一前言
电容是构成电路的基本器件之一,也是解决电磁兼容问题最有效、最经典的手段,但是很多时候也是造成电磁兼容问题的根源。为了使电容成为解决问题的有效手段,避免成为造成问题的原因,我们需要了解电容实际应用的一些特性。本篇我们学习电容重要特性之一的自谐振频率。
二电容等效电路
对于交流信号来说(特别是频率越高的时候),电容由于寄生参数(结构、引线、布线等)的原因,不可能是一个理想的电容特性。电容在实际应用时的等效电路如下图,是等效电阻ESR、等效电感ESL、电容C是串联在一起,这是一个典型的RLC串联谐振电路。
下图为RLC串联谐振电路的频率响应曲线,fs是电容的时间自谐振频率,是由下面的公式计算的:
根据频响曲线可以看到,在直流或低频时,电容的自谐振频率,对电容特性本身的影响不大。但是当工作频率接近自谐振频率时,容抗会越来越小,即电容性越来越小(失去电容作用),渐渐地成为一个单纯的电阻(当工作频率在自谐振频率时)。当工作频率超过自谐振频率时,此时电容器相当于一个电感,也失去了电容作用。当电容不再是一个“电容”,这对于电容电路来说就失去了它本身的作用。所以对于自谐振频率来说,需要理解其对于电容本身的影响,这样才能避免在实际应用中“失误”。
根据自谐振频率计算公式,当电容量一定的情况下,等效电感ESL是很重要的因素。等效电感ESL过大会降低自谐振频率,也就是在特定的频率下,电容的作用会大大减小。
所以很多时候电容没有起到应有的作用。以及在某些情况下,电容串联使用(由于走线长,ESL增大),增大的ESL还会与其他电路产生谐振,出现不必要的干扰。在实际应用的时候,经常看到,当电路中一定需要一个大容量的电容的时候,通常会用几个小一点的电容并联。因为,这样会使总寄生电感减小。
三结语
为了在实际应用中让电容发挥该有的作用,一方面我们需要控制ESL,比如引线和走线长度、避免串联使用情况和使用更小ESL电容器。另一方面,当工作频率较高,而电路又需要较大电容时,可以将多个小电容并联。并联后的总ESL会减小,从而拓宽应用频率范围。
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