电容的谐振频率(Fs)和等效串联电阻ESR

电容的谐振频率(Fs)和等效串联电阻ESR 1 4 7 9 1.电容在电路中的作用电容作用：电容在模拟信号电路中也同样存在阻力，这种阻力叫做容抗(Xc),值的大小Xc=1/(2πfc),它的大小跟电容值和频率成反比，用在模拟电路中，主要耦合信号，平滑电平，微分.积分.移相.启动等，用在直流供电电路中主要是滤波.旁路.储能.振荡等。电容的谐振频率(FR)和容抗(Zc):当线路中的频率很高时，电容不仅是电容性质，还存在等效串联电感(ESL)和等效串联电阻(ESR)。谐振频率和容抗计算公式电容工作在谐振频率以上呈感性，在谐振频率以下呈容性，在谐振频率时容抗最低，所以在设计时就要针对电路性质选择谐振频率与电路相近的电容，在一些频率变化大的电路中，通常选择谐振频率低的大电容和谐振频率高的小????电容在耦合电路中作用：第2页共20页ACAC到数十MHZ),一般电容在这种情况下失去了吸收高次谐在低通滤波电路中的作用是将高频滤掉让低频信号在RC串联电路中总阻抗Z=R+Xc(=1/(2πfc),Z(总阻抗)的大小跟频率和电容值有关，在高频RC电路中有一个转折频率FO=1/(2πRC),当信号频率大于转折频率时，容抗值就基本为0了，电路总阻抗是一个稳定值R,即Z=R,当信在RC并联电路中总阻抗1/Z=1/R+1/Xc,Z(总阻抗)的大小跟频率和电容值有关，在RC并联滤波电路中也有一个转折频率FO=1/(2πRC),当信号最低频率大于转折频率时，容抗值就基本为0了，电容相当短路，当信号频率远远低于转折频率时电容可以忽略，总阻抗Z=R,当信号频率从稍低于转折频率逐渐向远远低于转折频率过渡，这时的总阻抗(1/Z=1/R+1/Xc)也是逐渐变化的。(a)电容的串联(b)电容的并联行判断，是设计时不可或缺的重要参数。电谐振分为串联谐振和并联谐振，在电阻、电感第6页共20页谐振时间电容或电感两端电压变化一个周期的时间称为谐振周期，谐振周期的倒数称为谐振频率，它与电容C和电感L的参数有关，如下公式：Fs:谐振频率，单位HzLs:等效串联电感，单位HC:电容容量，单位F容值大小和ESL值的变化都会影响电容器的谐振频率，在工作频率变化范围很大的环境中，可以同时考虑一些谐振频率较小的大电容与谐振频率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第7页共20页??.阻抗是在具有电阻、电感、电容的电路里，对电路中的电流所起的阻碍作用。假设角频率为w,电容器的静电容量为C,理想状态见下图：图4理想电容器理想状态下电容器的阻抗Z可用以下公式表示：由以上公式可看出，阻抗大小|Z|如下图所示，与频率呈反比趋势减少。由于理想电容器中无损耗，故等效串联电阻(ESR)为零。图5理想电容器的频率特性但实际电容器中除有容量成分C外，还有因介质或电极损耗产生的电阻第8页共20页的比电阻等产生的ESR影响，偏离理想电容器(红色虚线),显示最小值。|Z|第9页共20页??.不同材质电容器的频率特性下图表示静电容量10uF各种电容器的|Z|及ESR的频率特性。除薄膜电容电子汇上图所示电容器的静电容量值均为10uF,因此频率不足1kHz的容量范围IZ|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使用了金属材料，因此ESR很低。多层陶瓷电容器和引第10页共20页由以上结果可以得出，SMD型的多层陶瓷电容器在较宽的频率范围内阻抗都很低，也最适于高频用途。??.谐振频率的测试了解电容器的频率特性，可对电源线消除噪音能力和抑制电压波动能力进行判断，是设计时不可或缺的重要参数。电容器的等效电路可以简化成由等效电感(ESL)、理想电容(C)和等效串联电阻(ESR)构成的电路，如下图示：选择合适的测试设备，频率在设备允许的范围内平滑移动，按设备提供的相应程序测试产品的阻抗|Z|随频率的变化情况，随着频率的变化，当阻抗|Z|出现第一个最小值时对应的频率值即为被测样品的串联谐振频率值(Fs),例：第11页共20页生甜工电子汇瓶R20的8支包EQ\*jc3\*hps18\o\al(\s\up6(汇),g)②同种介质材料，相同尺寸的电容器，容值越大谐振频率相对越低。装RESR是EquivalentSeriesResistance的缩写，即“等效串联电阻”。理想的电容自身不会有任何能量损失，但实际上，因为电容器内所有的损耗的综合叫等效串联电阻(ESR),叫做损耗角正切(DF,损耗因数),这使得电容在一定频率下发热，在极端情况下导致热击穿使电容失效。介质损耗一般在低金属损耗(Rsm)是由电容器内部结构中所有金属材料(包括内电极、端电极)的导电性质决定。金属损耗Rsm也会导致电容发热，形成热击穿而导致??.等效串联电阻的影响因素??.典型规格的等效串联电阻低频下主要考虑耗散因数DF对线路设计的影响，原因是低频段瓷介电容器的来讲，DF能帮助设计者评估显著低于10MHz的低频时的介质损耗Rsd,而等效第14页共20页串联电阻ESR和品质因数Q值总是30MHz以上的高射频的金属损耗Rsm相关。以典型规格的多层片式瓷介电容器在不同频率下ESR为例，用阻抗分析仪1第15页共20页第16页共20页1