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電容器是電路中最基本的元件之一，利用電容濾除電路上的高頻騷擾和對電源解耦是所有電路設計人員都熟悉的。但是，隨著電磁干擾問題的日益突出，特別是干擾頻率的日益提高，由于不了解電容的基本特性而達不到預期濾波效果的事情時有發(fā)生。下面將介紹一些使用電容器抑制電磁干擾時需要注意的事項。 電容器是基本的濾波器，在低通濾波器中作為旁路器件使用。利用它的阻抗隨頻率升高而降低的特性，起到對高頻干擾旁路的作用。但是，在實際使用中一定要注意電容器的非理想性。 (1) 實際電容器的等效電路 實際電容器的電路模型如圖1所示，它是由等效電感(ESL)、電容和等效電阻(ESR)構成的串聯(lián)網(wǎng)路。電感分量是由引線和電容結構所決定的，電阻是介質(zhì)材料所固有的。電感分量是影響電容頻率特性的主要指標，因此，在分析實際電容器的旁路作用時，用LC串聯(lián)網(wǎng)絡來等效。 圖1、實際電容器的等效電路 (2) 對濾波特性的影響 實際電容器的特性如圖2所示，當角頻率為1/LC時，會發(fā)生串聯(lián)諧振，這時電容的阻抗最小，旁路效果最好。超過諧振點之后，電容器的阻抗特性呈現(xiàn)電感阻抗的特性——隨頻率的升高而增加，旁路效果開始變差。這是，作為旁路器件使用的電容器就開始失去旁路作用。 圖2、實際電容器的頻率特性 理想電容的阻抗是隨著頻率的升高而降低，而實際電容的阻抗具有如圖2所示的頻率特性，在頻率較低時，呈現(xiàn)電容性，即阻抗隨頻率的增加而降低，在某一點發(fā)生諧振，在這點電容的阻抗等于等效串聯(lián)電阻ESR。在諧振點以上，由于ESL的作用，電容阻抗隨著頻率的升高而增加，這是電容呈現(xiàn)電感的阻抗特性。在諧振點以上，由于電容的阻抗增加，因此對高頻噪聲的旁路作用減弱，甚至消失。 電容的諧振頻率由ESL和C共同決定，電容值或電感值越大，則諧振頻率越低，也就是電容的高頻濾波效果差。ESL除了與電容器的種類有關外，電容的引線長度是一個十分重要的參數(shù)，引線越長，則電感越大，電容的諧振頻率越低。因此在實際工程中，要使電容器的引線盡量短，電容器的正確安裝方法和不正確安裝方法如圖3所示。 根據(jù)LC電路串聯(lián)的原理，諧振點不僅與電感有關，還與電容值有關，電容越大，諧振點越低。許多人認為電容器的容值越大，濾波效果越好，這是一種誤解。電容越大對低頻干擾的效果雖然好，但是由于電容在較低的頻率發(fā)生了諧振，阻抗開始隨頻率的升高而增加，因此對高頻噪聲的旁路效果變差。表1是不同容量瓷片電容的自諧振頻率，電容的引線長度是1.6mm。 圖3、濾波電容的正確安裝方法與錯誤安裝方法 盡管從濾除高頻噪聲的角度看，不希望有電容諧振，但是電容的諧振并不是總是有害的。當要濾除的噪聲頻率確定時，可以通過調(diào)整電容的容量，使諧振點剛好落在騷擾頻率上。 電磁兼容設計中使用的電容要求諧振頻率盡量高，這樣才能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)起到有效得濾波作用。提高諧振頻率的方法有兩個，一個是盡量縮短引線的長度，另一個是選用電感較小的種類。 |
