高频电容的等效电容值分析
高频电容的等效电容值分析
电容作为我们电路板上的基本元器件之一,虽然不显眼,却很重要。它常会被用做隔直,去耦或者射频电路板的阻抗匹配等。我们都知道电容有两个比较重要的特性:1)电容的阻抗是一个会跟随频率而改变的量,由电容的阻抗计算公式fC
jZπ21
=,可以看到,当f
上升时,Z会下降。2)电容的工作频率不能超出其自谐振频率,当频率超出自谐振频率时,电容器件的电容值会变负值,此时电容的等效电抗会变成电感特性。
当所使用的电容工作频率低于其自身的自谐振频率时,我们常常认为其电容值是不变的,事实上真的如此吗?
一个电容器件可以认为其包括三部分的电抗参量:电容部分C,器件的电极或者引线的残余电感部分Ls及等效串联电阻ESR,如下列的等效电路图所示。
图1 电容器件的等效电路模型
从上述等效电路图,我们可以得到该电容器件的等效电容值Ce:
C
jLsjCejωωω11
+=
LsCCe
ωωω−=1
1
)
1(2CLsCCeω−=
[]CLsfC
Ce2
)2(1π−=
由上述公式可以看出,当工作频率f上升时,等效电容值Ce是会随着f的上升而变大;当然假如f一直上升,当1)2(2
=CLsfπ时,该电容器件的等效电容值为0,即此时该器件开始自谐振。
为验证上述的理论分析,我们使用安捷伦的高频阻抗分析仪E4991A来对SMD 0603封装的电容来进行实际的测量,见图2和图3。
由测量结果可以看到,当电容器件的工作频率未超过其自谐振频率前,其等效电容值的确会随着频率f的上升而变大;当频率超出其自谐振频率时,等效电容值会变成负值,即此时该电容器件等效为一阻值。15818662231.qq.1017142325