電容的諧振頻率(Fs)和等效串聯(lián)電阻ESR

電容的諧振頻率(Fs)和等效串聯(lián)電阻ESR 1 4 7 9 1.電容在電路中的作用電容作用：電容在模擬信號(hào)電路中也同樣存在阻力，這種阻力叫做容抗(Xc),值的大小Xc=1/(2πfc),它的大小跟電容值和頻率成反比，用在模擬電路中，主要耦合信號(hào)，平滑電平，微分.積分.移相.啟動(dòng)等，用在直流供電電路中主要是濾波.旁路.儲(chǔ)能.振蕩等。電容的諧振頻率(FR)和容抗(Zc):當(dāng)線路中的頻率很高時(shí)，電容不僅是電容性質(zhì)，還存在等效串聯(lián)電感(ESL)和等效串聯(lián)電阻(ESR)。諧振頻率和容抗計(jì)算公式電容工作在諧振頻率以上呈感性，在諧振頻率以下呈容性，在諧振頻率時(shí)容抗最低，所以在設(shè)計(jì)時(shí)就要針對(duì)電路性質(zhì)選擇諧振頻率與電路相近的電容，在一些頻率變化大的電路中，通常選擇諧振頻率低的大電容和諧振頻率高的小????電容在耦合電路中作用：第2頁共20頁ACAC到數(shù)十MHZ),一般電容在這種情況下失去了吸收高次諧在低通濾波電路中的作用是將高頻濾掉讓低頻信號(hào)在RC串聯(lián)電路中總阻抗Z=R+Xc(=1/(2πfc),Z(總阻抗)的大小跟頻率和電容值有關(guān)，在高頻RC電路中有一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率FO=1/(2πRC),當(dāng)信號(hào)頻率大于轉(zhuǎn)折頻率時(shí)，容抗值就基本為0了，電路總阻抗是一個(gè)穩(wěn)定值R,即Z=R,當(dāng)信在RC并聯(lián)電路中總阻抗1/Z=1/R+1/Xc,Z(總阻抗)的大小跟頻率和電容值有關(guān)，在RC并聯(lián)濾波電路中也有一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率FO=1/(2πRC),當(dāng)信號(hào)最低頻率大于轉(zhuǎn)折頻率時(shí)，容抗值就基本為0了，電容相當(dāng)短路，當(dāng)信號(hào)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)折頻率時(shí)電容可以忽略，總阻抗Z=R,當(dāng)信號(hào)頻率從稍低于轉(zhuǎn)折頻率逐漸向遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)折頻率過渡，這時(shí)的總阻抗(1/Z=1/R+1/Xc)也是逐漸變化的。(a)電容的串聯(lián)(b)電容的并聯(lián)行判斷，是設(shè)計(jì)時(shí)不可或缺的重要參數(shù)。電諧振分為串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振，在電阻、電感第6頁共20頁諧振時(shí)間電容或電感兩端電壓變化一個(gè)周期的時(shí)間稱為諧振周期，諧振周期的倒數(shù)稱為諧振頻率，它與電容C和電感L的參數(shù)有關(guān)，如下公式：Fs:諧振頻率，單位HzLs:等效串聯(lián)電感，單位HC:電容容量，單位F容值大小和ESL值的變化都會(huì)影響電容器的諧振頻率，在工作頻率變化范圍很大的環(huán)境中，可以同時(shí)考慮一些諧振頻率較小的大電容與諧振頻率較大的小電容混合使用。圖3容值和ESL的變化對(duì)電容器頻率特性的影響第7頁共20頁??.阻抗是在具有電阻、電感、電容的電路里，對(duì)電路中的電流所起的阻礙作用。假設(shè)角頻率為w,電容器的靜電容量為C,理想狀態(tài)見下圖：圖4理想電容器理想狀態(tài)下電容器的阻抗Z可用以下公式表示：由以上公式可看出，阻抗大小|Z|如下圖所示，與頻率呈反比趨勢減少。由于理想電容器中無損耗，故等效串聯(lián)電阻(ESR)為零。圖5理想電容器的頻率特性但實(shí)際電容器中除有容量成分C外，還有因介質(zhì)或電極損耗產(chǎn)生的電阻第8頁共20頁的比電阻等產(chǎn)生的ESR影響，偏離理想電容器(紅色虛線),顯示最小值。|Z|第9頁共20頁??.不同材質(zhì)電容器的頻率特性下圖表示靜電容量10uF各種電容器的|Z|及ESR的頻率特性。除薄膜電容電子匯上圖所示電容器的靜電容量值均為10uF,因此頻率不足1kHz的容量范圍IZ|均為同等值。但1kHz以上時(shí)，鋁電解電容器或鉭電解電容器的|Z|比多層陶料的比電阻升高，導(dǎo)致ESR增大。薄膜電容器或多層陶瓷電容器的電極中使用了金屬材料，因此ESR很低。多層陶瓷電容器和引第10頁共20頁由以上結(jié)果可以得出，SMD型的多層陶瓷電容器在較寬的頻率范圍內(nèi)阻抗都很低，也最適于高頻用途。??.諧振頻率的測試了解電容器的頻率特性，可對(duì)電源線消除噪音能力和抑制電壓波動(dòng)能力進(jìn)行判斷，是設(shè)計(jì)時(shí)不可或缺的重要參數(shù)。電容器的等效電路可以簡化成由等效電感(ESL)、理想電容(C)和等效串聯(lián)電阻(ESR)構(gòu)成的電路，如下圖示：選擇合適的測試設(shè)備，頻率在設(shè)備允許的范圍內(nèi)平滑移動(dòng)，按設(shè)備提供的相應(yīng)程序測試產(chǎn)品的阻抗|Z|隨頻率的變化情況，隨著頻率的變化，當(dāng)阻抗|Z|出現(xiàn)第一個(gè)最小值時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率值即為被測樣品的串聯(lián)諧振頻率值(Fs),例：第11頁共20頁生甜工電子匯瓶R20的8支包EQ\*jc3\*hps18\o\al(\s\up6(匯),g)②同種介質(zhì)材料，相同尺寸的電容器，容值越大諧振頻率相對(duì)越低。裝RESR是EquivalentSeriesResistance的縮寫，即“等效串聯(lián)電阻”。理想的電容自身不會(huì)有任何能量損失，但實(shí)際上，因?yàn)殡娙萜鲀?nèi)所有的損耗的綜合叫等效串聯(lián)電阻(ESR),叫做損耗角正切(DF,損耗因數(shù)),這使得電容在一定頻率下發(fā)熱，在極端情況下導(dǎo)致熱擊穿使電容失效。介質(zhì)損耗一般在低金屬損耗(Rsm)是由電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)中所有金屬材料(包括內(nèi)電極、端電極)的導(dǎo)電性質(zhì)決定。金屬損耗Rsm也會(huì)導(dǎo)致電容發(fā)熱，形成熱擊穿而導(dǎo)致??.等效串聯(lián)電阻的影響因素??.典型規(guī)格的等效串聯(lián)電阻低頻下主要考慮耗散因數(shù)DF對(duì)線路設(shè)計(jì)的影響，原因是低頻段瓷介電容器的來講，DF能幫助設(shè)計(jì)者評(píng)估顯著低于10MHz的低頻時(shí)的介質(zhì)損耗Rsd,而等效第14頁共20頁串聯(lián)電阻ESR和品質(zhì)因數(shù)Q值總是30MHz以上的高射頻的金屬損耗Rsm相關(guān)。以典型規(guī)格的多層片式瓷介電容器在不同頻率下ESR為例，用阻抗分析儀1第15頁共20頁第16頁共20頁1