一文详解电容器阻抗/ESR频率特性

 新闻资讯     |      2021-07-22 02:00

本文就电容器阻抗巨细|Z|和等价串联电阻(ESR)的频率特性举办叙述。通过相识电容器频率特性,可对诸如电源线消除噪音本领和抑制电压颠簸本领举办判定,可以说是设计回路时不行或缺的重要参数。此处对频率特性中的阻抗巨细|Z|和ESR举办说明。

1.电容器的频率特性


如假设角频率为ω,电容器的静电容量为C,则抱负状态下电容器(图1)的阻抗Z可用公式
(1)暗示。

图1.抱负电容器

由公式(1)可看出,阻抗巨细|Z|如图2所示,与频率呈反比趋势減少。由于抱负电容器中无损耗,故等价串联电阻(ESR)为零。

图2.抱负电容器的频率特性

图2.抱负电容器的频率特性

但实际电容器(图3)中除有容量身分C外,尚有因电介质或电极损耗发生的电阻(ESR)及电极或导线发生的寄生电感(ESL)。因此,|Z|的频率特性如图4所示呈V字型(部门电容器大概会变为U字型)曲线,ESR也显示出与损耗值相应的频率特性。

图3.实际电容器

图3.实际电容器

图4.实际电容器的|Z|/ESR频率特性(例)

图4.实际电容器的|Z|/ESR频率特性(例)

|Z|和ESR变为图4曲线的原因如下。

低频率范畴:低频率范畴的|Z|与抱负电容器沟通,都与频率呈反比趋势淘汰。ESR值也显示出与电介质分极延迟发生的介质损耗相应的特性。

共振点四周:频率升高,则|Z|将受寄生电感或电极的比电阻等发生的ESR影响,偏离抱负电容器(赤色虚线),显示最小值。|Z|为最小值时的频率称为自振频率,此时|Z|=ESR。若大于自振频率,则元件特性由电容器转变为电感,|Z|转而增加。低于自振频率的范畴称作容性规模,反之则称作感性规模。

ESR除了受介电损耗的影响,还受电极自身抵挡行程的损耗影响。

高频范畴:共振点以上的高频率范畴中的|Z|的特性由寄生电感(L)抉择。高频范畴的|Z|可由公式(2)近似得出,与频率成正比趋势增加。

ESR逐渐表示出电极趋肤效应及靠近效应的影响。

以上为实际电容器的频率特性。重要的是,频率越高,就越不能忽视寄生身分ESR或ESL的影响。跟着电容器在高频规模的应用越来越多,ESR和ESL与静电容量值一样,成为暗示电容器机能的重要参数。

2.各类电容器的频率特性

以上就电容器寄生身分ESR、ESL对频率特性的庞大影响举办了说明。电容器种类差异,则寄生身分也会有所差异。接下来对差异种类电容器频率特性的区别举办说明。

图5暗示静电容量10uF各类电容器的|Z|及ESR的频率特性。除薄膜电容器以外,全是SMD型电容器。

图5.各类电容器的|Z|/ESR频率特性

图5.各类电容器的|Z|/ESR频率特性

图5所示电容器的静电容量值均为10uF,因此频率不敷1kHz的容量范畴|Z|均为同等值。但1kHz以上时,铝电解电容器或钽电解电容器的|Z|比多层陶瓷电容器或薄膜电容器大,这是因为铝电解电容器或钽电解电容器的电解质质料的比电阻升高,导致ESR增大。薄膜电容器或多层陶瓷电容器的电极中利用了金属质料,因此ESR很低。