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电容器的损耗在许多的场合也直接影响到电路的性能,在滤波器,中频回路、振荡回路等电路中,要求损耗尽可能小,这样可以提高回路的品质因数,改善电路的性能。考虑温度系数和频率特性。电容器的温度系数越大,其容量随温度的变化越大,这在很多电路是不允许的。
例如振荡电路中的振荡回路元件、移相网络元件、滤波器等,温度系数大,会使电路产生漂移,造成电路工作的不稳定。这些场合应选用温度系数小的电容器,以确保其能稳定工作。另外在高频应用时,由于电容器自身电感、引线电感和高频损耗的影响,电容器的性能会变差。
频率特性差的电容器不仅不能发挥其应有的作用,而且还会带来许多麻烦。例如,纸介电容器的分布电感会使高频放大器产生**高频寄生反馈,使电路不能工作。所以选用高频电路的电容器时,一要注意电容器的频率参数,二是使用中注意电容器的引线不能留得过长,以减小引线电感对电路的不良因影响。
注意使用环境,使用环境的好坏,直接影响电容器的性能和寿命。在工作温度较高的环境中,电容器容易产生漏电并加速老化。因此在设计和安装时,应尽可能使用温度系数小的电容器,并远离热源和改善机内通风散热,必要时,应强迫风冷。在寒冷条件下,由于气温很低,普通电解电容器会因电解液结冰而失效。
使设备工作失常,因此必须使用耐寒的电解电容器。在多风沙条件下或在湿度较大的环境下工作时,则应选用密封型电容器,以提高设备的防尘抗潮性能。接下来将对其中使用电容和电感降噪的对策进行介绍,这也可以称为“噪声对策的基础”。在这里使用简单的四元件模型。
如果要进一步表达高频谐振时,可能需要更多的元件模型。电容的频率特性,探讨利用电容器来降低噪声时,充分了解电容器的特性是非常重要的。右下图为电容器的阻抗和频率之间的关系示意图,是电容器较基础的特性之一。电容器中不仅存在电容量C,还存在电阻分量ESR(等效串联电阻)。
电感分量ESL(等效串联电感)、与电容并联存在的EPR(等效并联电阻)。EPR与电极间的绝缘电阻IR或电极间有漏电流的具有相同的意义。可能一般多使用“IR”。C和ESL形成串联谐振电路,电容器的阻抗原则上呈上图所示的V字型频率特性。到谐振频率之前呈容性特性,阻抗下降。
谐振频率的阻抗取决于ESR。过了谐振频率之后,阻抗特性变为感性,阻抗随着频率升高而升高。感性阻抗特性取决于ESL。谐振频率可通过以下公式计算。从该公式可以看出,容值越小、ESL越低的电容器,谐振频率越高。如果将其应用于噪声消除,则容值越小、ESL越低的电容器,频率越高,阻抗越低。
因此可以很好地消除高频噪声。虽然这里说明的顺序有些前后颠倒,不过使用电容器降低噪声的对策,是利用了电容器“交流通过时频率越高越容易通过”这个基本特性,将不需要的噪声(交流分量)经由信号、电源线旁路到GND等。不同容值的电容器的阻抗频率特性。在容性区域,容值越大,阻抗越低。
另外,容值越小,谐振频率越高,在感性区域阻抗越低。下面总结一下电容器阻抗的频率特性。容值和ESL越小,谐振频率越高,高频区域的阻抗越低。容值越大,容性区域的阻抗越低。ESR越小,谐振频率的阻抗越低。ESL越小,感性区域的阻抗越低。简单来说,阻抗低的电容器具有出色的噪声消除能力。
不同的电容器其阻抗的频率特性也不同,所以这一特性是非常重要的确认要点。选择降噪用电容器时,请根据阻抗的频率特性来选型(而非容值)。选择降噪用电容器时,确认频率特性需要意识到连接的是LC的串联谐振电路(而非电容)。电容(Capacitance)亦称作“电容量”。
是指在给定电位差下的电荷的储藏量,记为C,国际单位是法拉(F)。一般来说,电荷在电场中会受力而移动,当导体之间有了介质,则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上,会造成电荷的累积储存,储存的电荷量则称为电容。电容的公式为:C=εS/4πkd 。
其中,ε是一个常数,S为电容较板的正对面积,d为电容较板的距离,k则是静电力常量。常见的平行板电容器,电容为C=εS/d(ε为较板间介质的介电常数,S为较板面积,d为较板间的距离)。在电容元件两端电压u的参考方向给定时,若以q表示参考正电位较板上的电荷量。
则电容元件的电荷量与电压之间满足 q=Cu。电流等于单位时间内通过某一横截面的电荷量,所以得到I=dq/dt,因此电流与电容的关系是 I=dq/dt =C(du/dt) 。该式表明,电流的大小与方向取决于电压对时间的变化率,电压增高时,du/dt》0,则dq/dt》0,i》0,较板上电荷增加。