電磁兼容中你所不知道的問題――電容

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(duì)電源解耦是所有電路設(shè)計(jì)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(dá)不到預(yù)期濾波效果的事情時(shí)有發(fā)生。下面將介紹一些使用電容器抑制電磁干擾時(shí)需要注意的事項(xiàng)。

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(duì)高頻干擾旁路的作用。但是，在實(shí)際使用中一定要注意電容器的非理想性。

(1) 實(shí)際電容器的等效電路

實(shí)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(shí)際電容器的旁路作用時(shí)，用LC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)來等效。

圖1、實(shí)際電容器的等效電路

(2) 對(duì)濾波特性的影響

實(shí)際電容器的特性如圖2所示，當(dāng)角頻率為1/LC時(shí)，會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振，這時(shí)電容的阻抗最小，旁路效果最好。超過諧振點(diǎn)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(shí)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(shí)際電容的阻抗具有如圖2所示的頻率特性，在頻率較低時(shí)，呈現(xiàn)電容性，即阻抗隨頻率的增加而降低，在某一點(diǎn)發(fā)生諧振，在這點(diǎn)電容的阻抗等于等效串聯(lián)電阻ESR。在諧振點(diǎn)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(diǎn)以上，由于電容的阻抗增加，因此對(duì)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(gè)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(shí)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(diǎn)不僅與電感有關(guān)，還與電容值有關(guān)，電容越大，諧振點(diǎn)越低。許多人認(rèn)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(duì)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(duì)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(cuò)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(shí)，可以通過調(diào)整電容的容量，使諧振點(diǎn)剛好落在騷擾頻率上。

電磁兼容設(shè)計(jì)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(gè)，一個(gè)是盡量縮短引線的長度，另一個(gè)是選用電感較小的種類。