電容的阻抗頻率曲線(xiàn)理解

今天我們來(lái)說(shuō)一說(shuō)電容的阻抗頻率曲線(xiàn)。首先呢，為什么要講這個(gè)呢？那是因?yàn)檫@個(gè)非常重要，對(duì)我們使用電容有很大的指導(dǎo)意義。

電容阻抗-頻率曲線(xiàn)圖

上圖是一個(gè)典型的電容的阻抗頻率曲線(xiàn)圖，為什么說(shuō)它非常重要呢？首先它非常直觀，橫軸上是頻率，縱軸是阻抗，我們能很清楚的看出在各個(gè)頻率點(diǎn)上，電容的總阻抗是多少。也能知道它在哪個(gè)頻率點(diǎn)上諧振， ESR是多少。而這些內(nèi)容，都是我們?cè)谶x擇電容時(shí)所必須要了解的。

曲線(xiàn)圖的來(lái)源

那么，電容曲線(xiàn)圖為什么是這樣的呢？這是因?yàn)殡娙荻疾皇抢硐氲模鼤?huì)存在寄生參數(shù)，可用簡(jiǎn)化模型表示。

ESR是等效串聯(lián)電阻，ESL是等效串聯(lián)電感，C為理想電容。因此實(shí)際電容的阻抗可以用數(shù)學(xué)公式表示

我們畫(huà)出這個(gè)公式的曲線(xiàn)，就得到一個(gè)曲線(xiàn)圖。

在頻率很低的時(shí)候，可以看到，感抗遠(yuǎn)小于容抗，并且復(fù)阻抗的相位為負(fù)值，說(shuō)明電流超前電壓，這是典型的電容充電特性，所以說(shuō)，電容在低頻主要表現(xiàn)為容性。

而在高頻的時(shí)候，感抗遠(yuǎn)大于容抗，復(fù)阻抗的相位為正值，說(shuō)明電壓超前電流，是典型的電感施加電壓時(shí)的行為特征，所以說(shuō)，電容在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感特性。

而在諧振時(shí)，容抗和感抗相抵為0，此時(shí)電容的總阻抗最小，復(fù)阻抗相位為0，表現(xiàn)為純電阻特性，這個(gè)點(diǎn)就是電容的自諧振頻率。在諧振頻率左邊，電容主要呈容性，在諧振頻率右邊，電容主要呈感性。

濾波電容如何選擇

電容最廣泛的用途就是濾波，那么如何看曲線(xiàn)選電容呢？其實(shí)就是選阻抗最低的。

我們知道，整個(gè)阻抗曲線(xiàn)呈大V型，只有在諧振頻率點(diǎn)附近的阻抗才比較低。所以，實(shí)際的去耦電容都有一定的工作頻率范圍，只有在諧振頻率附近，電容才有很好的去耦作用。

可能有人會(huì)覺(jué)得，在頻率比諧振頻率高一點(diǎn)的時(shí)候，電容都成感性了，都不是電容了，所以不能讓噪聲的頻率大于電容的諧振頻率。其實(shí)這是錯(cuò)誤的，去耦就是要選阻抗低的，阻抗低，在電容上產(chǎn)生的電壓波動(dòng)就小，也就是噪聲會(huì)小。

常規(guī)的MLCC陶瓷電容的曲線(xiàn)圖

來(lái)看下常規(guī)的MLCC陶瓷電容的曲線(xiàn)圖?？梢钥闯?，不同的電容，曲線(xiàn)是不同的，容量大的ESR要小寫(xiě)，諧振頻率低些，主要濾低頻。容量小的ESR要大些，諧振頻率要高些，主要濾高頻。

兩種方式組合濾波

實(shí)際電路中我們需要去耦的頻率范圍會(huì)比較寬，因此呢一個(gè)電容搞不定，那怎么辦呢？我們經(jīng)常有兩種方法來(lái)解決，一種是使用一個(gè)大電容和一個(gè)小電容并聯(lián)，還有一種是使用多個(gè)相同的電容并聯(lián)。那么這兩種方法達(dá)到的效果分別是怎樣的呢？

首先來(lái)看大小電容并聯(lián)。大小兩個(gè)電容分別有各自的諧振頻率f1和f2。

當(dāng)頻率比較低的時(shí)候，兩個(gè)電容都成容性，在頻率比較高的時(shí)候，兩個(gè)電容都呈感性，并聯(lián)后總體阻抗曲線(xiàn)都會(huì)保持原來(lái)的變化趨勢(shì)，因此，數(shù)值上會(huì)比任意一個(gè)電容都小。

但是，當(dāng)頻率大于f1并小于f2時(shí)，大電容呈感性小電容呈容性，兩者并聯(lián)，就像是一個(gè)電感和一個(gè)電容并聯(lián)，構(gòu)成了LC并聯(lián)諧振電路，并在某一個(gè)頻率點(diǎn)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致該處阻抗很大。如果負(fù)載芯片的電流需求正好落在這個(gè)頻率，那么會(huì)導(dǎo)致電壓波動(dòng)超標(biāo)。所以，我們需要選好電容的搭配情況。

再來(lái)看看相同電容并聯(lián)的情況，n個(gè)相同的電容并聯(lián)，諧振頻率和單個(gè)電容一樣，但是在諧振點(diǎn)處的阻抗是原來(lái)的n分之一，因此，多個(gè)相同的電容并聯(lián)后，阻抗曲線(xiàn)整體形狀不變，但是各個(gè)頻點(diǎn)的整體阻抗變小。