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简述芯片电容的频率特性
发布者 : admin 发布时间 : 2019/03/05 09:03:40


      芯片电容——单层陶瓷电容器具有尺寸小、厚度薄,等效串联电阻低、损耗低等优点,它的频率特性好,应用频率可达数千兆赫兹,适用于小型、微波的场合,可用于微波集成电路中,起到隔直流、RF旁路、滤波、调谐等作用。


      芯片电容的频率特性是指电容器电容量等参数随频率变化的关系,因此电容器在高频下工作时,随着工作效率的升高,由于绝缘介质介电系数减小,电容量将会减小,而损耗将增大,并且会影响电容器的分布参数,逐渐会呈现感性。芯片电容的频率特性,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(1)的阻抗Z可用公式①表示:




①XC=1/(ω×C)=1/(2×π×f×C)



      由公式①可看出,阻抗大小|Z|如(2)所示,与频率呈反比趋势減少。由于理想电容器中无损耗,故等效串联电阻(ESR)为零。




(2)

 

      但实际电容器(2)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(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。




(3)


     |Z|和ESR变为(4)中曲线的原因如下: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。而在共振点附近: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。



(4)

 

      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。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(2)中公式近似得出。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。


      以上为实际电容器的频率特性。重要的是,频率越高,越不能忽视寄生成份ESR或ESL的影响,随着芯片电容在高频领域的应用越来越多,ESR和ESL和静电容量一样,成为表示芯片电容性能的重要参数。

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