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如何理解电容的阻抗@@-频率曲线@@

今天我们来说一说电容的阻抗频率曲线@@@@。首先呢@@,为什么要讲这个呢@@?那是因为这个非常重要@@,对我们使用电容有很大的指导意义@@。

电容阻抗@@-频率曲线@@图@@

电容阻抗@@-频率曲线@@图@@

上图是一个典型@@的电容的阻抗频率曲线@@图@@@@,为什么说它非常重要呢@@?首先它非常直观@@,横轴上是频率@@,纵轴是阻抗@@,我们能很清楚的看出在各个频率点上@@,电容的总阻抗是多少@@@@。也能知道它在哪个频率点上谐振@@, ESR是多少@@。而这些内容@@,都是我们在选择电容时@@所必须要了解的@@。

曲线图的来源@@

那么@@,电容曲线图为什么是这样的呢@@?这是因为电容都不是理想的@@,它会存在寄生参数@@,可用简化模型@@表示@@。

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ESR是等效串联电阻@@,ESL是等效串联电感@@,C为理想电容@@。因此@@实际电容的阻抗可以用数学公式表示@@

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我们画出这个公式的曲线@@,就是的到一个曲线图@@。

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在频率很低的时@@候@@,可以看到@@,感抗远小于容抗@@,并且复阻抗的相位为负值@@,说明电流超前电压@@,这是典型@@的电容充电特性@@,所以@@说@@,电容在低频主要表现为容性@@。

而在高频的时@@候@@,感抗远大于容抗@@,复阻抗的相位为正值@@,说明电压超前电流@@,是典型@@的电感施加电压时@@的行为特征@@,所以@@说@@,电容在高频时@@表现为电感特性@@。

而在谐振时@@@@,容抗和@@感抗相抵为@@0,此时@@电容的总阻抗最小@@,复阻抗相位为@@0,表现为纯电阻特性@@,这个点就是电容的自谐振频率@@。在谐振频率左边@@,电容主要呈容性@@,在谐振频率右边@@,电容主要呈感性@@。

滤波电容如何选择@@

电容最广泛的用途就是滤波@@,那么@@如何看曲线选电容呢@@? 其实就是选阻抗最低的@@。

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我们知道@@,整个阻抗曲线呈大@@V型@@,只有在谐振频率点附近的阻抗才比较低@@。所以@@,实际的去耦电容都有一定的工作频率范围@@,只有在谐振频率附近@@,电容才有很好的去耦作用@@。

可能有人会觉得@@,在频率比谐振频率高一点的时@@候@@,电容都成感性了@@,都不是电容了@@,所以@@不能让噪声的频率大于电容的谐振频率@@。其实这是错误的@@,去耦就是要选阻抗低@@的@@,阻抗低@@,在电容上产生的电压波动就小@@,也就是噪声会小@@。

常规的@@MLCC陶瓷电容的曲线图@@

来看下常规的@@@@MLCC陶瓷电容的曲线图@@。可以看出@@,不同的电容@@,曲线是不同的@@,容量大的@@ESR要小写@@,谐振频率低些@@,主要滤低频@@。容量小的@@ESR要大些@@,谐振频率要高些@@,主要滤高频@@。

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两种方式组合滤波@@

实际电路中我们需要去耦的频率范围会比较宽@@,因此@@呢一个电容搞不定@@,那怎么办呢@@?我们经常有两种方法来解决@@,一种是使用一个大电容和@@一个小电容并联@@,还有一种是使用多个相同的电容并联@@@@。那么@@这两种方法达到的效果分别是怎样的呢@@?

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首先来看大小电容并联@@。大小两个电容分别有各自的谐振频率@@f1和@@f2。

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当频率比较低的时@@候@@,两个电容都成容性@@,在频率比较高的时@@候@@,两个电容都呈感性@@,并联后总体阻抗曲线都会保持原来的变化趋势@@,因此@@,数值上会比任意一个电容都小@@。

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但是@@,当频率大于@@f1并小于@@f2时@@,大电容呈感性小电容呈容性@@,两者并联@@,就像是一个电感和@@一个电容并联@@,构成了@@LC并联谐振电路@@,并在某一个频率点发生并联谐振@@,导致该处阻抗很大@@。如果负载芯片的电流需求正好落在这个频率@@,那么@@会导致电压波动超标@@。所以@@,我们需要选好电容的搭配情况@@。

再来看看相同电容并联的情况@@,n个相同的电容并联@@,谐振频率和@@单个电容一样@@,但是@@在谐振点处的阻抗是原来的@@n分之一@@,因此@@,多个相同的电容并联@@后@@,阻抗曲线整体形状不变@@,但是@@各个频点的整体阻抗变小@@。

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