电容器阻抗/ESR频率特性是指什么 1

Allevi

电容器阻抗/ESR频率特性是指什么 1

阐述电容器的阻抗大小|Z|和等价串联电阻(ESR)的频率特性。
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通过了解电容器的频率特性，可对诸如电源线消除噪音能力和抑制电压波动能力进行判断，可以说是设计电路时不可或缺的重要参数。此处对频率特性中的阻抗大小|Z|和ESR进行说明。

1.电容器的频率特性
- f# `! N* v9 D$ \0 b如假设角频率为ω，电容器的静电容量为C，则理想状态下电容器(图1)的阻抗Z可用公式(1)表示。
- V) K0 |4 I" n* e; N8 l

3 Q9 w  c3 w5 q" V0 r1 @

图1.理想电容器

由公式(1)可看出，阻抗大小|Z|如图2所示，与频率呈反比趋势減少。由于理想电容器中无损耗，故等价串联电阻(ESR)为零。
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图2.理想电容器的频率特性

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' C7 I$ J: z5 J" o& n但实际电容器(图3)中除有容量成分Ｃ外，还有因电介质或电极损耗产生的电阻（ESR）及电极或导线产生的寄生电感(ESL)。因此，|Z|的频率特性如图4所示呈V字型（部分电容器可能会变为U字型）曲线，ESR也显示出与损耗值相应的频率特性。
5 M, V: |+ Q- h: v& X1 X) t

图3.实际电容器

图4.实际电容器的|Z|/ESR频率特性(例)

: X9 @, _; b* Y6 {|Z|和ESR变为图4曲线的原因如下。

低频率范围：低频率范围的|Z|与理想电容器相同，都与频率呈反比趋势减少。ESR值也显示出与电介质分极延迟产生的介质损耗相应的特性。
1 U7 q9 Z) d! _8 u8 u
共振点附近：频率升高，则|Z|将受寄生电感或电极的比电阻等产生的ESR影响，偏离理想电容器（红色虚线），显示最小值。|Z|为最小值时的频率称为自振频率，此时|Z|=ESR。若大于自振频率，则元件特性由电容器转变为电感，|Z|转而增加。低于自振频率的范围称作容性领域，反之则称作感性领域。
ESR除了受介电损耗的影响，还受电极自身抵抗行程的损耗影响。
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高频范围：共振点以上的高频率范围中的|Z|的特性由寄生电感(L)决定。高频范围的|Z|可由公式(2)近似得出，与频率成正比趋势增加。ESR逐渐表现出电极趋肤效应及接近效应的影响。
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以上为实际电容器的频率特性。重要的是，频率越高，就越不能忽视寄生成分ESR或ESL的影响。随着电容器在高频领域的应用越来越多，ESR和ESL与静电容量值一样，成为表示电容器性能的重要参数。

helendcany

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