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[導(dǎo)讀]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(shè)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,

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(shè)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(yù)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(gòu)成的串聯(lián)網(wǎng)路。電感分量是由引線和電容結(jié)構(gòu)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(biāo),因此,在分析實際電容器的旁路作用時,用LC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)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(dāng)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(guān)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(guān),還與電容值有關(guān),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(dāng)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(shè)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。

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