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電容并聯后阻抗與頻率之間的關系

CHANBAEK ? 來源:百家號大智若愚兮 ? 作者:百家號大智若愚兮 ? 2023-02-21 15:29 ? 次閱讀

電容電子電路中濾除高頻干擾信號往往達不到很好的效果,通常可以通過多個電容并聯來解決這一問題。

相同電容并聯

N個相同電容并聯,并聯后ESR為原來的1/N,ESL也為原來的1/N,容值為原來的N倍。

pYYBAGP0cn6AcCaCAAA5wbMuc5w337.png

相同電容并聯后的等效電容

阻抗頻率曲線為:

poYBAGP0cn6ADrfcAABQ8rr61X0187.png

相同電容并聯后的頻率曲線

多個相同的電容并聯后,阻抗頻率曲線的整體形狀不變,但是各個頻率點的阻抗整體下移。

不同電容并聯(ESR都較小)

由于每個電容的自諧振頻率點不同,兩個電容的行為特征存在差異。 并聯后阻抗頻率曲線如下。

poYBAGP0cn6AAT1NAACCvijJ_Ic484.png

不同電容并聯

在0—f1,兩個電容都表現為容性,總阻抗曲線會保持原來的變化趨勢。

在>f2,兩個電容都表現為感性,總阻抗會比任意一個電容的稍小。

在f1—f2,就像是一個電感和一個電容并聯,構成了LC并聯諧振電路,會在某個頻率點發生并聯諧振,阻抗達到區間內最大值,我們稱之為并聯諧振峰
(位于兩條阻抗曲線交叉點附近)。 并聯諧振峰也叫作反諧振點,可以理解為是由C1的ESL1和C2形成的。

并聯諧振峰處阻抗較大,會影響并聯后的濾波效果,那么哪些因素會影響諧振峰值的大小。

在此,兩個電容并聯可以等效為:

poYBAGP0cn6AGV6iAABf1enTjCE228.png

f1f2之間電容并聯等效

則并聯諧振峰公式為:

poYBAGP0cn6ASuzoAABsHKcWbVs819.png

并聯諧振峰計算公式

根據公式可得出以下三個結論:

兩電容容值差越大,諧振峰越大

當ESR、ESL(分別代入公式中的R、L)一定時,C2容值越小(在圖上表現為兩電容的距離越小容差越小)并聯諧振阻抗(并聯諧振峰)越小。

pYYBAGP0cn6AaobKAADMR_mQ6Rs520.png

容差不同電容并聯

等效串聯電感(ESL)越大,諧振峰越大。

當ESR、C2(分別代入公式中的R、C)一定時,ESL1越大并聯諧振阻抗(并聯諧振峰)越大。

poYBAGP0cn6AchFUAACLAYRN_go633.png

ESL大小對諧振峰的影響

ESL不僅影響電容并聯諧振峰值的大小,也影響電容的自諧振頻率,ESL變大,使阻抗在自諧振頻率點之后增加變快。

ESL越大,并聯諧振峰值越大,而且并聯諧振頻率越低。 一方面,由于并聯諧振峰值增大,要想滿足目標阻抗的要求,需要增加更多的電容; 另一方面,由于諧振點向低頻移動,為了高頻處也能滿足目標阻抗的要求,需要增加更多的小電容。

通常電容安裝電感會影響ESL變大,所以需要通過一些方法來預防,比如體積大的電容用多個過孔并聯,使電源過孔和地過孔盡量靠近,電容盡量靠近芯片供電引腳減小平面的分布電感等。

等效串聯電阻ESR不宜過大或過小

假設ESL1=0.5nH、C2=0.1uF時,并聯諧振峰值Zp與ESR的關系為:

pYYBAGP0cn6AVizQAABBkSGoBPM860.png

并聯諧振峰與ESR

并聯諧振峰曲線是一個中間低兩頭高的形狀,所以總有一個中間的ESR值使得并聯諧振峰達到最小值,大于或小于此中間值都會使并聯諧振峰變大。

不同電容并聯(其中有一個電容ESR過大)

當C2 ESR過大時,阻抗特性曲線可能會落如C1中,此時并不能達到展寬低阻抗頻帶的目的,電容并聯后的曲線與C1的曲線差別不大。

pYYBAGP0cn6AR_7lAABfCzLy7GQ272.png

ESR過大并聯無效

如果C2為MLCC,ESR會受體積的影響,比如可以將0.01μF 0603更改為0.01μF0402的封裝,或者更換更小ESR的電容,便可讓曲線不落入C1中。

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