电容器ESR频率特性.docx

电容器ESR频率特性(总5页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company Onel-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除【导读】本文为解说电容器基础的技术专栏通过电容器的阻抗大小|Z|和等价 串联电阻(ESR)的频率特性进行阐述了解电容器的频率特性，可对诸如电源线 消除噪音能力和抑制电压波动能力进行判断，可以说是设计回路时不可或缺的 重要参数对频率特性中的阻抗大小|Z|和ESR进行说明1.电容器的频率特性如假设角 频率为3,电容器的静电容量为C,则理想状态下电容器(图1)的阻抗Z可用公 式(1)表示图1.理想电容器Xc = 1/(3xC) = 1/ (2xnxfxC)；IXc 电容容抗值；欧姆3 角频率n 3.1415926；f 频率，C 电容值法拉由公式(1)可看出，阻抗大小IZI如图2所示，与频率呈反比趋势减少由于理想 电容器中无损耗，故等价串联电阻(ESR)为零图2.理想电容器的频率特性但实际电容器（图3）中除有容量成分C外，还有因电介质或电极损耗产生的电阻（ESR）及电极或导线产生的寄生电感（ESL）因此，IZI的频率特性如图4所示 呈V字型（部分电容器可能会变为U字型）曲线，ESR也显示出与损耗值相应 的频率特性。

MaMIR图3.实际电容器IZI和ESR变为图4曲线的原因如下：低频率范围：低频率范围的IZI与理想电 容器相同，都与频率呈反比趋势减少ESR值也显示出与电介质分极延迟产生 的介质损耗相应的特性共振点附近：频率升高，则IZI将受寄生电感或电极 的比电阻等产生的ESR影响，偏离理想电容器（红色虚线），显示最小值IZI 为最小值时的频率称为自振频率，此时IZI=ESR若大于自振频率，则元件特 性由电容器转变为电感，IZI转而增加低于自振频率的范围称作容性领域，反 之则称作感性领域ESR除了受介电损耗的影响，还受电极自身抵抗行程的损耗影响高频范围：共振点以上的高频率范围中的IZI的特性由寄生电感(L)决定高频范围的IZI可由公式(2)近似得出，与频率成正比趋势增加ESR逐渐表现出电极趋肤效应及接近效应的影响以上为实际电容器的频率特性重要的是，频率越高，就越不能忽视寄生成分ESR或ESL的影响随着电容器在高频领域的应用越来越多，ESR和ESL与静电容量值一样，成为表示电容器性能的重要参数各种电容器的频率特性以上就电容器寄生成分ESR、ESL对频率特性的巨大影响进行了说明电容器 种类不同，则寄生成分也会有所不同。

接下来对不同种类电容器频率特性的区 别进行说明图5表示静电容量10uF各种电容器的|ZI及ESR的频率特性除薄膜电容器以 外，全是SMD型电容器图5.各种电容器的IZI/ESR频率特性图5所示电容器的静电容量值均为10uF，因此频率不足1kHz的容量范围IZI均 为同等值但1kHz以上时，铝电解电容器或钽电解电容器的IZI比多层陶瓷电 容器或薄膜电容器大，这是因为铝电解电容器或钽电解电容器的电解质材料的 比电阻升高，导致ESR增大薄膜电容器或多层陶瓷电容器的电极中使用了金 属材料，因此ESR很低多层陶瓷电容器和引脚型薄膜电容器在共振点附近的特性基本相同，但多层陶 瓷电容器的自振频率高，感应范围的IZI则较低这是由于引脚型薄膜电容器中 只有引脚线部分的电感增大了由以上结果可以得出，SMD型的多层陶瓷电 容器在较宽的频率范围内阻抗都很低，也最适于高频用途多层陶瓷电容器的频率特性 多层陶瓷电容器可按原材料及形状分为很多种类下面就这些因素对频率特性 的影响进行说明关于ESR :处于容性领域的ESR由电介质材料产生的介质 损耗决定Class2（种类2）中的高介质率材料因使用强电介质，故有ESR增大的 倾向。

Class 1 （种类1）的温度补偿材料因使用一般电介质，因此介质损耗非常 小，ESR数值也很小共振点附近到感性领域的高频领域中的ESR除受电极 材料的比电阻率、电极形状（厚度、长度、宽度）、叠层数影响外，还受趋肤 效应或接近效应的影响电极材料多使用Ni,但低损耗型电容器中，有时也会 选用比电阻率低的Cu作为电极材料关于ESL :多层陶瓷电容器的ESL极 易受内部电极结构影响设内部电极大小的长度为1、宽度为w、厚为d时根 据F.W.Grover，电极电感ESL可用公式（3）表示IESL m % ―-— ---公式⑶ +d}由此公式可得知，电容器的电极越短，越宽，越厚，则ESL越小图6表示各尺寸多层陶瓷电容器的额定容量与自振频率的关系相同容量，尺 寸越小，自振频率越高，则ESL越小由此，可以说长度l较短的小型电容器 适用于高频领域77工旦耕骥笠佃图6.各尺寸额定容量值与自振频率的关系图7为长度l缩短，宽度w增大的LW逆转型电容器由图8的频率特性可知，即使容量相同，LW逆转型电容器的阻抗低于一般电容器，特性优良使用LW逆转型电容器，即使数量少于一般电容器，也可获得同等性能，通过减 少元件数量可以降低成本，缩减实装面积。

图7.LW逆转型电容器的外观图8.LW逆转型电容器与通用品的IZI/ESR获得频率特性数据的方法频率特性数据可通过阻抗分析仪或矢量网络分析仪获取最近，也可在各元器 件厂商的Web网站中确认图9为提供的设计辅助工具"SimSurfing"的图像可通过选取型号和希望确认的项目，显示特性还可下载SPICE网络清单或 S2P数据作为模拟用数据方便大家灵活运用到各种电子回路设计中去UJIraHw c ?LflJPsnss gu TS拿汀C£E-W&A-r-JHUsas-l【Irxl一二IrI二 ¥ ="二 T = Lu・ u 一 -罩：A?cMp*-jiu+一I»:4loanlc-*iijE EA- GRWI nCH7 H KI2-22EAD 11LvL■Hh* BaQklvw-% whs^-s-Is<&号 pF*L〔1=711田与一工如宾言一 」fiFMKIE-—1F=E7EM11 L GFTftB3F™.JrJ胃wl—ll 」另■■dQaUJRTL GFl 点l—lml&EK 苫LJ L tsJlKn 田 MlcarJ羿己一 J-aHKnsxrlr E22殳畜 L 侦™qlaaR=E2WWJl L□FLKnalLUFTlr'Frz'tlr u GRH1H1H 二百一HAJU1 L LiTrM 压?1I-Li 匕.win u £- L : L18I5K-UH2符 MAD1 Ur s沼 mw 」mRnssF^ElJl■-'-Ml L _5F.gs.u,JEIJ'/£l LqF-gsTIJEIJsfu 」_WF 选二 HI-"A2IJ'/M1 u ms43CRm2 谖 MW0115耳_ 1崩一 lxlmp_ 国Dp_ 2£np_ 心 £€ 22DOP_ 梧吕苴 »耳 _ 扈=£ 22=s 2£F_ 2££ B§_ K5二 22目_fi朽al*l(5*34mflh，司舌 n c£ rmsr豆 _TO* is 十个吕* +7-1 虽 17-一堂 HI2S £呈 E-LS 4.I1S 1—景 十上旻 M—受。