一前言
電容是構成電路的基本器件之一,也是解決電磁兼容問題最有效、最經典的手段,但是很多時候也是造成電磁兼容問題的根源。為了使電容成為解決問題的有效手段,避免成為造成問題的原因,我們需要了解電容實際應用的一些特性。本篇我們學習電容重要特性之一的自諧振頻率。
二電容等效電路
對于交流信号來說(特别是頻率越高的時候),電容由于寄生參數(結構、引線、布線等)的原因,不可能是一個理想的電容特性。電容在實際應用時的等效電路如下圖,是等效電阻ESR、等效電感ESL、電容C是串聯在一起,這是一個典型的RLC串聯諧振電路。
下圖為RLC串聯諧振電路的頻率響應曲線,fs是電容的時間自諧振頻率,是由下面的公式計算的:
根據頻響曲線可以看到,在直流或低頻時,電容的自諧振頻率,對電容特性本身的影響不大。但是當工作頻率接近自諧振頻率時,容抗會越來越小,即電容性越來越小(失去電容作用),漸漸地成為一個單純的電阻(當工作頻率在自諧振頻率時)。當工作頻率超過自諧振頻率時,此時電容器相當于一個電感,也失去了電容作用。當電容不再是一個“電容”,這對于電容電路來說就失去了它本身的作用。所以對于自諧振頻率來說,需要理解其對于電容本身的影響,這樣才能避免在實際應用中“失誤”。
根據自諧振頻率計算公式,當電容量一定的情況下,等效電感ESL是很重要的因素。等效電感ESL過大會降低自諧振頻率,也就是在特定的頻率下,電容的作用會大大減小。
所以很多時候電容沒有起到應有的作用。以及在某些情況下,電容串聯使用(由于走線長,ESL增大),增大的ESL還會與其他電路産生諧振,出現不必要的幹擾。在實際應用的時候,經常看到,當電路中一定需要一個大容量的電容的時候,通常會用幾個小一點的電容并聯。因為,這樣會使總寄生電感減小。
三結語
為了在實際應用中讓電容發揮該有的作用,一方面我們需要控制ESL,比如引線和走線長度、避免串聯使用情況和使用更小ESL電容器。另一方面,當工作頻率較高,而電路又需要較大電容時,可以将多個小電容并聯。并聯後的總ESL會減小,從而拓寬應用頻率範圍。
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