1、電容器的寄生作用與雜散電容問(wèn)：我想知道如何為具體的應(yīng)用選擇合適的電容器，但我乂不清楚許多不同種類的電容器有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？答：為具體的應(yīng)用選擇合適類型的電容器實(shí)際上并不困難。一般來(lái)說(shuō)，按應(yīng)用分類,大多數(shù)電容器通常分為以下四種類型（見圖14.1）：（冷交流耦合<b>去幅2 / 12SAMPLE HOLDFATE僅9采樣保持©濾波圖14.1電容器四種應(yīng)用類型交流耦合，包括旁路（通過(guò)交流信號(hào),同時(shí)隔直流信號(hào)）去耦（濾掉交流信號(hào)或?yàn)V掉疊加在直流信號(hào)上的高頻信號(hào)或?yàn)V掉電源、基準(zhǔn)電源和信號(hào)電路中的低頻成分）有源或無(wú)源RC濾波或選頻網(wǎng)絡(luò)模擬積分器和采樣保持電路（捕獲和儲(chǔ)存電荷）盡管流行

2、的電容器有十幾種，包括聚脂電容器、薄膜電容器、陶瓷電容器、電解電容器，但是對(duì)某一具體應(yīng)用來(lái)說(shuō)，最合適的電容器通常只有一兩種，因?yàn)槠渌愋偷碾娙萜鳎从械男阅苊黠@不完善，要么有的對(duì)系統(tǒng)性能有“寄生作用”，所以不采用它們。問(wèn)：你談到的“寄生作用”是怎么回事？答：與“理想”電容器不同，“實(shí)際”電容器用附加的“寄生”元件或“非理想”性能來(lái)表征，其表現(xiàn)形式為電阻元件和電感元件，非線性和介電存儲(chǔ)性能。“實(shí)際”電容器模型如圖14.2所示。由于這些寄生元件決定的電容器的特性，通常在電容器生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品說(shuō)明中都有詳細(xì)說(shuō)明。在每項(xiàng)應(yīng)用中了解這些寄生作用，將有助于你選擇合適類型的電容器。圖14.2'實(shí)際”

3、電容器模型圖14.2“實(shí)際”電容器模型問(wèn)：那么表征非理想電容器性能的最重要的參數(shù)有哪些？答：最重要的參數(shù)有四種：電容器泄漏電阻RL(等效并聯(lián)電阻EPR)、等效串聯(lián)電阻(ESR)、等效串聯(lián)電感(ESL)和介電存儲(chǔ)(吸收)o電容器的寄生作用與雜散電容電容器泄漏電阻，RP：在交流耦合應(yīng)用、存儲(chǔ)應(yīng)用（例如模擬積分器和采樣保持器）以及當(dāng)電容器用于高阻抗電路時(shí)，RP是一項(xiàng)重要參數(shù)，電容器的泄漏模型如C：=V（即IDEALMWEL（b）LEAKAGEMODEL（3）理想篌型（b）泄焉模型圖14.3所示。圖！4.3電容器的泄漏模型圖14.3電容器的泄漏模型理想電容器中的電荷應(yīng)該只隨外部電流變化。然而實(shí)際電容器

4、中的RP使電荷以RC時(shí)間常數(shù)決定的速率緩慢泄漏。電解電容器（笆電容器和鋁電容器）的容量很大，由于其隔離電阻低，所以漏電流非常大（典型值520nA/uF）,因此它不適合用于存儲(chǔ)和耦合。最適合用于交流耦合及電荷存儲(chǔ)的電容器是聚四氟乙烯電容器和其它聚脂型（聚丙烯、聚苯乙烯等）電容器。等效串聯(lián)電阻（ESR）,RESR：電容器的等效串聯(lián)電阻是由電容器的引腳電阻與電容器兩個(gè)極板的等效電阻相串聯(lián)構(gòu)成的。當(dāng)有大的交流電流通過(guò)電容器，RESR使電容器消耗能量（從而產(chǎn)生損耗）。這對(duì)射頻電路和教有高波紋電流的電源去耦電容器會(huì)造成嚴(yán)重后果。但對(duì)精密高阻抗、小信號(hào)模擬電路不會(huì)有很大的影響。RESR最低的電容器是云母電容

5、器和薄膜電容器。等效吊聯(lián)電感（ESL）,LESL：電容器的等效串聯(lián)電感是由電容器的引腳電感與電容器兩個(gè)極板的等效電感串聯(lián)構(gòu)成的。像RESR一樣，LESL在射頻或高頻_匚作環(huán)境下也會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題，雖然精密電路本身在直流或低頻條件下正常工作。其原因是用子精密模擬電路中的品體管在過(guò)渡頻率（transitionfrequencies）擴(kuò)展到兒白兆赫或幾吉赫的情況下，仍具有增益，可以放大電感值很低的諧振信號(hào)。這就是在高頻情況下對(duì)這種電路的電源端要進(jìn)行適當(dāng)去耦的主要原因。電解電容器、紙介電容器和塑料薄膜電容器不適合用于高頻去耦。這些電容器基本上是由多層塑料或紙介質(zhì)把兩張金屬箔隔開然后卷成一個(gè)卷筒制成的。這

6、種結(jié)構(gòu)的電容具有相當(dāng)大的自感，而且當(dāng)頻率只要超過(guò)幾兆赫時(shí)主要起電感的作用。對(duì)于高頻去耦更合適的選擇應(yīng)該是單片陶瓷電容器，因?yàn)樗鼈兙哂泻艿偷牡刃Т?lián)電感。單片陶瓷電容器是由多層夾層金屬薄膜和陶瓷薄膜構(gòu)成的，而且這些多層薄膜是按照母線平行方式排布的，而不是按照串行方式卷繞的。單片陶瓷電容的不足之處是具有顫噪聲(即對(duì)振動(dòng)敏感)，所以有些單片陶瓷電容器可能會(huì)出現(xiàn)自共振，具有很高的Q值，因?yàn)榇?lián)電阻值及與其在一起的電感值都很低。另外，圓片陶瓷電容器，雖然價(jià)格不太貴，但有時(shí)電感很大。問(wèn)：在電容器選擇表中，我看到“損耗因數(shù)”這個(gè)術(shù)語(yǔ)。請(qǐng)問(wèn)它的含義是什么？答：好。因?yàn)殡娙萜鞯男孤╇娮琛⒌刃Т?lián)電阻和等效串聯(lián)電

7、感，這三項(xiàng)指標(biāo)兒乎總是很難分開，所以許多電容器制造廠家將它們合并成一項(xiàng)指標(biāo)，稱作損耗因數(shù)(disspationfactor),或DF,主要用來(lái)描述電容器的無(wú)效程度。損耗因數(shù)定義為電容器每周期損耗能量與儲(chǔ)存能量之比。實(shí)際上，損耗因數(shù)等于介質(zhì)的功率因數(shù)或相角的余弦值。如果電容器在關(guān)心頻帶范圍的高頻損耗可以簡(jiǎn)化成串聯(lián)電阻模型，那么等效用聯(lián)電阻與總?cè)菘怪仁菍?duì)損耗因數(shù)的一種很好的估算，即DF%3RESR3 / 12電容器的寄生作用與雜散電容C還可以證明，損耗因數(shù)等于電容器品質(zhì)因數(shù)或Q值的倒數(shù)，在電容器制造廠家的產(chǎn)品說(shuō)明中有時(shí)也給出這項(xiàng)指標(biāo)。介質(zhì)吸收，RDA,CDA：?jiǎn)纹沾呻娙萜鞣浅＿m用于高頻去耦，但

8、是考慮介質(zhì)吸收問(wèn)題，這種電容器不適用于采樣保持放大器中的保持電容器。介質(zhì)吸收是一種有滯后性質(zhì)的內(nèi)部電荷分布，它使快速放電然后開路的電容器恢復(fù)一部分電荷，見圖144o因?yàn)榛謴?fù)電荷的數(shù)量是原來(lái)電荷的函數(shù)，實(shí)際上這是一種電荷記憶效應(yīng)。如果把這種電容器用作采樣保持放大時(shí)回圖144介質(zhì)吸收作用使電容器快速放電器中的保然后開路以恢復(fù)原來(lái)一部分電荷圖144介質(zhì)吸收作用使電容器快速放電然后開路以恢復(fù)原來(lái)一部分電荷持電容器，那么勢(shì)必對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差。對(duì)于這種類型應(yīng)用推薦的電容器，正如前面介紹的還是聚脂型電容器，即聚苯乙烯電容器、聚丙烯電容器和聚四氟乙烯電容器。這類電容器介質(zhì)吸收率很低（典型值V001%）o常見

9、電容器特性比較見表14lo關(guān)于高頻去耦的一般說(shuō)明：保證對(duì)模擬電路在高頻和低頻去耦都合適的最好方法是用電解電容器，例如一個(gè)包片電容與一個(gè)單片陶瓷電容器相并聯(lián)。這樣兩種電容器相并聯(lián)不但在低頻去耦性能很好，而且在頻率很高的情況下仍保持優(yōu)良的性能。除了關(guān)鍵集成電路以外，一般不必每個(gè)集成電路都接一個(gè)笆電容器。如果每個(gè)集成電路和笆電容器之間相當(dāng)寬的印制線路板導(dǎo)電條長(zhǎng)度小于10cm,可在兒個(gè)集成電路之間共用一個(gè)笆電容器。關(guān)于高頻去耦另一個(gè)需要說(shuō)明的問(wèn)題是電容器的實(shí)際物理分布。甚至很短的引線都有不可忽視的電感，所以安裝高頻去耦電容器應(yīng)當(dāng)盡量靠近集成電路，并且做到引腳短，印制線路板導(dǎo)電條寬。為了消除引腳電感，理

10、想的高頻去耦電容器應(yīng)該使用表面安裝元件。只要電容器的引腳長(zhǎng)度不超過(guò)15mm,還是選擇末端引線電容器(wireendedcapacitors)o電容器的正確使用方法如圖145所示。(a)正確方法(b)錯(cuò)誤方法 使用低電感電容器(單片陶瓷電容器) 安裝電容器靠近集成電路 使用表面安裝電容器 短引腳、寬導(dǎo)電條4 / 12電容器的寄生作用與雜散電容5 / 12uh止弱劣法小)錯(cuò)誤方法圖145電容器的正確使用雜散電容前面我們已經(jīng)討論r電容器像元件一樣的寄生作表141各種電容器件性能比較表表14各種電容器件性建比較衰類 型典型介質(zhì)吸收NPO陶瓷電容器窠量乙烯電容器聚丙烯電容器聚四審乙端電容器MOS電容器聚

11、碳酸能電容器聚酹電容器地片陶姿電容器(高k值)云母電容器鋁電解電容器鋰電解電容器啜收CO. 1 %0. 001 %0.02%0. 001 % 0.02 %。.。3%，602%0.01%0.1區(qū)，3 %>0.2%>0. 003%很高很高優(yōu)點(diǎn)外型尺中小、價(jià)格便宜、穩(wěn)定性好、電容值范用寬、銷住商去、電感低價(jià)格便宜、DA很低、電容值出陶寬、法定性好價(jià)格便宜、DA很低、電容值范囹?qū)抮)A很低、稔定性好.可在十12fC以上溫度工作電容值范圍寬DA性能好，尺寸小,可在I25V以上溫度工作，電感低程定性奸、價(jià)格低、溫度范圍寬穩(wěn)定性中等、價(jià)格低、溫度范圍寬、屯感低電或低、出容值范圍寬舟楨損耗低、電感

12、低、穩(wěn)定性好.效率優(yōu)于I%電容佰高、電流大、電用高、尺寸小尺寸小、電容仇人、電感適中缺點(diǎn)通常很低,但又無(wú)法狠制到很小的數(shù)值(10nF溫度高于85P電容器受到損害、外形尺寸大、電垓高溫度高于十wva電容賽受到損窖、外形尺寸大、電感價(jià)格相當(dāng)衣，外形尺寸大,電感商限制供應(yīng)，只提供小屯容值外形尺引大、DA限制到8位應(yīng)用、電感高外形尺寸大、DA限制到8位應(yīng)用、電照高總定性差、D八性第差、電壓系散島外形尺寸很大.電容值低(CIOnF).價(jià)格史泄漏大、通常有極性、穩(wěn)定件差，精度低、電感性泄漏很大、通常有極性、價(jià)格員、穗定性者,精度”類型典型介質(zhì)吸收優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)NPO陶瓷電容器吸收V0居外型尺寸小、價(jià)格便宜、穩(wěn)定

13、性好、電容值范圍寬、銷售商多、電感低通常很低，但又無(wú)法限制到很小的數(shù)值(10nF)聚苯乙烯電容器0001%002%價(jià)格便宜、DA很低、電容值范圍寬、穩(wěn)定性好溫度高于85°C,電容器受到損害、外形尺寸大、電感高聚丙烯電容器0001%002%價(jià)格便宜、DA很低、電容值范圍寬溫度高于+105°C,電容器受到損害、外形尺寸大、電感聚四氟乙烯電容器0003%02%DA很低、穩(wěn)定性好、可在+125°C以上溫度工作、電容值范困寬價(jià)格相當(dāng)貴、外形尺寸大、電感高M(jìn)0S電容器00次DA性能好，尺寸小，可在+25°C以上溫度I：作，電感低限制供應(yīng)、只提供小電容值聚碳酸廂電容器

14、01%穩(wěn)定性好、價(jià)格低、溫度范圍寬外形尺寸大、DA限制到8位應(yīng)用、電感而聚酯電容器03%05%穩(wěn)定性中等、價(jià)格低、溫度范圍寬、電感低外形尺寸大、DA限制到8位應(yīng)用、電感高玳片陶瓷電容器（高k值）02%電感低、電容值范圍寬穩(wěn)定性差、DA性能差、電壓系數(shù)高云母電容器0003%高頻損耗低、電感低、穩(wěn)定性好、效率優(yōu)于遙外形尺寸很大、電容值低（VlOnF）、價(jià)格賈鋁電解電容器很高電容值高、電流大、電壓高、尺寸小泄漏大、通常有極性、穩(wěn)定性差、精度低、電感性但電解電容器很高尺寸小、電容值大、電感適中泄漏很大、通常,有極性、價(jià)格貴、穩(wěn)定性差、精度差用，下面讓我們討論一下稱作“雜散”電容（straycapaci

15、tance）的另一種寄生作用。問(wèn)：什么是雜散電容？答：像平行板電容器一樣，（見圖146）不論什么時(shí)候，當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)體彼此非常靠近（尤其是當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)體保持平行時(shí)），便產(chǎn)生雜散電容。它不能不斷地減小，也不能像法拉弟郁蔽一樣用導(dǎo)體進(jìn)行屏蔽。C=0.0085XERXAd其中：C=電容,單位pFER=空氣介電常數(shù)電容器的寄生作用與雜散電容A=平行導(dǎo)體面積，小位mm2d=平行導(dǎo)體間的距離，堆位mm圖146平行板電容器模型雜散電容或寄生電容一股出現(xiàn)在印制線路板上的平行導(dǎo)電條之間或印制線路板的相對(duì)而上的導(dǎo)電條或?qū)щ娖矫嬷g，見圖M7o雜散電容的存在和作用,尤其是在頻率很高時(shí)，在電路設(shè)計(jì)中常,常被忽視，所以在制造和安

16、裝系統(tǒng)線路板時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的性能問(wèn)題，例如，噪聲變大，頻率響應(yīng)降低，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定。通過(guò)實(shí)例說(shuō)明如何用上述電容公式計(jì)算印制線路板相對(duì)面匕的導(dǎo)電條產(chǎn)生的雜散電容。對(duì)于普通的印制線8 / 12線iffi板導(dǎo)電樂(lè)Hb司面上的構(gòu)貂導(dǎo)電第枳對(duì)面上的導(dǎo)電條和：或)仔電7瓦(a)印制線路板頂視圖制線路板剖面座1路板材料，ER=47,d=l5mm,則其單位面積雜圖凡7雜散電容器散電容為3pF/cm2,在250MHz頻率條件下，3pF電容對(duì)應(yīng)的電抗為2122Q。問(wèn)：請(qǐng)問(wèn)如何消除雜散電容？答：實(shí)際上從來(lái)不能消除雜散電容C最好的辦法只能設(shè)法將雜散電容對(duì)電路的影響減到最小。問(wèn)：那么應(yīng)該如何減小雜散電容呢？答：減小雜散

17、電容耦合影響的一種方法是使用法拉弟屏蔽(Faradayshield),它是在耦合源與受影響電路之間的一種簡(jiǎn)捷接地導(dǎo)體。問(wèn)：雜散電容是如何起作用的？答：讓我們看一下圖M8。圖中示出了向頻噪聲源VN如何通過(guò)雜散電容C耦合到系統(tǒng)阻抗Z的等效電容。如果我們幾乎或不能控制VN,或不能改變電路阻抗Z1的位置,那么最好的解決方法是插入一個(gè)法拉電容C*|m一，q-電潞阻抗備工1VCOUPLEO*N(77)21*22弟屏蔽,圖ri9示出r法拉弟屏蔽中斷耦合電場(chǎng)的情況。914-8通過(guò)雜散電容耦合的電壓噪聲圖148通過(guò)雜散電容耦合的電壓噪聲(a)電容屏蔽中斷耦合電場(chǎng)(b)電容屏蔽使噪聲電流返回到噪聲源，而不通過(guò)阻抗

18、Z1fa）電容屏蔽中斷耦臺(tái)電場(chǎng)1hH卜1Iv1出q電都團(tuán)史z*Vc°?rL£Db）電容屏蔽使噪聲電流返回到噪聲源，而不通過(guò)殂抗a圖14.9法拉第電容屏蔽圖149法拉弟電容屏蔽請(qǐng)注意法拉弟屏蔽使噪聲和耦合電流直接返回到噪聲源,而不再通過(guò)阻抗Z1。電容耦合的另一個(gè)例子是側(cè)面鍍銅陶瓷集成電路外殼。這種DIP封裝，在陶窟封裝的頂上有一小塊方形的導(dǎo)電可伐合金蓋，這塊可伐合金蓋又被焊接到一個(gè)金屬圈（metallizedrim）上（見圖1410）o生產(chǎn)廠家只能提供兩種封裝選擇：一種是將金屬圈連接到器件封裝角上的一個(gè)引腳上：另一種是保留金屬圈不連接。大部分邏輯電路在器件封裝的某一角上有一個(gè)接地引腳，所以這種器件的可伐合金蓋接地。但是許多模擬電路在器件封裝的四個(gè)角上沒(méi)有一個(gè)接地引腳，所以這側(cè)面鍍銅陶瓷DIP封裝，有時(shí)有隔離的可伐合金蓋該封裝器件受容性干擾易受損壞，所以應(yīng)盡可能接地圖1410由可伐合金蓋引起的電容效應(yīng)種可伐合金蓋被懸浮。可以證明，如果這種陶瓷DIP封裝器件的芯片不被屏蔽，那么它要比塑料DIP封裝的同樣芯片更容易受到電場(chǎng)噪聲的損壞,不論環(huán)境噪聲電平有多么大，用戶最好的辦法是將任何側(cè)面鍍銅陶瓷封裝集成電路凡是生產(chǎn)廠家沒(méi)有接地的