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電容器的特性

2023年01月16日 10:16 汽車電子工程知識體系 作者: 用戶評論(0

理想的電容器只含有靜電電容成分,但是實際的電容器則含有電阻成分和電感成分。這些寄生成分對電容器的性能產生較大的影響。電容器的簡易等效電路如圖所示。

實際的電容器的等效電路中包含有ESR(等效串聯電阻)、ESL(等效串聯電感)。此外,理想的電容器的電極間是絕緣的,但是實際上會存在若干的漏電流。

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這里對這些成分進行了歸納。

特性項目 解說
靜電電容(C) ?是最基本的性能
?因制造偏差等原因而會產生若干的偏差
?靜電電容允許公差 (±5%, ±10%等)
等效串聯電阻 (ESR)
損耗因數 (tanδ)
?由基于介質種類的電阻成分和電極、端子的電阻成分來決定的值
?ESR(或者tanδ)如果較大,則會因電流引起的發熱而導致故障
?能夠流過的電流受到約制(允許電流值)
?此外,ESR(或者tanδ)如果較大,噪聲吸收效果就會減弱。
絕緣電阻 (IR) ?主要由介質的種類來決定的漏電流的倒數
?如果IR較低,則漏電流引起的損耗就會增大(鋁電解電容器等限定漏電流)
等效串聯電感(ESL) ?主要是因電容器的結構而產生的電感成分
?如果ESL較大,在高頻區電感成分就會占主導地位,并損害電容器性能

此外,另外一個重要的特性是具有阻抗。簡單地說,阻抗即為交流電路中的電壓與電流之比,相當于直流電路中的電阻。符號使用Z,單位與電阻相同,使用Ω。

電容器的阻抗(Z)用下式①來表示,阻抗的絕對值可通過下式②來計算。

① Z = R + j 2πf L+ 1/(j 2πf C)

② |Z| =R2+(2πf L - 1/(2πf C))2

Z:阻抗 [Ω]

R:電阻成分=ESR [Ω]

j:虛數

π:圓周率 (3.14)

f:頻率 [Hz]

L:電感成分=ESL [H]

C:靜電電容 [F]

根據此式,可了解以下事項。

1)在頻率低的區域,阻抗幾乎是由靜電電容(C)來決定的。

2)諧振頻率(2πf L = 1/(2πf C))下,阻抗是由ESR來決定的。

3)在頻率高的區域,阻抗幾乎是由ESL來決定的。

如果用圖形來表示這種情況,則如右圖所示。

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電容器的阻抗Z,在諧振頻率之前呈容性下降,而在諧振頻率C和ESL的影響成為零,只受ESR的影響,過了這一點則成為電感性(ESL),并與頻率一起增加。

在將電容器用于其主要用途即噪聲吸收(去耦)中時,噪聲吸收效果是由阻抗來決定的,因而需要按照以下的要點來選定零部件。

1)噪聲的頻率與電容器的諧振頻率接近。

2)ESR小。

3)高頻噪聲時,ESL小。

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