤波、储能和信号传输。
总之,电容器的作用是存储电荷和能量。
它的工作原理基于电场的作用,通过将电荷分离并储存在导体板上来实现。
电容器在电子电路中扮演着重要的角色,广泛应用于各种电子设备和系统中。
电容器的工作原理

电容器的工作原理电容器是一种电子元件,它具有存储和释放电荷的能力。
它由两个导体板(通常是金属)和介质层组成,介质层在两个导体板之间绝缘,阻止电流直接流过电容器。
在本文中,我们将探讨电容器的工作原理以及其在电路中的应用。
一、电容器结构电容器的基本结构包括两个导体板和介质层。
导体板通常是金属片或箔,它们被平行地放置并保持一定距离。
介质层位于两个导体板之间,起到绝缘的作用。
常见的介质材料包括空气、瓷瓶、纸和塑料。
二、电容器的原理电容器的工作原理基于两个基本原理:电荷的积累和电场的形成。
1. 电荷的积累当将电容器连接到电源上时,正电荷将聚集在一个导体板上,而负电荷则聚集在另一个导体板上。
这是因为电荷在导体中自由移动,在接通电源时,电源的正极将导致一个导体板上的电子流向另一个导体板。
正负电荷的积累导致电容器具有电荷存储的能力。
2. 电场的形成电容器的两个导体板上的电荷产生一个电场。
当电压施加到电容器上时,电场会存储电能。
电荷在电场中经历势能的变化,当电容器充满电荷时,电场强度达到最大。
三、电容器在电路中的应用电容器在电路中有多种应用,包括滤波器、耦合器和定时电路。
1. 滤波器电容器可以用作滤波器,用于滤除电路中的杂散信号。
它们可以阻止低频信号通过,同时允许高频信号通过。
这在消除电源中的噪声或在音频电路中滤波时非常有用。
2. 耦合器电容器还可以用作耦合器,将一个电路的信号传递到另一个电路中。
它们可以阻断直流信号,只传递交流信号。
这对于将音频信号传输到扬声器或驱动器中非常重要。
3. 定时电路电容器的充放电特性使其成为定时电路中的重要元件。
通过改变电容器的充放电时间,可以控制电路的工作频率和周期。
这在应用领域中涉及到需要准确计时或频率控制的电路中非常有用。
结论电容器是一种重要的电子元件,具有存储和释放电荷的能力。
它们通过电荷的积累和电场的形成来工作。
在电路中,电容器可以用作滤波器、耦合器和定时电路,发挥各种重要的功能。
电容传感器寄生电容干扰的产生原因及消除方法

电容传感器寄生电容干扰的产生原因及消除方法分析了电容传感器寄生电容存在的主要原因,以及消除寄生电容干扰的几种方法:主要采用驱动电缆技术、运算放大器驱动技术、整体屏蔽技术、集成组合技术来减小寄生电容,以提高传感器的性能。
电容式传感器具有结构简单,灵敏度高,温度稳定性好,适应性强,动态性能好等一系列优点,目前在检测技术中不仅广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的测量,还可用于液位、压力、成份含量等热工方面的测量中。
但由于电容式传感器的初始电容量很小,一般在皮法级,而连接传感器与电子线路的引电缆电容、电子线路的杂散电容以及传感器内极板与周围导体构成的电容等所形成的寄生电容却较大,不仅降低了传感器的灵敏度,而且这些电容是随机变化的,使得仪器工作很不稳定,从而影响测量精度,甚至使传感器无法正常工作,所以必须设法消除寄生电容对电容传感器的影响。
以下对消除电容传感器寄生电容的几种方法进行分析。
增加初始电容值法采用增加初始电容值的方法可以使寄生电容相对电容传感器的电容量减小。
由公式C0=ε0·εr·A/d0可知,采用减小极片或极筒间的间距d0,如平板式间距可减小为0.2毫米,圆筒式间距可减小为0.15毫米;或在两电极之间覆盖一层玻璃介质,用以提高相对介电常数,通过实验发现传感器的初始电容量C0不仅显著提高了,同时也防止了过载时两电极之间的短路;另外,增加工作面积A或工作长度也可增加初始电容值C0。
不过,这种方法要受到加工工艺和装配工艺、精度、示值范围、击穿电压等的限制,一般电容的变化值在10-3~103pF 之间。
采用“驱动电缆”技术,减小寄生电容如图1所示:在压电传感器和放大器A之间采用双层屏蔽电缆,并接入增益为1的驱动放大器,这种接法可使得内屏蔽与芯线等电位,进而消除了芯线对内屏蔽的容性漏电,克服了寄生电容的影响,而内外层之间的电容Cx变成了驱动放大器的负载,电容传感器由于受几何尺寸的限制,其容量都是很小的,一般仅几个pF到几十pF。
电路中电容的作用

电路中电容的作用电容是电路中常见的一种元件,它的作用在电子电路中非常重要。
电容是一种可以存储电荷的元件,它由两个导体板之间夹着一个绝缘材料构成。
在电路中,电容器的两个导体板分别连接到电路的两个节点,当电容器充电时,电荷会被储存在导体板之间的绝缘材料中。
电容主要有以下几个作用。
首先,电容可以作为一种存储能量的元件。
当电容器充电时,电荷会被存储在电容器的绝缘层中,这个过程则是将电能转化为了储存的能量。
当需要释放这部分储存的能量时,电容器会通过释放内部的电荷,将存储的电能转化为其他形式的能量,如光能、热能等。
其次,电容可以用来实现电路中的滤波功能。
在电子电路中,尤其是用于信号处理的电路中,信号中常常存在一些不必要的高频噪声或者杂散信号。
为了减小或者消除这些噪声,可以在电路中加入适当的电容来实现滤波。
由于电容对于频率较高的信号有很低的阻抗,因此可以起到滤除高频信号的作用。
此外,电容还可以改变电路中的相位。
在交流电路中,电容对于交流信号有很低的阻抗,因此在交流电路中,电容可以作为一个纯电容来处理。
对于交流信号,电容会引起电路中信号的相位差,即信号的相位相对于电容前后会发生变化。
这个特性在电子电路设计中非常重要,可以用来控制信号的相位。
最后,电容也可以使电路中的电流平稳变化。
在电路中,电容可以稳定电流的变化,避免电流突变引起的问题。
尤其是在直流电源中,当直流电源的输出电流不能满足设备需要时,可以通过加入适当的电容,平稳地提供额外的电流。
总结一下,电容在电子电路中有多种作用。
它可以作为一种能量储存元件,实现电能的转化和释放;可以用来实现滤波,降低或者消除噪声和杂散信号;可以改变电路中信号的相位,控制信号的相位差;可以使电路中的电流平稳变化,避免电流突变引起的问题。
因此,电容在电子电路设计中起到了非常重要的作用。
各种电容的工作原理及应用

各种电容的工作原理及应用1. 电容的工作原理电容是一种存储电荷的器件,由两个平行的导体板(电极)组成,中间有绝缘材料(电介质)隔开。
电容器的工作原理基于电荷积累和电场的作用。
当电压施加在电容器的两个电极上时,电荷会在两个电极之间积累,并且会在电场的作用下产生电位差。
根据电容的式子Q=CV,其中C表示电容量,V表示电压,Q表示储存的电荷量。
可见,电容的工作原理与电荷的积累和储存有关。
2. 电容的应用2.1 电子电路中的应用电容在电子电路中有广泛的应用,以下是一些常见的应用场景:•滤波器:电容器可以被用作滤波器元件,根据电容对不同频率的电信号通过的特性,可以实现对电路中杂散噪声和干扰信号的滤波作用。
•隔直:电容器可以阻止直流信号通过,而对交流信号允许通过。
这一特性被广泛应用于直流电源隔直、交流信号的耦合等电路中。
•信号耦合:电容器可以用于两个电路之间的信号传递,使得低频信号通过,而阻断直流信号传递。
这样可以实现在不同电路之间的信号耦合,常见的应用是音频放大器中的输入和输出耦合。
•计时器:电容的充放电特性可以用于实现计时功能,例如在微控制器中使用RC电路实现简单的计时器。
•电源稳压:电容可以被用作电源稳压电路中的储能元件,通过电容的电荷积累,可以在短时间内提供额外的电流,保持电路工作的稳定性。
2.2 通信应用•天线调谐器:电容可以用于调谐天线的频率,使得天线能够接收到特定频率的无线信号。
•射频阻抗匹配:电容可以被用作射频电路中的阻抗匹配元件,确保信号的有效传输和匹配。
2.3 电力系统应用•电力电容器:电容器被广泛用于电力系统中,用于功率因数校正、电流稳定、电压调节等功能。
电容器可以通过吸收和释放电能来调整电力系统中的功率因数,提高电力系统的效率。
•气体绝缘电容器:气体绝缘电容器由两个金属电极和气体绝缘材料组成,主要用于高压和大容量的电力传输和电力系统中的电能储存。
3. 不同类型电容的应用3.1 陶瓷电容•应用场景:陶瓷电容器广泛用于电子电路中的耦合、绕组、隔直、滤波等应用场景。
不同电容器的用途

不同电容器的用途电容器是储存和释放电能的一种被广泛使用的电子元件。
它由两个导体(称为电极)之间的电介质隔开,可以在两个电极之间存储电荷。
电容器的用途非常广泛,几乎应用于各个领域。
下面将介绍一些不同电容器的用途。
1. 耦合和解耦电容器:这些电容器主要用于电子和通信领域,用于连接电路中的两个部分,以传递信号和保证信号的正确传输。
在耦合电容器中,当输入电流变化时,电容器会将变化传递到输出端口。
解耦电容器用于去除电源线中的噪声和干扰,使正常的电流通过。
2. 滤波电容器:滤波电容器用于滤除电路中的杂散信号和噪声,使电路中只保留所期望的信号。
它们被广泛应用于电源电路和音频放大器中,以确保输出信号的纯净和稳定。
3. 能量储存电容器:这种电容器通常具有大容量,用于储存大量电能,在需要时释放。
它们被用于电动车辆、太阳能光伏装置、风力发电机和其他可再生能源系统中。
能量储存电容器还用于供应备份电源,如UPS(不间断电源)和紧急照明系统。
4. 高频电容器:高频电容器通常具有较低的阻抗,用于在高频电路中提供电流和电压的耦合、解耦和滤波。
它们广泛应用于无线通信设备、射频功率放大器和微波电路等领域。
5. 开关电容器:这些电容器具有速度快、响应时间短的特点,主要用于开关电路和电容耦合交换器中,用于控制和改变电路中的电流和电压。
同时也广泛应用于电源管理和电子器件中。
6. 电动机启动电容器:这些电容器用于在电动机启动时提供较大的起始转矩。
它们通常与电动机并联连接,并在启动过程中通过存储电荷为电动机提供增加的电流和转矩。
7. 电力因数校正电容器:电力因数校正电容器用于改善电源系统中的功率因数,并提高能源利用效率。
它们被广泛应用于电网、工业设备和大型电气设备中,以减少能源浪费和电网负载。
8. 电子设备和电路的保护电容器:这些电容器用于保护电子设备和电路免受过压和过电流的损害。
它们能够吸收电路中的过电压和过流,以保护其他元件免受损坏。
这些电容器广泛应用于计算机、电话系统和其他电子设备中。
电容工作原理
电容工作原理电容是一种常见的电子元件,广泛应用于电路中。
它是由两个导体板(称为电极)之间夹着一层绝缘材料(称为电介质)构成的。
电容的工作原理涉及电荷的存储和释放,下面将详细介绍电容的工作原理。
1. 电容的结构电容由两个平行的金属板组成,中间夹有一层绝缘材料,如聚乙烯、聚丙烯等。
这层绝缘材料起到了隔离两个金属板的作用,防止电流直接通过。
两个金属板分别被称为正极板和负极板。
2. 电容的电荷存储当电容器接入电源时,电源的正极连接到正极板,负极连接到负极板。
在电源的作用下,正极板上的电子被吸引到负极板上,形成为了一个电场。
这个电场导致了正极板上的电荷增加,负极板上的电荷减少,从而在电容中存储了电荷。
3. 电容的电荷释放当电源断开后,电容器中的电荷不会即将消失。
由于绝缘材料的存在,电荷无法直接流动,因此电容器可以将电荷存储一段时间。
当需要释放电荷时,可以将电容器连接到一个电路中。
这时,存储在电容器中的电荷会流动,从而产生电流。
4. 电容的容量电容的容量是指在单位电压下,电容器可以存储的最大电荷量。
容量的单位是法拉(F)。
电容的容量与电容器的结构有关,普通来说,电容器的面积越大,电容的容量越大;电容器的电介质越薄,电容的容量越大。
5. 电容的应用电容器在电子电路中有广泛的应用。
例如,电容器可以用作滤波器,用于去除电路中的杂散信号;电容器还可以用作电源的稳压元件,平衡电压波动;此外,电容器还可以用于储能,例如电动汽车中的电池组。
总结:电容工作原理涉及电荷的存储和释放。
当电容器接入电源时,电荷被存储在电容器中;当电源断开后,电容器可以将存储的电荷释放出来。
电容的容量取决于电容器的结构,普通与电容器的面积和电介质的厚度有关。
电容器在电子电路中有广泛的应用,包括滤波、稳压和储能等方面。
杂散电感 电容
由电路中的导体如:连接导线、元件引线、元件本体等呈现出来的等效电感是杂散电感.
最近在测试电容时,发现电容器的感性对高频电路产生巨大的影响,那杂散电感和寄生电感的区别?
最佳答案检举
分布电容:必须注意到的是,不只是电容器中才具有电容,实际上两导体之间都存在电容。
例如,两根传输线之间,每跟传输线与大地之间,都是被空气介质隔开的,所以,也都存在着电容。
一般情况下,这个电容值很小,它的作用可忽略不计,如果传输线很长或所传输的信号频率高时,就必须考虑这电容的作用,另外在电子仪器中,导线和仪器的金属外壳之间也存在电容。
上述这些电容通常叫做分布电容,虽然它的数值很小,但有时却会给传输线路或仪器设备的正常工作带来干扰。
寄生的含义就是本来没有在那个地方设计电容,但由于布线构之间总是有互容,互感就好像是寄生在布线之间的一样,所以叫寄生电容。
寄生电容一般是指电感,电阻,芯片引脚等在高频情况下表现出来的电容特性。
实际上,一个电阻等效于一个电容,一个电感,和一个电阻的串连,在低频情况下表现不是很明显,而在高频情况下,等效值会增大,不能忽略。
在计算中我们要考虑进去。
ESL就是等效电感,ESR就是等效电阻。
不管是电阻,电容,电感,还是二极管,三极管,MOS管,还有IC,在高频的情况下我们都要考虑到它们的等效电容值,电感值。
电容原理特性及应用
电容原理特性及应用电容是一种能够存储电荷的被动元件,它广泛应用于电子电路中。
电容原理特性及应用如下:1. 电容原理特性:(1) 存储电荷:电容具有存储电荷的能力。
当电容两端施加电压时,电荷会在电容板之间积聚,形成电场。
根据电容的定义,电容器上存储的电荷量与电压成正比关系,即Q = CV,其中Q为电荷量,C为电容值,V为电压。
(2) 充放电能力:电容器可以存储电荷,并且能够通过充放电的方式释放或接收电荷。
当电容两端施加电压时,电容会逐渐充电,电容器上的电流按指数函数减小,直到达到与电源电压相等的稳态电荷量。
而当电源电压移除或逆向时,电容会放电,释放存储的电荷。
(3) 频率依赖性:电容器的阻抗与频率有关,阻抗与电容器的电容值成反比关系。
在低频下,电容器的阻抗非常大,近似于开路;而在高频下,电容器的阻抗非常小,近似于短路。
2. 电容应用:(1) 耦合电容:用于将不同阶段电路的直流分量隔离开来,只传递交流信号。
耦合电容通常连接在信号源和输入端之间,有效去除直流偏置。
(2) 滤波电容:用于滤除电路中的杂散噪声,通过将高频噪声短路,将交流信号通过。
滤波电容通常连接在电源电压线和地线之间,起到平滑电压的作用。
(3) 端子电容:用于提高电路对频率的响应,改变电路的传输特性。
端子电容通常连接在电路输入或输出端,起到通频带的作用。
(4) 多级耦合电容:用于提高放大器的低频响应,增加电路的放大增益。
多级耦合电容将多个放大器级联,通过耦合电容传递信号。
(5) 电源稳定电容:用于稳定电源电压,平衡瞬时负载变化。
电源稳定电容作为电源滤波器的一部分,保护电子元件免受电源电压的波动。
(6) 外箱电容:用于存储高压电荷,供激光器、脉冲电源等设备快速放电使用。
外箱电容容量大、电压高。
(7) 传感器:电容变化可以通过测量电容器两端的电势差来判断物理量的变化。
例如,湿度传感器中的电容变化可以反映空气中的湿度变化。
总结起来,电容具有存储电荷、充放电能力和频率依赖性等特性,广泛应用于耦合、滤波、放大、传感和稳压等领域。
运用自激法准确查找电容式电压互感器内部缺陷
创新观察—346—运用自激法准确查找电容式电压互感器内部缺陷张晓娜 闻 爽 杨 越 隋文秀 宣 旭(国网辽宁省电力有限公司检修分公司,辽宁 沈阳 110003)1前言CVT 主要由电容分压器和中压变压器组成。
电容分压器由瓷套和装在其中的若干串联电容器组成,瓷套内充满保持0.1MPa 正压的绝缘油,并用钢制波纹管平衡不同环境以保持油压,电容分压可用作耦合电容器连接载波装置。
中压变压器由装在密封油箱内的变压器,补偿电抗器和阻尼装置组成,油箱顶部的空间充氮。
一次绕组分为主绕组和微调绕组,一次侧和一次绕组间串联一个低损耗电抗器。
由于电容式电压互感器的非线性阻抗和固有的电容有时会在电容式电压互感器内引起铁磁谐振,因而用阻尼装置抑制谐振,阻尼装置由电阻和电抗器组成,跨接在二次绕组上,正常情况下阻尼装置有很高的阻抗,当铁磁谐振引起过电压,在中压变压器受到影响前,电抗器已经饱和了,只剩电阻负载,使振荡能量很快被降低。
可见CVT 已经在电力系统中占据了重要地位,它的稳定与否直接关系着电力系统的安全运行。
)《国家电网公司变电五项管理规定之检测细则》(试行)、《输变电设备状态检修试验规程》Q/GDW22-1002-2014规定,电容式电压互感器例行性试验项目为:分压电容器试验,极间绝缘电阻≥5000MΩ(注意值);电容量初值差≤±2%(警示值);介质损耗因数≤0.005(油纸绝缘)(注意值)或≤0.0025(膜纸复合绝缘)(注意值)。
二次绕组绝缘电阻≥10MΩ(注意值)。
同时规定,对于多节串联的CVT,应分节独立测量。
试验时按设备技术文件要求并参考电力行业DL/T474.3-2018现场绝缘试验实施导则.介质损耗因数tanδ试验标准进行。
1.1电容式电压互感器的典型原理接线图1.2测试中存在的问题电容式电压互感器分为两类:分装式和叠装式。
对于叠装式CVT 又有两种情况:一种是下节电容器的瓷套有中间电压引出端子,该端子是专供试验用的,另一种是无引出端子的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
问:我想知道如何为具体的应用选择合适的电容器,但我又不清楚许多不同种类的电容器有哪些优点和缺点?答:为具体的应用选择合适类型的电容器实际上并不困难。
一般来说,按应用分类,大多数电容器通常分为以下四种类型(见图14.1):·交流耦合,包括旁路(通过交流信号,同时隔直流信号)·去耦(滤掉交流信号或滤掉叠加在直流信号上的高频信号或滤掉电源、基准电源和信号电路中的低频成分)·有源或无源RC滤波或选频网络·模拟积分器和采样保持电路(捕获和储存电荷)尽管流行的电容器有十几种,包括聚脂电容器、薄膜电容器、陶瓷电容器、电解电容器,但是对某一具体应用来说,最合适的电容器通常只有一两种,因为其它类型的电容器,要么有的性能明显不完善,要么有的对系统性能有“寄生作用”,所以不采用它们。
问:你谈到的“寄生作用”是怎么回事?答:与“理想”电容器不同,“实际”电容器用附加的“寄生”元件或“非理想”性能来表征,其表现形式为电阻元件和电感元件,非线性和介电存储性能。
“实际”电容器模型如图14.2所示。
由于这些寄生元件决定的电容器的特性,通常在电容器生产厂家的产品说明中都有详细说明。
在每项应用中了解这些寄生作用,将有助于你选择合适类型的电容器。
图14.2 “实际”电容器模型问:那么表征非理想电容器性能的最重要的参数有哪些?答:最重要的参数有四种:电容器泄漏电阻RL(等效并联电阻EPR)、等效串联电阻(ESR)、等效串联电感(ESL)和介电存储(吸收)。
电容器泄漏电阻,RP:在交流耦合应用、存储应用(例如模拟积分器和采样保持器)以及当电容器用于高阻抗电路时,RP是一项重要参数,电容器的泄漏模型如图1 4.3所示。
图14.3 电容器的泄漏模型理想电容器中的电荷应该只随外部电流变化。
然而实际电容器中的RP使电荷以R C时间常数决定的速率缓慢泄漏。
电解电容器(钽电容器和铝电容器)的容量很大,由于其隔离电阻低,所以漏电流非常大 (典型值5~20nA/μF),因此它不适合用于存储和耦合。
最适合用于交流耦合及电荷存储的电容器是聚四氟乙烯电容器和其它聚脂型(聚丙烯、聚苯乙烯等)电容器。
等效串联电阻(ESR),R ESR :电容器的等效串联电阻是由电容器的引脚电阻与电容器两个极板的等效电阻相串联构成的。
当有大的交流电流通过电容器,R ESR 使电容器消耗能量(从而产生损耗)。
这对射频电路和载有高波纹电流的电源去耦电容器会造成严重后果。
但对精密高阻抗、小信号模拟电路不会有很大的影响。
R ESR 最低的电容器是云母电容器和薄膜电容器。
等效串联电感(ESL),L ESL :电容器的等效串联电感是由电容器的引脚电感与电容器两个极板的等效电感串联构成的。
像R ESR 一样,L ESL 在射频或高频工作环境下也会出现严重问题,虽然精密电路本身在直流或低频条件下正常工作。
其原因是用子精密模拟电路中的晶体管在过渡频率(transition freque ncie s)扩展到几百兆赫或几吉赫的情况下,仍具有增益,可以放大电感值很低的谐振信号。
这就是在高频情况下对这种电路的电源端要进行适当去耦的主要原因。
电解电容器、纸介电容器和塑料薄膜电容器不适合用于高频去耦。
这些电容器基本上是由多层塑料或纸介质把两张金属箔隔开然后卷成一个卷筒制成的。
这种结构的电容具有相当大的自感,而且当频率只要超过几兆赫时主要起电感的作用。
对于高频去耦更合适的选择应该是单片陶瓷电容器,因为它们具有很低的等效串联电感。
单片陶瓷电容器是由多层夹层金属薄膜和陶瓷薄膜构成的,而且这些多层薄膜是按照母线平行方式排布的,而不是按照串行方式卷绕的。
单片陶瓷电容的不足之处是具有颤噪声(即对振动敏感),所以有些单片陶瓷电容器可能会出现自共振,具有很高的Q值,因为串联电阻值及与其在一起的电感值都很低。
另外,圆片陶瓷电容器,虽然价格不太贵,但有时电感很大。
问:在电容器选择表中,我看到“损耗因数”这个术语。
请问它的含义是什么?答:好。
因为电容器的泄漏电阻、等效串联电阻和等效串联电感,这三项指标几乎总是很难分开,所以许多电容器制造厂家将它们合并成一项指标,称作损耗因数(disspat ion factor),或DF,主要用来描述电容器的无效程度。
损耗因数定义为电容器每周期损耗能量与储存能量之比。
实际上,损耗因数等于介质的功率因数或相角的余弦值。
如果电容器在关心频带范围的高频损耗可以简化成串联电阻模型,那么等效串联电阻与总容抗之比是对损耗因数的一种很好的估算,即DF≈ωR ESR C还可以证明,损耗因数等于电容器品质因数或Q值的倒数,在电容器制造厂家的产品说明中有时也给出这项指标。
介质吸收,R DA ,C DA :单片陶瓷电容器非常适用于高频去耦,但是考虑介质吸收问题,这种电容器不适用于采样保持放大器中的保持电容器。
介质吸收是一种有滞后性质的内部电荷分布,它使快速放电然后开路的电容器恢复一部分电荷,见图 14 4。
因为恢复电荷的数量是原来电荷的函数,实际上这是一种电荷记忆效应。
如果把这种电容器用作采样保持放大器中的保图14 4 介质吸收作用使电容器快速放电然后开路以恢复原来一部分电荷持电容器,那么势必对测量结果产生误差。
对于这种类型应用推荐的电容器,正如前面介绍的还是聚脂型电容器,即聚苯乙烯电容器、聚丙烯电容器和聚四氟乙烯电容器。
这类电容器介质吸收率很低(典型值<0 01%)。
常见电容器特性比较见表14 1。
关于高频去耦的一般说明:保证对模拟电路在高频和低频去耦都合适的最好方法是用电解电容器,例如一个钽片电容与一个单片陶瓷电容器相并联。
这样两种电容器相并联不但在低频去耦性能很好,而且在频率很高的情况下仍保持优良的性能。
除了关键集成电路以外,一般不必每个集成电路都接一个钽电容器。
如果每个集成电路和钽电容器之间相当宽的印制线路板导电条长度小于10cm,可在几个集成电路之间共用一个钽电容器。
关于高频去耦另一个需要说明的问题是电容器的实际物理分布。
甚至很短的引线都有不可忽视的电感,所以安装高频去耦电容器应当尽量靠近集成电路,并且做到引脚短,印制线路板导电条宽。
为了消除引脚电感,理想的高频去耦电容器应该使用表面安装元件。
只要电容器的引脚长度不超过15mm,还是选择末端引线电容器(wire ended capacitors)。
电容器的正确使用方法如图14 5所示。
(a) 正确方法 (b) 错误方法·使用低电感电容器(单片陶瓷电容器)·安装电容器靠近集成电路·使用表面安装电容器·短引脚、宽导电条图14 5 电容器的正确使用杂散电容前面我们已经讨论了电容器像元件一样的寄生作表14 1 各种电容器件性能比较表类型典型介质吸收优点缺点NPO陶瓷电容器吸收<0 1%外型尺寸小、价格便宜、稳定性好、电容值范围宽、销售商多、电感低通常很低,但又无法限制到很小的数值(10nF)聚苯乙烯电容器 0 001%~0 02%价格便宜、DA很低、电容值范围宽、稳定性好温度高于85°C,电容器受到损害、外形尺寸大、电感高聚丙烯电容器 0 001%~0 0 2%价格便宜、DA很低、电容值范围宽温度高于+105°C,电容器受到损害、外形尺寸大、电感聚四氟乙烯电容器 0 003%~ 0 02%DA很低、稳定性好、可在+125°C以上温度工作、电容值范围宽价格相当贵、外形尺寸大、电感高MOS电容器 0 01%DA性能好,尺寸小,可在+25°C以上温度工作,电感低限制供应、只提供小电容值聚碳酸酯电容器 0 1%稳定性好、价格低、温度范围宽外形尺寸大、DA限制到8位应用、电感高聚酯电容器 0 3%~0 5%稳定性中等、价格低、温度范围宽、电感低外形尺寸大、DA限制到8位应用、电感高单片陶瓷电容器(高k值)>0 2%电感低、电容值范围宽稳定性差、DA性能差、电压系数高云母电容器>0 003%高频损耗低、电感低、稳定性好、效率优于1%外形尺寸很大、电容值低(<10nF)、价格贵铝电解电容器很高电容值高、电流大、电压高、尺寸小泄漏大、通常有极性、稳定性差、精度低、电感性钽电解电容器很高尺寸小、电容值大、电感适中泄漏很大、通常有极性、价格贵、稳定性差、精度差用,下面让我们讨论一下称作“杂散”电容(stray capacitance)的另一种寄生作用。
问:什么是杂散电容?答:像平行板电容器一样,(见图14 6)不论什么时候,当两个导体彼此非常靠近 (尤其是当两个导体保持平行时),便产生杂散电容。
它不能不断地减小,也不能像法拉弟屏蔽一样用导体进行屏蔽。
C=0.0085×E R ×Ad其中:C=电容,单位pFE R =空气介电常数A=平行导体面积,单位mm 2d=平行导体间的距离,单位mm图14 6 平行板电容器模型杂散电容或寄生电容一般出现在印制线路板上的平行导电条之间或印制线路板的相对面上的导电条或导电平面之间,见图14 7。
杂散电容的存在和作用,尤其是在频率很高时,在电路设计中常常被忽视,所以在制造和安装系统线路板时会产生严重的性能问题,例如,噪声变大,频率响应降低,甚至使系统不稳定。
通过实例说明如何用上述电容公式计算印制线路板相对面上的导电条产生的杂散电容。
对于普通的印制线路板材料,E R =4 7,d=1 5mm,则其单位面积杂散电容为3pF/cm 2 。
在250MHz频率条件下,3pF电容对应的电抗为212 2Ω。
问:请问如何消除杂散电容?答:实际上从来不能消除杂散电容。
最好的办法只能设法将杂散电容对电路的影响减到最小。
问:那么应该如何减小杂散电容呢?答:减小杂散电容耦合影响的一种方法是使用法拉弟屏蔽(Faraday shield),它是在耦合源与受影响电路之间的一种简捷接地导体。
问:杂散电容是如何起作用的?答:让我们看一下图14 8。
图中示出了高频噪声源V N 如何通过杂散电容C 耦合到系统阻抗Z的等效电容。
如果我们几乎或不能控制V N ,或不能改变电路阻抗Z 1 的位置,那么最好的解决方法是插入一个法拉弟屏蔽。
图14 9示出了法拉弟屏蔽中断耦合电场的情况。
图14 8 通过杂散电容耦合的电压噪声(a) 电容屏蔽中断耦合电场(b) 电容屏蔽使噪声电流返回到噪声源,而不通过阻抗Z 1图14 9 法拉弟电容屏蔽请注意法拉弟屏蔽使噪声和耦合电流直接返回到噪声源,而不再通过阻抗Z 1 。
电容耦合的另一个例子是侧面镀铜陶瓷集成电路外壳。
这种DIP封装,在陶瓷封装的顶上有一小块方形的导电可伐合金盖,这块可伐合金盖又被焊接到一个金属圈(metallized rim)上 (见图14 10)。
生产厂家只能提供两种封装选择:一种是将金属圈连接到器件封装角上的一个引脚上;另一种是保留金属圈不连接。