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电容的频率特性

电容的频率特性  

2011-01-17 13:57:27|  分类: 模拟电路 |举报 |字号 订阅

当频率很高时,电容不再被当做集总参数看待,寄生参数的影响不可忽略。寄生参数包括Rs,等效串联电阻(ESR)和Ls等效串联电感(ESL)。电容器实际等效电路如图1所示,其中C为静电容,1Rp为泄漏电阻,也称为绝缘电阻,值越大(通常在GΩ级以上),漏电越小,性能也就越可靠。因为Pp通常很大(GΩ级以上),所以在实际应用中可以忽略,Cda和Rda分别为介质吸收电容和介质吸收电阻。介质吸收是一种有滞后性质的内部电荷分布,它使快速放电后处于开路状态的电容器恢复一部分电荷。

    ESR和ESL对电容的高频特性影响最大,所以常用如图1(b)所示的串联RLC简化模型,可以计算出谐振频率和等效阻抗:

  图1 去耦电容模型图

  电容器串联RLC模型的频域阻抗图如图2所示,电容器在谐振频率以下表现为容性;在谐振频率以上时表现为感性,此时的电容器的去耦作用逐渐减弱。同时还发现,电容器的等效阻抗随着频率的增大先减小后增大,等效阻抗最小值为发生在串联谐振频率处的ESR。

  图2 电容器串联RLC模型的频域阻抗图

  由谐振频率式(4-8)可得出,容值大小和ESL值的变化都会影响电容器的谐振频率,如图3所示。由于电容在谐振点的阻抗最低,所以设计时尽量选用fR和实际工作频率相近的电容。在工作频率变化范围很大的环境中,可以同时考虑一些fR较小的大电容与fR较大的小电容混合使用。

  图3 容值和ESL的变化对电容器频率特性的影响

除电阻外,电容(Capacitor)是第二种最常用的元件。电容的主要物理特征是储存电荷。由于电荷的储存意味着能的储存,因此也可说电容器是一个储能元件,确切的说是储存电能。两个平行的金属板即构成一个电容器。电容也有多种多样,它包括固定电容,可变电容,电解电容,瓷片电容,云母电容,涤纶电容,钽电容等,其中钽电容特别稳定。电容有固定电容和可变电容之分。固定电容在电路中常常用来做为耦合,滤波,积分,微分,与电阻一起构成RC充放电电路,与电感一起构成LC振荡电路等。可变电容由于其容量在一定范围内可以任意改变,所以当它和电感一起构成LC回路时,回路的谐振频率就会随着可变电容器容量的变化而变化。一般接受机电路就是利用这样一个原理来改变接收机的接收频率的。
所谓电容,就是容纳和释放电荷的电子元器件。电容的基本工作原理就是充电放电,
当然还有整流、振荡以及其它的作用。另外电容的结构非常简单,主要由两块正负电极和
夹在中间的绝缘介质组成,所以电容类型主要是由电极和绝缘介质决定的。电容的用途非常多,主要有如下几种:
1.隔直流:作用是阻止直流通过而让交流通过。
2.旁路(去耦):为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。
3.耦合:作为两个电路之间的连接,允许交流信号通过并传输到下一级电路
4.滤波:这个对DIY而言很重要,显卡上的电容基本都是这个作用。
5.温度补偿:针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响,而进行补偿,改善电路的稳定性。
6.计时:电容器与电阻器配合使用,确定电路的时间常数。
7.调谐:对与频率相关的电路进行系统调谐,比如手机、收音机、电视机。
8.整流:在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。
9.储能:储存电能,用于必须要的时候释放。例如相机闪光灯,加热设备等等。(如今某些电容的储能水平已经接近锂电池的水准,一个电容储存的电能可以供一个手机使用一天。

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