电容器的特性解析

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理想的电容器只含有静电电容成分,但是实际的电容器则含有电阻成分和电感成分。这些寄生成分对电容器的性能产生较大的影响。电容器的简易等效电路如图所示。

实际的电容器的等效电路中包含有ESR(等效串联电阻)、ESL(等效串联电感)。此外,理想的电容器的电极间是绝缘的,但是实际上会存在若干的漏电流。

罗姆   ROHM   电容器

这里对这些成分进行了归纳。

特性项目 解说

静电电容(C) ・是最基本的性能

・因制造偏差等原因而会产生若干的偏差

⇒静电电容允许公差 (±5%, ±10%等)

等效串联电阻 (ESR)

损耗因数 (tanδ) ・由基于介质种类的电阻成分和电极、端子的电阻成分来决定的值

・ESR(或者tanδ)如果较大,则会因电流引起的发热而导致故障

⇒能够流过的电流受到约制(允许电流值)

・此外,ESR(或者tanδ)如果较大,噪声吸收效果就会减弱。

绝缘电阻 (IR) ・主要由介质的种类来决定的漏电流的倒数

・如果IR较低,则漏电流引起的损耗就会增大(铝电解电容器等限定漏电流)

等效串联电感(ESL) ・主要是因电容器的结构而产生的电感成分

・如果ESL较大,在高频区电感成分就会占主导地位,并损害电容器性能

此外,另外一个重要的特性是具有阻抗。简单地说,阻抗即为交流电路中的电压与电流之比,相当于直流电路中的电阻。符号使用Z,单位与电阻相同,使用Ω。

电容器的阻抗(Z)用下式①来表示,阻抗的绝对值可通过下式②来计算。

① Z = R + j 2πf L+ 1/(j 2πf C)

② |Z| =R2+(2πf L - 1/(2πf C))2

Z:阻抗 [Ω]

R:电阻成分=ESR [Ω]

j:虚数

π:圆周率 (3.14)

f:频率 [Hz]

L:电感成分=ESL [H]

C:静电电容 [F]

根据此式,可了解以下事项。

1)在频率低的区域,阻抗几乎是由静电电容(C)来决定的。

2)谐振频率(2πf L = 1/(2πf C))下,阻抗是由ESR来决定的。

3)在频率高的区域,阻抗几乎是由ESL来决定的。

如果用图形来表示这种情况,则如右图所示。

罗姆   ROHM   电容器

 

电容器的阻抗Z,在谐振频率之前呈容性下降,而在谐振频率C和ESL的影响成为零,只受ESR的影响,过了这一点则成为电感性(ESL),并与频率一起增加。

小结

在将电容器用于其主要用途即噪声吸收(去耦)中时,噪声吸收效果是由阻抗来决定的,因而需要按照以下的要点来选定零部件。

1)噪声的频率与电容器的谐振频率接近。

2)ESR小。

3)高频噪声时,ESL小。

更多详情请查看:罗姆电源管理

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