电容器的寄生作用与杂散电容
电容式振动传感器谐波失真自检测接口ASIC设计
电容式振动传感器谐波失真自检测接口ASIC设计刘晓为;尹亮;陈伟平;王庆一;周治平【摘要】为实现电容式振动传感器的谐波失真测量,针对电容式振动传感器表头设计出一种开关电容型接口ASIC芯片,采用相同电极分时复用的方法,从而避免电容敏感与静电力反馈的馈通现象.对传感器敏感电容上下极板与中间质量块间的杂散电容导致的谐波失真进行了原理分析,可知传感器二次谐波与寄生电容成正比,三次谐波与寄生电容无关.提出采用电容阵列补偿、静电力平衡反馈式闭环电路结构进行传感器谐波失真抑制,并基于静电力原理提出一种新的电容式振动传感器谐波失真自检测方法,该方法无需精密振动台,仅需要低失真度电压信号源.实际测试结果显示,谐波失真检测精度可达到-83 dB.ASIC芯片采用2 μm CMOS工艺流片,刻度因子为1.2 V/g(g为重力加速度,g=9.8 m/s2),量程为±2g,噪声密度为3×10-6g/Hz,静态功耗为40 mW.测试结果证明,该电路达到高精度微加速度计系统设计要求,可以应用到地震监测、石油勘探等领域中.【期刊名称】《纳米技术与精密工程》【年(卷),期】2010(008)006【总页数】8页(P537-544)【关键词】振动传感器;谐波失真;开关电容;专用集成电路(ASIC)【作者】刘晓为;尹亮;陈伟平;王庆一;周治平【作者单位】哈尔滨工业大学MEMS中心,哈尔滨,150001;微系统与微结构教育部重点实验室,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学MEMS中心,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学MEMS中心,哈尔滨,150001;微系统与微结构教育部重点实验室,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学MEMS中心,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学MEMS中心,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】TN492微机械电容式振动传感器与传统地震检波器相比，具有噪声低、动态范围大等特点，在地震检波器中已广泛使用.微机械电容式振动传感器中电容检测接口ASIC(专用集成电路)芯片一直是国际研究热点，其中对ASIC芯片的噪声特性[1-3]、多轴检测[4-6]和芯片稳定性[7-8]等已进行深入的研究，但缺少对电容式振动传感器谐波失真原理的分析，而该参数是MEMS检波器优越于传统模拟速度检波器的最大区别.其次，提高电容式振动传感器的谐波失真测试精度一直是一个国际上的难题.目前国内的低频标准振动台的谐波失真(约-60 dB)远远高于电容式振动传感器的谐波失真(理论值-100 dB以下)，无法对电容式振动传感器的谐波失真参数进行准确标定.美国IO公司SYSTEM FOUR数字检波器、法国SERSEL公司的DSU3数字检波器的最低谐波失真皆为-90 dB，其主要原因是标定用的高质量振动台自身产生的谐波失真就接近-100 dB，限制了对电容式振动传感器谐波失真的检测能力[9-10].本文在上述背景下，针对电容式振动传感器设计出一种开关电容接口ASIC芯片，并对振动传感器敏感表头中杂散电容在传感器谐波失真参数引起的影响进行了理论分析，提出采用电容阵列补偿、闭环静电力平衡方法进行谐波失真抑制.针对谐波失真参数难以标定的现状，提出一种新的静电力谐波失真检测方法.该方法无需精密振动台即可进行电容式振动传感器的谐波失真自检测分析，实际测试结果显示：谐波失真测量可达到-83 dB.1 工作原理图1是振动传感器敏感表头结构，该结构由3层半导体材料组成.上下两层镀有金属电极，中间为质量体，其表面也有金属电极，上中下3层构成两个电容器CS1、CS2，其中CP1、CP2为电极间的杂散电容.当外界加速度ain发生变化时，中间质量块将垂直与上下盖板产生位移，从而导致电容CS1、CS2发生变化，通过检测上述两电容的变化，可以间接测量出外界加速度信号.上下电极分别施加正负电源电压+VS、-VS，通过电容检测电路将中间质量块的位移转换为电压输出Vf，同时将Vf反馈到质量块上，其闭环工作原理如图2所示.图2中d为电容两极板间距；ε为机械电容的介电系数；A为机械电容极板面积；Cf为电荷敏感放大器的电荷敏感电容；AV为接口电路的开环放大倍数.图1 闭环振动传感器敏感表头结构图2 闭环振动传感器静电力反馈原理框图当系统稳定时，在质量块上施加的反馈静电力近似等于输入加速度ain与质量块质量M的乘积，即(1)当系统的开环增益较大时，质量块的位移可以近似为零.近似认为CS1=CS2=CS，从而闭环电容振动传感器的刻度因子为(2)式中：CS为静态电容；VS为电源电压.2 电容式振动传感器谐波失真原理分析2.1 电容式振动传感器开环模式谐波失真分析电容式振动传感器接口电路原理如图3所示.当开关S7始终断开时，传感器为开环模式，得到开环检测电压输出为(3)式中：VOS为极板间非对称杂散电容导致的输出失调电压；Δd为振动信号输入引起的质量块位移；A0为开环增益.由于上下极板与中间质量块间存在非对称的杂散电容，导致位置敏感电压输出产生失调，如式(3)所示.当输入加速度信号较小时，即Δd较小时，可以近似认为Δd≈ainM/k.当输入ain为aINcos ωt时，三次谐波失真为(4)式中：k为传感器刚度；ωn为传感器无阻尼固有谐振频率.由式(4)可见，开环模式下传感器输出的谐波失真与寄生电容影响无关.然而高动态范围的电容式振动传感器通常情况下采用高灵敏度的机械表头，即相同加速度信号输入时质量块位移Δd较大，导致位移Δd与ain呈非线性关系，使谐波失真加剧.由于上述原因，高动态范围的振动传感器采用闭环工作模式.图3 电容式振动传感器接口ASIC芯片原理框图2.2 电容式振动传感器静电力闭环谐波失真分析当模拟开关S7工作时，传感器为闭环工作模式.振动传感器通过闭环静电力减小了质量块的位移Δd，提高了位移Δd与ain的线性度，降低了传感器的谐波失真.机械敏感电容的中间质量块相对中间位置发生位移时，其产生的反馈静电力为(5)式中：af为反馈等效加速度.将式(3)代入式(5)，由于传感器工作于闭环模式，因此Δd<<d，近似忽略高次项，可以近似认为Δd≈aeM/k，其中ae为反馈静电力等效的质量块加速度值，得到反馈等效加速度信号为(6)式中对af采用了泰勒展开，由于传感器为闭环结构，ae较小，因此忽略了ae的高阶项.闭环振动传感器的非线性输出反馈原理如图4(a)所示，当系统失调c0相对较小时，闭环反馈系统的输出计算函数(将af表示为ain的级数形式，并忽略高次项，结合模型1并利用系数对比)可以得到(7)根据式(3)、式(7)及图4(b)原理，得到输出电压为Vf≈γ0+γ1(aIN-af)=(8)根据图2所示的电容式闭环振动传感器工作原理，若输入信号为aINcos ωt，根据式(2)、式(8)及表1的振动传感器表头和电路参数，得出二次谐波失真为(9)三次谐波失真为(10)式中CP为寄生电容|CP1-CP2|(见图1).将表1参数代入式(9)和式(10)可知：传感器输出的三次谐波失真与传感器的寄生电容无关，当输入加速度幅值aIN小于±0.2g(g为重力加速度，g=9.8 m/s2)时，三次谐波失真将小于-100 dB.传感器输出的二次谐波失真与传感器的寄生电容有关，由于开环增益A0过大导致稳定性问题，电源电压受集成电路工艺限制，因此消除二次谐波失真最简单的方法是减小VOS，即消除极板间的非对称杂散电容CP.当采用电容阵列补偿方法(该方法详细描述见第3.2节)将杂散电容CP匹配至小于0.001CS时，其电容式振动传感器的二次谐波失真理论上将小于-120 dB.图4 电容式闭环振动传感器非线性反馈原理表1 电容式振动传感器表头及电路参数物理量数值静态电容CS/pF150质量块质量M/mg40传感器刚度k/(N·m-1)4000极板间距d/μm2电荷放大器反馈电容Cf/pF5位移电压转换系数A0200电源电压VS/V53 谐波失真自检测ASIC芯片设计3.1 电容式振动传感器接口ASIC芯片原理设计电容式振动传感器接口ASIC芯片原理如图3所示.电路采用调制解调、分时复用检测电极方式完成静电力平衡电容振动传感器的工作过程.电容检测电路采用CMOS开关电容检测方式有效提高电荷检测能力，利用大面积输入P管、相关双采样等电路结构降低电荷放大器的1/f低频噪声；利用PID反馈控制结构提高系统稳定性.其模拟开关的工作时序如图5所示，各个开关周而复始地执行该工作时序，完成电容式振动传感器的闭环工作过程.芯片整个工作周期T包括4个时间相位：放大器误差拾取相位(P1)、电荷放大器准备相位(P2)、电荷采样相位(P3)和静电力闭环反馈相位(P4).图5 闭环振动传感器ASIC芯片工作时序不同相位下的电路结构如图6所示.在相位P1，电荷放大器将失调电压与低频噪声电压(通称为误差电压Vn)施加于节点Vx，此时该节点的电荷量为Qx=(Vx-VS)CS1+(Vx+VS)CS2(11)在相位P2，开关S6断开，电荷放大器处于电荷检测准备状态，其节点Vx的电荷量与相位P1时相同.在相位P3，机械敏感电容CS1、CS2的驱动端接地，节点Vx 的电荷量保持不变，此时节点Vx的电荷总量满足方程Vn(CS1+CS2)+(Vn-VOUT)Cf=(Vn-VS)CS1+(Vn+VS)CS2(12)此时电荷放大器输出电压Vout被保持到采样电容CH，则Vout电压幅值为(13)在时钟相位P3，电路完成振动传感器机械表头电容量变化的检测.在时钟相位P4，开关S5、SH断开、S7闭合，电路结构如图6(d)所示，采样保持电压Vhold通过PID电路反馈至机械表头质量块Vx处，从而实现静电力反馈.然后，时序从时钟相位P1重新开始，并无限循环下去.本方案对机械表头质量块采用分时复用(检测、反馈分时)原理，减小电容检测、静电力反馈之间的馈通现象，实现振动传感器的静电力闭环反馈工作.图6 ASIC芯片中模拟开关工作原理3.2 电容阵列失调补偿工作原理考虑电容式振动传感器的寄生电容时，实际电路如图7所示.当输入加速度信号为0时，开关SA1、SA2断开，CS1=CS2，CP1-CP2=CP≠0时，电容敏感检测电路输出产生失调电压，由于反馈是通过PID电路进行的，积分器的作用将迫使电压节点Vhold = 0，即静电力反馈将迫使质量块位置发生变化Δd，使得CS2-CS1= CP，当Δd较小时，可以近似认为Δd≈afM/k.此时电路节点Vf的输出失调为(14)此时的VOS造成了式(9)所示的传感器输出二次谐波失真.为消除寄生电容造成的二次谐波失真，采用电容阵列进行补偿，即将阵列CA1或阵列CA2并列连接于CS1或CS2上，使得当输入aIN为0时，CS1+CP1+CA1=CS2+CP2+CA2，消除电容振动传感器的输出失调VOS.3.3 谐波失真自检测工作原理采用周期施加静电力的方法等效输入加速度信号，从而进行电容式振动传感器的谐波失真检测，该方法可以避免高精度振动台的使用，其检测原理如图3所示，在接口电路的PID反馈控制结构Vin处施加自检测电压VT，该信号经PI电路传输至模拟开关S7输入端，模拟开关按数字时序分别闭合S5、S7，分别进行质量块位置检测、静电力平衡负反馈、自检测静电力施加功能，整个周期T小于100μs(采样频率fs大于10 kHz).其自检测电压为低频正弦电压信号(信号频率fs<100 Hz).中间电极对输入自检测信号的采样结果为(15)式中τ为模拟开关S7在单位周期T内闭合的时间.对式(15)进行傅里叶变换，结果为(16)式中ωs=2πfs.根据工作时序图5，为常数并不引入失真项.此外，根据抽样原理，电路采样频率fs远大于奈奎斯特采样频率，不会出现频谱混叠现象，并可重现输入信号的频谱特性.传感器开环工作时，在量程范围内Δd<0.05d，系统环路增益>5，因此传感器闭环工作时Δd<0.01d，其施加自检测静电力近似为(17)图7 电容阵列失调补偿工作原理由电路原理(图3)可知，反馈结构采用的是PID反馈结构，因此节点Vhold的直流电压应为0，可近似认为(18)将式(18)带入式(17)，得到自检测等效输入加速度幅值aIN及电压输出Vhold分别为(19)(20)式中L为传感器的环路增益，其传感器输出Vhold二次谐波失真为(21)该方法产生的等效加速度信号如式(19)所示，由于所施加的自检测电压信号与等效加速度信号呈非线性关系，因此该自检测信号本身就存在谐波失真，影响最终测试精度.且由式(21)可知：自检测静电力的二次谐波与输入自检测电压VT、杂散电容CP成正比，三次谐波可近似忽略.根据式(19)～式(21)，要提高传感器谐波失真的自检测精度，可通过提高电源电压VS，或采用电容阵列补偿杂散电容CP来实现.4 测试结果与分析电容式振动传感器接口ASIC芯片采用2 μm模拟CMOS工艺，实际芯片照片如图8所示，芯片面积为4.2 mm×3.8 mm.电容式振动传感器的混合封装如图9所示，机械敏感部分采用瑞士COLIBRYS公司SF1500传感器的真空封装电容式机械表头.图8 电容式振动传感器接口ASIC芯片照片图9 电容式振动传感器混合封装测试照片4.1 电容式振动传感器性能测试电容式振动传感器在实验室条件下的性能测试结果如表2所示.测试噪声时，将振动传感器悬挂并处于0g状态进行减震，并采用动态分析仪HP35670A进行噪声频谱测试，其噪声频谱如图10所示.表2 电容式振动传感器测试结果静态功耗/mW刻度因子/(V·g-1)噪声密度/Hz-12量程401.23×10-6g±2g图10 电容式振动传感器噪声频谱4.2 谐波失真自检测功能测试在实验室测试环境下，采用动态分析仪HP35670A进行传感器谐波失真测试，电容传感器电源采用±5 V，传感器实际使用时的量程为±0.2g，对应输出电压为±240 mV.利用HP35670A的信号源输出40 Hz、480 mVpp正弦电压信号(等效0.4gpp加速度输入信号)，该信号源的谐波失真为-90 dB，将该信号输出施加于电容式振动传感器自检测输入端，其传感器输出频谱如图11所示.图11(a)和图11(b)分别对应敏感电容偏差2%、20%时传感器输出谐波失真.由图11可知，二次谐波清晰可见，且电容偏差较大时，二次谐波也较大，其中三次谐波已被传感器输出噪声所淹没，对传感器谐波失真影响较小，可近似忽略，符合第3.3节的分析.表3描述了不同电容偏差导致的二次谐波理论值(据式(21)计算所得)与实测值的对比，由于信号源的谐波失真为0.003%，导致传感器实测值略高于理论值0.006%，而二次谐波与电容偏差呈线性关系且斜率相同，符合式(21)的分析.图11 电容失调导致的电容传感器谐波失真测试结果图12为不同幅值加速度信号输入的传感器输出频谱，输入幅值分别为240 mVpp、480 mVpp，对应输入等效加速度信号为0.1g、0.2g.谐波失真测试结果分别为-83 dB、-79 dB，二次谐波为主要谐波分量，输入信号幅值增加一倍，二次谐波失真约增加一倍，说明传感器二次谐波与输入幅值呈线性关系，符合式(21)的分析.表3 不同电容偏差下二次谐波理论值和实测值对比电容偏差CP/CSHD2理论值/%HD2实测值/%0.010.00150.0070.020.0030.0090.040.0060.0120.060.0090.0150.200.0300 .042图12 电容式振动传感器谐波失真测试频谱根据上述测试结果可知：(1)针对电容式振动传感器表头设计出一种基于静电力平衡原理的开关电容式接口ASIC芯片，该芯片对传感器表头中间检测电极分时进行静电力反馈、质量块位置检测功能.整体ASIC芯片采用自动清零、相关双取样、闭环反馈等方式抑制CMOS芯片噪声，最终与表头匹配后的噪声密度为3×10-6g/.(2)利用静电力自检测原理可以完成传感器谐波失真自检测，该方法无需精密振动台，通过周期施加静电力、并调整电容阵列的原理，谐波失真检测精度达到-83 dB，与理论分析基本相符.5 结语对闭环电容式振动传感器的谐波失真进行了理论分析，认为电容敏感结构间的杂散电容将导致位置检测输出失调，从而出现谐波失真现象.设计了一种电容式振动传感器接口ASIC芯片，芯片采用2 μm CMOS工艺实现，测试结果表明，与真空封装电容表头匹配后，刻度因子为1.2 V/g，噪声密度为3×10-6g /.芯片采用电容阵列、闭环结构进行谐波失真抑制，理论分析谐波失真可降至-120 dB.利用静电力原理，提出一种电容式振动传感器谐波失真自检测方法，提供了理论分析结果.在等效输入信号为0.4gpp时，检测精度达到-83 dB，与理论分析结果相符.【相关文献】[1] Amini Babak Vakili, Abdolvand Reza, Ayazi Farrokh. A 4.5-mW closed-loop ΔΣ micro-gravity CMOS SOI accelerometer [J]. IEEE J Solid-State Circuits, 2006, 41(12): 2983-2991.[2] Aaltonen L, Halonen K. Continuous-time interface for a micromachined capacitive accelerometer with NEA of 4 μg and bandwidth of 300 Hz [J]. Sensors and ActuatorsA:Physical, 2009, 154(1): 46-56.[3] Kulah H, Chae J, Najafi K. Noise analysis and characterization of a sigma-delta capacitive microaccelerometer [J]. IEEE J Solid-State Circuits, 2006, 41(2):352-361.[4] Rödjegård Henrik, Lööf Anders. A differential charge-transfer readout circuit for multiple output capacitive sensors [J]. Sensors and Actuators A:Physical, 2005, 119(2): 309-315.[5] Takao H, Fukumoto H. A CMOS integrated three-axis accelerometer fabricated with commercial sub-micrometer CMOS technology and bulk-micromachining [J]. 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电路分析基础教案(第5章) 2
§5-2 电容的VCR 例题：电路如图所示，电压源电压为三角波形， 求电容电流i（t）。
0 0.5 1 1.5 -100 解：在关联参考方向时，i=C（du/dt）， 在0≤t≤0.25ms期间， i=1×10-6×[(100-0)/(0.25×10-3-0)=0.4A；
35
i(t) + C= u(t) 1 μ F -
100
u/V t/ms
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
§5-2 电容的VCR u/V
100 0 -100
t/ms 0.5 1 1.5
在0.25≤t≤0.75ms期间， i=1×10-6×[(-100-100)/(0.75×10-30.25×10-3)] =-0.4A；
36
§5-2 电容的VCR
100 0 -100
0.4
u/V
§5-1 电容元件
3、电容元件特点 线性电容有如下特点： （1）双向性 库伏特性是以原点对称，如图所示，因此与 端钮接法无关。 斜率为C q/C C u/V
0
18
§5-1 电容元件 （2）动态性 若电容两端的电压是直流电压U，则极板上的 电荷是稳定的，没有电流，即：I=0。
电容相当于断 路（开路），所 以电容有隔断直 流作用。
8
第五章 电容元件与电感元件 电阻电路在任意时刻t的响应只与同一时刻的 激励有关，与过去的激励无关。 因此，电阻电路是“无记忆”，或是说“即 时的”。 与电阻电路不同，动态电路在任意时刻t的响 应与激励的全部过去历史有关。 因此，动态电路是“有记忆”的。
9
第五章 电容元件与电感元件
本章主要内容： 动态元件的定义； 动态元件的VCR； 动态电路的等效电路； 动态电路的记忆、状态等概念。
消除电容传感器寄生电容干扰的几种方法.
消除电容传感器寄生电容干扰的几种方法摘要: 电容传感器结构简单,分辨率高,但寄生电容的存在严重影响了其工作特性,文章分析了寄生电容存在的原因,采用驱动电缆技术、运算放大器驱动技术、整体屏蔽技术、集成组合技术可有效减小寄生电容,提高传感器的性能。
关键词：电容传感器;寄生电容;干扰;驱动电缆技术;整体屏蔽技术1 前言---电容式传感器具有温度稳定性好,结构简单,适应性强,动态响应好等优点,广泛应用于位移、振动、液位、压力等测量中[1],但由于电容式传感器的初始电容量很小,而连接传感器与电子线路的引线电缆电容、电子线路的杂散电容以及传感器内极板与周围导体构成的电容等所形成的寄生电容却较大,不仅降低了传感器的灵敏度,而且这些电容是随机变化的,使得仪器工作很不稳定,影响测量精度,甚至使传感器无法工作,必须设法消除寄生电容对传感器的影响。
2 消除电容传感器寄生电容的方法2.1 增加初始电容值---采用增加初始电容值的方法可以使寄生电容相对电容传感器的电容量减小。
可采用减小极片或极筒间的间距,如平板式间距可减小为0.2mm,圆筒式间距可减小为0.15mm,增加工作面积或工作长度来增加原始电容值,但此种方法要受到加工和装配工艺、精度、示值范围、击穿电压等限制,一般电容变化值在10-3～103pF之间。
2.2 集成法[2]---将传感器与电子线路的前置级装在一个壳体内,省去传感器至前置级的电缆,这样,寄生电容大为减小而且固定不变,使仪器工作稳定。
但这种做法因电子元器件的存在而不能在高温或环境恶劣的地方使用。
也可利用集成工艺,把传感器和调理电路集成于同一芯片,构成集成电容传感器。
2.3 采用“驱动电缆”技术---在压电传感器和放大器之间采用双层屏蔽电缆,并接入增益为1的驱动放大器,这种接法使得内屏蔽与芯线等电位,消除了芯线对内屏蔽的容性漏电,克服了寄生电容的影响,而内外层之间的电容变成了驱动放大器的负载,因此,驱动放大器是一个输入阻抗很高,具有容性负载,放大倍数为1的同相放大器。
电容传感器寄生电容干扰的产生原因及消除方法
电容传感器寄生电容干扰的产生原因及消除方法分析了电容传感器寄生电容存在的主要原因，以及消除寄生电容干扰的几种方法：主要采用驱动电缆技术、运算放大器驱动技术、整体屏蔽技术、集成组合技术来减小寄生电容，以提高传感器的性能。
电容式传感器具有结构简单，灵敏度高，温度稳定性好，适应性强，动态性能好等一系列优点，目前在检测技术中不仅广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的测量，还可用于液位、压力、成份含量等热工方面的测量中。
但由于电容式传感器的初始电容量很小，一般在皮法级，而连接传感器与电子线路的引电缆电容、电子线路的杂散电容以及传感器内极板与周围导体构成的电容等所形成的寄生电容却较大，不仅降低了传感器的灵敏度，而且这些电容是随机变化的，使得仪器工作很不稳定，从而影响测量精度，甚至使传感器无法正常工作，所以必须设法消除寄生电容对电容传感器的影响。
以下对消除电容传感器寄生电容的几种方法进行分析。
增加初始电容值法采用增加初始电容值的方法可以使寄生电容相对电容传感器的电容量减小。
由公式C0=ε0·εr·A/d0可知，采用减小极片或极筒间的间距d0，如平板式间距可减小为0.2毫米，圆筒式间距可减小为0.15毫米;或在两电极之间覆盖一层玻璃介质，用以提高相对介电常数，通过实验发现传感器的初始电容量C0不仅显著提高了，同时也防止了过载时两电极之间的短路;另外，增加工作面积A或工作长度也可增加初始电容值C0。
不过，这种方法要受到加工工艺和装配工艺、精度、示值范围、击穿电压等的限制，一般电容的变化值在10-3～103pF 之间。
采用“驱动电缆”技术，减小寄生电容如图1所示：在压电传感器和放大器A之间采用双层屏蔽电缆，并接入增益为1的驱动放大器，这种接法可使得内屏蔽与芯线等电位，进而消除了芯线对内屏蔽的容性漏电，克服了寄生电容的影响，而内外层之间的电容Cx变成了驱动放大器的负载，电容传感器由于受几何尺寸的限制，其容量都是很小的，一般仅几个pF到几十pF。
电容式传感器原理及其应用PPT课件
2.1 变面积式电容传感器
变面积式电容式传感器通常分为线位移型 和角位移型两大类。
〔1〕线位移变面积型
常用的线位移变面积型电容式传感器可分 为平面线位移型和柱面线位移型两种结 构。
➢ 对于平板状结构，在图4-2〔a〕中，两极板有效覆盖面积就发生变化，电容 量也随之改变，其值为：
➢
➢ 式中，
，为初始电容值。
➢ 当电容式传感器的电介质改变时，其介电常数变化， 也会引起电容量发生变化。
➢ 变介电常数式电容传感器就是通过介质的改变来实 现对被测量的检测，并通过传感器的电容量的变化 反映出来。它通常可以分为柱式和平板式两种，如 下图。
〔a〕柱式
〔b〕平板式
变介电常数式电容传感器
➢ 变介电常数式电容传感器的两极板间假设存在导电 物质，还应该在极板外表涂上绝缘层，防止极板短 路，如涂上聚四氟乙烯薄膜。
➢ 电桥的输出电压为：
2.2 变压器电桥电路
电容式传感器接入变压器电桥测量电路如下图，它可 分为单臂接法和差动接法两种。
〔a〕单臂接法
〔b〕差动接法
〔1〕单臂接法
图4-8(a)所示为单臂接法的变压器桥式测量电路，高 频电源经变压器接到电容桥的一个对角线上，电容 构成电桥的四个臂，其中 为电容传感器。
〔a〕电容器的边缘效应
〔b〕带有等位环的平板式电容器
图4-14 等位环消除电容边缘效应原理图
〔2〕保证绝缘材料的绝缘性能 ① 温度、湿度等环境的变化是影响传感器中绝缘材料
性能的主要因素。 ②传感器的电极外表不便清洗，应加以密封，可防尘、
防潮。 ③ 尽量采用空气、云母等介电常数的温度系数几乎为
零的电介质作为电容式传感器的电介质。 ④ 传感器内所有的零件应先进行清洗、烘干后再装配。
各种电容的工作原理及应用
各种电容的工作原理及应用1. 电容的工作原理电容是一种存储电荷的器件，由两个平行的导体板（电极）组成，中间有绝缘材料（电介质）隔开。
电容器的工作原理基于电荷积累和电场的作用。
当电压施加在电容器的两个电极上时，电荷会在两个电极之间积累，并且会在电场的作用下产生电位差。
根据电容的式子Q=CV，其中C表示电容量，V表示电压，Q表示储存的电荷量。
可见，电容的工作原理与电荷的积累和储存有关。
2. 电容的应用2.1 电子电路中的应用电容在电子电路中有广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：•滤波器：电容器可以被用作滤波器元件，根据电容对不同频率的电信号通过的特性，可以实现对电路中杂散噪声和干扰信号的滤波作用。
•隔直：电容器可以阻止直流信号通过，而对交流信号允许通过。
这一特性被广泛应用于直流电源隔直、交流信号的耦合等电路中。
•信号耦合：电容器可以用于两个电路之间的信号传递，使得低频信号通过，而阻断直流信号传递。
这样可以实现在不同电路之间的信号耦合，常见的应用是音频放大器中的输入和输出耦合。
•计时器：电容的充放电特性可以用于实现计时功能，例如在微控制器中使用RC电路实现简单的计时器。
•电源稳压：电容可以被用作电源稳压电路中的储能元件，通过电容的电荷积累，可以在短时间内提供额外的电流，保持电路工作的稳定性。
2.2 通信应用•天线调谐器：电容可以用于调谐天线的频率，使得天线能够接收到特定频率的无线信号。
•射频阻抗匹配：电容可以被用作射频电路中的阻抗匹配元件，确保信号的有效传输和匹配。
2.3 电力系统应用•电力电容器：电容器被广泛用于电力系统中，用于功率因数校正、电流稳定、电压调节等功能。
电容器可以通过吸收和释放电能来调整电力系统中的功率因数，提高电力系统的效率。
•气体绝缘电容器：气体绝缘电容器由两个金属电极和气体绝缘材料组成，主要用于高压和大容量的电力传输和电力系统中的电能储存。
3. 不同类型电容的应用3.1 陶瓷电容•应用场景：陶瓷电容器广泛用于电子电路中的耦合、绕组、隔直、滤波等应用场景。
过孔的寄生电容和电感
? ? 从这些数值可以看出，尽管单个过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显，
但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换，就会用到多个过孔，设计时就要慎重考虑。
实际设计中可以通过增大过孔和铺铜区的距离（Anti-pad）或者减小焊盘的直径来减小寄生电容。
6．对于密度较高的高速PCB板，可以考虑使用微型过孔
举例来说，对于一块厚度为50Mil的PCB板，如果使用的过孔焊盘直径为20Mil（钻孔直径为10Mils），阻焊区直径为40Mil,则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是：
C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF
? ? 这部分电容引起的上升时间变化量大致为：
2．上面讨论的两个公式可以得出，使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄生参数。
3．PCB板上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量不要使用不必要的过孔。
4．电源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好。可以考虑并联打多个过孔，以减少等效电感。
5．在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路。甚至可以在PCB板上放置一些多余的接地过孔。
? ? 过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感，在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。
它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效用。我们可以用下面的经验公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感：
L=5.08h[ln(4h/d)+1]
? ? 其中L指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径。从式中可以看出，过孔的直径对电感的影响较小，而对电感影响最大的是过孔的长度。
寄生电容
应用
动态读写存贮器（DRAM），以其速度快、集成度高、功耗小、价格低在微型计算机中得到极其广泛地使用。 但动态存储器同静态存储器有不同的工作原理。它是靠内部寄生电容充放电来记忆信息，电容充有电荷为逻辑1， 不充电为逻辑0。
实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现 为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整 机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、 合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把 控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。 由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而 把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。
相关解释
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寄生电容的仿真曲线图
相关的文献总量年度变化规律图
电源纹波和瞬态规格会决定所需电容器的大小，同时也会限制电容器的寄生组成设置。图1显示一个电容器的 基本寄生组成，其由等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)组成，并且以曲线图呈现出三种电容器(陶瓷电容 器、铝质电解电容器和$铝聚合物电容器)的阻抗与频率之间的关系。表1显示了用于生成这些曲线的各个值。这 些值为低压(1V – 2.5V)、中等强度电流(5A)同步降压电源的典型值。
学术解释
"寄生电容"在学术文献中的解释
1、另一方面传感器பைடு நூலகம்有极板间电容外，极板与周围体（各种元件甚至人体）也产生电容，这种电容称为寄生 电容。它不但改变了电容传感器的电容量，而且由于传感器本身电容量很小，寄生电容极不稳定，这也导致传感 器特性不稳定,对传感器产生严重干扰。
电容器与电容的应用
电容器与电容的应用电容器是一种能够储存电能的装置，它的基本构成包括两个带电极板之间的绝缘介质。
通过在电容器两端施加电压，可以将电量储存在电场中。
电容器广泛应用于各个领域，对人们的生活和工作起着重要的作用。
一、电容器在电子领域的应用1. 滤波电容器：在电子电路中，滤波电容器用于消除电源波动和电磁干扰，保证电流的稳定。
滤波电容器能够滤除电源中的高频噪声和杂波，为设备提供干净的电力。
2. 耦合电容器：在放大器电路中，耦合电容器用于将输入信号与输出信号之间的交流分离，使得放大器可以放大所需的信号。
耦合电容器能够传输交流信号，同时阻断直流信号的传输。
3. 高频电容器：在射频电路中，高频电容器用于储存和传输高频信号。
由于高频信号的特殊性，需要选择具有较低阻抗和较高响应速度的高频电容器，以确保信号的准确传输。
4. 蓄电池电容器：电容器能够快速储存和释放电能，因此在需要快速响应和高输出功率的系统中广泛应用，如电动汽车和助力器件等。
二、电容器在通信领域的应用1. 信号处理电容器：通信设备中经常使用电容器进行信号处理，例如去除杂散信号、平滑波形和隔离不同电路之间的干扰。
信号处理电容器能够提高信号的质量和可靠性。
2. 隔直电容器：在电话线路中，隔直电容器用于隔离交流信号和直流信号。
直流信号可以通过隔直电容器转移，而交流信号则可以继续传输，提高通信质量。
3. 慢充电容器：在通信基站中，慢充电容器用于储存电能，以备不时之需。
这些电容器能够在电网电压稳定时慢慢充电，在电网电压不稳定或中断时提供应急电力支持。
三、电容器在能源领域的应用1. 功率电容器：在输电和配电系统中，功率电容器用于提高电能的功率因数，减少输电损耗和提高电网效率。
功率电容器能够补偿电路中的无功功率，提高电网功率的有效利用。
2. 能量储存电容器：随着可再生能源的发展，能量储存成为关键技术。
电容器作为能量储存装置之一，具有高效、快速响应和长寿命的特点，在可再生能源领域具有广泛应用前景。
杂散电感 电容
由电路中的导体如：连接导线、元件引线、元件本体等呈现出来的等效电感是杂散电感.
最近在测试电容时，发现电容器的感性对高频电路产生巨大的影响，那杂散电感和寄生电感的区别？
最佳答案检举
分布电容：必须注意到的是，不只是电容器中才具有电容，实际上两导体之间都存在电容。
例如，两根传输线之间，每跟传输线与大地之间，都是被空气介质隔开的，所以，也都存在着电容。
一般情况下，这个电容值很小，它的作用可忽略不计，如果传输线很长或所传输的信号频率高时，就必须考虑这电容的作用，另外在电子仪器中，导线和仪器的金属外壳之间也存在电容。
上述这些电容通常叫做分布电容，虽然它的数值很小，但有时却会给传输线路或仪器设备的正常工作带来干扰。
寄生的含义就是本来没有在那个地方设计电容，但由于布线构之间总是有互容，互感就好像是寄生在布线之间的一样，所以叫寄生电容。
寄生电容一般是指电感，电阻，芯片引脚等在高频情况下表现出来的电容特性。
实际上，一个电阻等效于一个电容，一个电感，和一个电阻的串连，在低频情况下表现不是很明显，而在高频情况下，等效值会增大，不能忽略。
在计算中我们要考虑进去。
ESL就是等效电感，ESR就是等效电阻。
不管是电阻，电容，电感，还是二极管，三极管，MOS管，还有IC，在高频的情况下我们都要考虑到它们的等效电容值，电感值。
电容器的寄生作用与杂散电容知识
电容器的寄生作用与杂散电容知识电容器的寄生作用问：我想知道如何为详细的运用选择适宜的电容器，但我又不清楚许多不同种类的电容器有哪些优点和缺陷?答：为详细的运用选择适宜类型的电容器实践上并不困难。
普通来说，按运用分类，大少数电容器通常分为以下四种类型(见图14.1)：交流耦合，包括旁路(经过交流信号，同时隔直流信号)·去耦(滤掉交流信号或滤掉叠加在直流信号上的高频信号或滤掉电源、基准电源和信号电路中的低频成分)·有源或无源RC滤波或选频网络·模拟积分器和采样坚持电路(捕捉和贮存电荷)虽然盛行的电容器有十几种，包括聚脂电容器、薄膜电容器、陶瓷电容器、电解电容器，但是对某一详细运用来说，最适宜的电容器通常只要一两种，由于其它类型的电容器，要么有的功用清楚不完善，要么有的对系统功用有〝寄生作用〞，所以不采用它们。
问：你谈到的〝寄生作用〞是怎样回事?答：与〝理想〞电容器不同，〝实践〞电容器用附加的〝寄生〞元件或〝非理想〞功用来表征，其表现方式为电阻元件和电感元件，非线性和介电存储功用。
〝实践〞电容器模型如图14.2所示。
由于这些寄生元件决议的电容器的特性，通常在电容器消费厂家的产品说明中都有详细说明。
在每项运用中了解这些寄生作用，将有助于你选择适宜类型的电容器。
问：那么表征非理想电容器功用的最重要的参数有哪些?答：最重要的参数有四种：电容器走漏电阻RL(等效并联电阻EPR)、等效串联电阻(ESR)、等效串联电感(ESL)和介电存储(吸收)。
电容器走漏电阻，RP：在交流耦合运用、存储运用(例如模拟积分器和采样坚持器)以及当电容器用于高阻抗电路时，RP是一项重要参数，电容器的走漏模型如图1 4.3所示。
但是实践电容器中的RP使电荷以RC时间常数决议的速率缓慢走漏。
电解电容器(钽电容器和铝电容器)的容量很大，由于其隔离电阻低，所以漏电流十分大(典型值5～20nA/μF)，因此它不适宜用于存储和耦合。
ch5.电容版图设计
等离子体
6~9
5
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布线电容
电容版的有效面积由上极板和下极板的交叠区域决 定。由于极板尺寸远大于介质厚度，所以对于薄膜电容 通常可以忽略边缘效应。
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本章主要内容
布线寄生电容 电容类型及其容值变化
CH7
电容寄生效应
各种电容比较 电容匹配布局
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电容类型
B A A
Poly P+ N+ N+ P+
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各种电容比较-PIP电容
C1 C2 Poly2 Poly1 Poly2
Poly1
许多CMOS和BICMOS工艺都包含了多层Poly，所以 可以使用PIP来制作平板电容。
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各种电容比较-PIP电容
Poly2 Poly2
Poly1 点阵结构接触孔
Poly1 叉指结构接触孔
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本章主要内容
第5单元 电容版图设计
主讲：赵琳娜
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本章主要内容
布线寄生电容 电容类型及其容值变化
CH7
电容寄生效应
各种电容比较 电容匹配布局
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布线电容
杂散电容 W L
T
绝缘层 衬底
布线电容由两部分组成： 1.平板电容 2.杂散电容
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H
布线电容
互连线侧向耦合电容
杂散电容
平板电容
重叠电容和杂散电容
电容的变化-电压调制
积累区，电容为常数 电容 源和漏短接到背栅，电容 在更高的偏压下恢复 源漏未短接，电容保持低 值 反型区 电容在阈值电压处达到最小
积累区
栅压相当背栅为负时，体硅中的多数载流子被向上抽取并在氧化层下积累， 此时电容由器件的栅介质决定。 栅正偏时，多数载流子被排斥从而远离表面，并形成耗尽区，随着偏压增大， 耗尽区加宽，电容减小。 栅压等于阈值电压时，从体硅中抽取少子，使表面反型，反型层形成后，偏 压增加只是增加少子浓度，不会影响耗尽区宽度。 如果源漏未连接到背栅，因为耗尽层厚度不变，所以电容值保持不变。 如果源漏短接到背栅，沟道使源漏短接，反型层成了电容下极板，电容增加 到重新等于栅氧电容值。 LOGO
过孔的寄生电感和电容以及如何使用过孔
一、过孔的寄生电容和电感过孔本身存在着寄生的杂散电容，如果已知过孔在铺地层上的阻焊区直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于：C=1.41εTD1/(D2-D1)过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度。
举例来说，对于一块厚度为50Mil的PCB板，如果使用的过孔焊盘直径为20Mil（钻孔直径为10Mils），阻焊区直径为40Mil,则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是：C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF这部分电容引起的上升时间变化量大致为：T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps从这些数值可以看出，尽管单个过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显，但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换，就会用到多个过孔，设计时就要慎重考虑。
实际设计中可以通过增大过孔和铺铜区的距离（Anti-pad）或者减小焊盘的直径来减小寄生电容。
过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感，在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。
它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效用。
我们可以用下面的经验公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感：L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中L指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径。
从式中可以看出，过孔的直径对电感的影响较小，而对电感影响最大的是过孔的长度。
仍然采用上面的例子，可以计算出过孔的电感为：L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH如果信号的上升时间是1ns，那么其等效阻抗大小为：XL=πL/T10-90=3.19Ω。
这样的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略，特别要注意，旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔，这样过孔的寄生电感就会成倍增加。
关于交流电路的谐振等问题
关于交流电路的谐振等问题1. 分布电容电容从⼴义上来讲, 任何两个导体之间都可以看作是电容. 只不过中间的介电介质各不相同. 如⼈体和⼤地之间都可以看作是⼀个电容:⼈体是导体, ⼤地更是导体, 之间的空⽓, 鞋⼦可以看作是介电介质. 任何两根靠近的导线, 如电源线⾥的两根电线, 电阻的两个引脚等等都是电容.但是这些电容, 跟我们⽣产的有明确作⽤⽤途的电容, C1, C2, C3...等是不同的, 它是 "寄⽣"在导线之间的, 所以这些电容, 在电⼯技术中,叫做寄⽣电容, 杂散电容, 分布电容. 同理的, 也有寄⽣电感, 分布电感, 如变压器⾥的线圈和线圈之间的绝缘的匝数之间就会形成寄⽣电感. 这些都叫 "寄⽣参数".⼀般寄⽣参数对低频的电信号的阻碍, 影响作⽤⽐较⼩, 可以忽略不计. 但是对⾼频信号就不能忽略了, 因为对于⾼频信号, 它们产⽣的寄⽣参数就⽐较⼤, ⽽且对于⼤规模集成电路, 由于印刷线⽐较多,⽽且密集, 相互间靠的很近,所以主要影响芯⽚朝更⼤规模集成的\影响芯⽚性能和稳定的就是这些寄⽣电容和寄⽣电感..2. 在⼀切电⼦电路中, 不管是多么复杂的, 集成度多⾼, 都是由四种原件组成的, 即电阻, 电感, 电容, pn结(包括⼆极管,三极管,场管等)...3. 交流电的有效值和平均值?交流电是瞬时值, 其平均值跟⼀切变化信号的平均值的概念是⼀样的.都是按照 "微分和积分"的⽅法来计算的. 设信号di=f(t)dt. 则在0~t时间内的平均值就是: avg(i) = ∫0,tf(t)dt/t 由于正弦交流电的正负半周期的⽅向相反, 所以曲线与时间轴之间的代数⾯积和为0, 因此在⼀个周期内, 交流电电流的平均值为0. 所以通常都是以半个周期内交流电电流的平均值来说的, 为0.637倍交流电电流的峰值. 从另⼀个⾓度来理解交流电的平均值也是可以的: 所谓平均值是指在⼀段时间t内, 通过导线横截⾯的电量的总和: i=dQ/dt. ⼀个周期内, dQ=0...4. 交流电的有效值, 是以交流电的热效应来说的. 由于交流电是随时都在发⽣改变的, 你要考虑交流电的⼤⼩和作⽤, 到底是依据哪个时刻的⼤⼩为依据呢? 没办法? 所以, 就以⼀段时间内, 交流电和直流电做同样效果的热效应来⽐对, 即使⽤交流电的有效值来考察交流电.(交流电的有效值是最⼤值的0.707倍最⼤值).5. 交流电研究时, 是考虑瞬时值,还是有效值?通常来说, 如果要研究, 推理, 论证, 推导时, 通常采⽤瞬时值. 但是, 如果要在使⽤中, 进⾏计算, 选择元件的时候, 通常采⽤有效值.6. 交流电的欧姆定律交流电, 不管是瞬时值还是有效值,都是满⾜欧姆定律的, 所不同的是, 其中的电阻就不能使⽤纯电阻了, 要使⽤电抗 Z . ⽽且计算的时候, 要使⽤电抗的绝对值 |Z|.7. 在研究交流电的时候, 要从思想⽅法上, 做⼀个转变, 即不能再以纯代数, 的⽅法来看待交流电, 要⽤⽮量, 向量的思想⽅法来看待思考交流电, 即电路中的电抗要分成纯阻性的电阻R, 电容的容抗Xc, 电感的感抗 Xl. 通常以电压的有效值的⽅向为电阻, 电流的参考⽅向, 于是整个电路的阻抗就是: |Z| =根号下(R2+ (Xc-Xl)2)同样的电流也是这样的符合勾股定律的计算值. 这⾥都是针对正弦交流电⽽⾔的.交流电的欧姆定律中, 可以使⽤峰值和有效值, 但通常使⽤有效值来进⾏计算.在写markdown的时候, 为什么不考虑数字编号的顺序?其实,这个是有科学依据的, 因为,在实际输⼊中, 有时候会在项⽬符号的中间, 临时要再插⼊⼀些编号, 或者需要改变⼀些编号, ⽽且这种情况还是⽐较多见的所以, md为了⽅便⽤户的需要, ⽽不必强⾏要求编号的数字必须是紧挨着的. 不像word那样的... 所以, 今后在输⼊列表的时候,统⼀的将列表序号都写成 1. 就好了.什么叫市制和公制市制就是市场上使⽤的,是⽼百姓使⽤的, 如市⽄, 市尺.公制, 就是国际通常使⽤的, 如: 公⽄, 公尺. 所以 1公尺 = 1 ⽶ = 3 市尺 = 3尺.电容的⼤⼩:电容的单位⽤法:（即F， 就是Farad， 法拉第）． 他是⼀个很⼤的单位, ⼀个球体的电容要达到 1F , 需要这个球体的半径 9*10e9⽶.指数: ex'ponent 美 [ɪk'spoʊnənt] -> exponential -> exponentially (increase exponentially) -> 所以简写为 exp, e, 等等.注意这个仅仅只是表⽰指数, 具体的底数是多少, 如是10, 还是2,等等要你⾃⼰写出来如, 8*2e3...chevron: 雪佛龙, 美国标准⽯油... 全球五百强企业第五位.在阿拉伯的分公司叫阿拉伯美国⽯油公司, 简称阿美公司.后来因为反托拉斯法案被分裂成⼏个公司, 其中主体就叫chevron⽯油公司. 现在在中国的是和德州的加德⼠⼀起的⽣产的⾦福利机油.欧美的资本主义推⾏的是⾃由资本主义, 国家是反对垄断资本主义的, 包括cartel, ⾟迪加, 托拉斯等形式的垄断公司. 托拉斯叫trust即资本信托. antitrust law反托拉斯法案就是为了避免垄断带来的抬⾼价格, 垄断市场和原料, 谋取暴利...chevron: 还有⼀个意思是: 燕尾, 燕尾形状. 即各种⽅向的 > 符号, ^等. 在bootstrap中的图标glyghicon-chevron-right/left/up/down就是各种燕尾形状...chevrolet: sevr2'le在电路中为什么多采⽤调节电容的⽅式来调节电路?因为电容的调节相对来说, 更容易调节, 更容易实现. 电容可以将多⽚极板⽤铜螺钉连接起来, 形成 "定⽚", 然后⽤螺钉将多个极⽚连接起来形成 "动⽚", 于是, 通过调节动⽚, 来调节电容极⽚间的相对⾯积, 从⽽实现电容的调节.电容调节的⽬的, 通常,(绝⼤多数)都是跟电感L相"串联""并联", 以便形成调谐回路, 起振, 从⽽实现电路的(选频.震荡)等⽬的.电容有插件式(也叫插脚式), 还有贴⽚式电容元件, 贴⽚式元件也叫smt, smd(surface mounted device). mount: 安装, 嵌⼊, 镶嵌的意思, 做名词,是"底座"的意思. 不管是电视机,还是电脑主板上的焊接, 都不是⼈⼯焊接的, 都是机器⾃动焊接的.电路板焊接的⽅式有两种, ⼀种是波峰焊, ⼀种是回流焊.波峰焊是针对插件式(插脚式)电路板, 开始时机器⼈插好插脚孔, 没有焊锡, 然后在熔融的液态的焊锡液⾥, 浸泡, 冷却, ...形成焊点.回流焊主要是⽤来焊接贴⽚式元件的. 区别是: 在印刷电路板上, 事先就刷上焊锡和焊锡膏, 然后放上贴⽚元件, 再⽤⾼温热风或红外线加热, 使焊锡膏融化,留下焊锡将元件固定在电路板上.电容的⽣产⼯艺?可调电容(还有半可调电容器, 就是没有⼿柄, 只有⼀个沉头螺钉, 需要⽤改⼑来调节, 主要⽤于不经常需要进⾏调整的地⽅) , 介电介质包括:陶瓷， 云母， 纸质， 空⽓还有薄膜．．．⼀般都是薄膜电容器. 使⽤的是, 将⾦属⽚(如铝⽚等)和薄膜卷绕⽽成. 也有的是, 将⾦属膜蒸镀咋薄膜上, 形成: metalized film. ⼀般薄膜有: 聚酯膜如聚⼄脂, 聚碳酸酯薄膜, 聚丙烯和聚苯⼄烯薄膜. ⼀般薄膜是很薄的, 厚度通常是在 2~ 16 um微⽶, 可调电容器的电容值调节范围⼤约是3倍, 如2-7微法, 3-9微法, 5-15微法.⽽且⾦属化薄膜还专门有⼚家在供应...好的电容器, 要求有较⼩的漏电电阻...即通交流直流时, 应该有较⼩的直接电流流过..电解电容的特点是, 电容值⽐较⼤, 但是极性不能接反了,接反了极性可能会发⽣爆炸.电容器的极板上带的电荷， 通常是： 跟电源的正极相连的极板， 带的是正电荷．跟负极相连的极板带的是 负电荷． 原理是： 电源的正极 会吸引 相连的极板上的电⼦（看看电流的⽅向就知道了）， 从⽽使其带上正电荷， ⽽电源的负极会排斥（推斥）电⼦， 到相连的极板上， 从⽽使其带上负电荷．．．⽣产⼯艺流程是:1. 分切, 设备是分切机, 将半成品膜分切为成品膜, 或使⽤⾦属化膜;2. 卷绕, 设备是卷绕机, 卷绕成芯⼦, 是最重要的部分; 两个⾦属⽚不是⼀样长的, ⾥⾯的要长⼀点, 便于露出⼀部分连接引脚.3. 喷⾦, 喷⾦机, 在芯⼦的两个端⾯上喷上⾦属层, 便于焊接. ⼀般采⽤锌丝, 锌铝合⾦丝4. 赋能, 赋能机, 对芯⼦进⾏冲放电检测, 看其容量是否满⾜要求5. 焊接装配, (⾃动焊接机), 在前⾯喷⾦的⾦属层上, 焊上引线, 然后进⾏串联或并联多个芯⼦(组合成芯组), 初步组装;6. 浸渍, (设备是浸渍机). 在⾼温和真空状态下,使⽤绝缘油进⾏浸渍, 以除去芯⼦和芯组中的空⽓和⽔分7. 其他常规程序, 最后是包装检测成品....为什么不⽤普通导线来传输⾼频信号?因为对于⾼频信号来说, 普通导线会产⽣⽐较⼤的分布电容, 寄⽣电容,会对信号产⽣较⼤的改变和失真, 即经过传输后, 信号的相位phase可能就不再是原来的样⼦了, 在后续的电路中再使⽤原来的表达式进⾏计算的话, 就会产⽣错误.通常使⽤同轴电缆来传输⾼频信号.其外周的电介质既是传输介质的⼀部分, 同时⼜可以屏蔽内部的电磁能量向外发散损失, ⼜可以屏蔽外部电磁的⼲扰.交流电路的欧姆定律功率分成:1. 视在功率: P=UI, 是表⽰电源的容量和承载能⼒.2. 有功功率, 是指U跟I在同向⽅向上的分量的乘积, 因为U和I 对交流电⽽⾔通常不是同向的， 中间的夹⾓为Φ, I在U⽅向上的分量是cosΦ, 这部分电功是纯阻性的, 是消耗的有功功率, 所以, P(有功)= UIcosΦ. 有功功率的单位是W, ⽡.3. ⽆功功率, 是对于电感L,和电容C, 在电路中是存储磁能和电场能, 它们实际上并没有消耗电能, 只是和电源之间在转换能量, 所以这部分能量是不会被实际消耗的, 就叫⽆功功率. 单位是var , 乏 . ⼤⼩就是 P(⽆功)=UISinΦ.4. 视在功率: P=P(向量) + P(⽆功向量), 两者之间是相互垂直的.5. 所以这个Φ⾓的cos值, 就叫做功率因数. λ=cosΦ=P(有功)/S提⾼功率因数 , 有助于提⾼电源电⽹的能量利⽤率 , 同时减⼩电线上电能的损失!....电感L对电路的阻碍作⽤, 叫感抗: Xl=ωL=2∏fL , 因此对低频信号感抗很⼩, 对⾼频信号的阻碍作⽤很⼤, 所以电感的作⽤是通直流阻交流, 对于电容: 容抗 Xc=1/(ωC) =1/(2∏fC), 它的作⽤就是阻低频通⾼频.电路的感性还是容性?要看U和I的相位的前后, 当U超前I时, 电路成感性, 当U落后I时, 电路成容性.也就是要看Xl和Xc的⼤⼩,当Xl > Xc的时候, X>0, 此时U是超前I的, 电路成感性.当Xl < Xc的时候, X<0,此时U落后I, 电路成容性.当Xl = Xc的时候, X=0, 此时U和I同相, 电路成阻性.⽆功功率, 并不是⽆⽤, ⽽是交换的意思, 意思就是, 只是"消耗", 只是相对于有功功率⽽⾔的.计算交流电的相关特性问题时, 步骤是: 先计算出容抗和感抗Xc, Xl, 然后⽤勾股定律, 计算出电抗Z, 然后⽤欧姆定律计算出电流的有效值I=U/|Z|, 然后计算出 U和I的夹⾓: Φ = arctg((Xc-Xl)/R), 最后得到结果: 视在功率， 有功功率＝UIｃｏｓΦ， 功率因素cosΦ等等.串联谐振和并联谐振?在交流电电路中, 电阻等效于, ⼀个纯性电阻, 电容 , 电感的串联.对于RLC的串联电路中, 如果是低频电路, R和L的阻碍作⽤⽐较⼩, ⽽C的阻碍作⽤较⼤, 整个电路中的电流⽐较⼩;对于⾼频信号, C的阻碍作⽤较⼩, 但是RL的阻碍作⽤就⼤.整个电路中的电流也⽐较⼩;所以, 当信号频率从⼩到⼤变化时, 电流-频率的变化曲线是⼀个尖峰尖坡形曲线, 两边⼩, 中间⼤, 因此总会有⼀个频率, 使整个电路的电流最⼤. 这个电流就是串联电路的谐振电流I0, 对应当频率就是谐振频率 f0. 这时的起振就是谐振条件, 谐振时电流最⼤, 主要使⽤于信号内阻较⼩的情形, 主要⽤作选频电路, 取⽤的物理量是 : 电流.信号: 实际⽣活⼯作中, 信号总是以⼀定宽度, ⼀定范围内的频率存在的, 在这个频率范围内的信号都是有⽤的, 都是电路中需要的信号频率.⽐如, ⼈的声⾳, 唱歌的声⾳, ⾳乐声, 震动的频率, 温度, 压强变化的范围等, 都是⼀个范围, ⼯作中的物理量, 绝不是⼀个单⼀的数值, 总是⼀定频率范围的信号, 所以信号总是以宽度存在的, 信号的频率宽度叫做频宽.通频带, 也叫带宽, 意思是, 某个电路, 对某个频率范围的信号, 都有较⼤的谐振电流, 电路的谐振能⼒越强, 选频作⽤越强, 选出的频率就越好,但是如果选频的范围过于狭窄, 信号中原来有的有些有⽤的信号就会被过滤, 引起信号的失真, ⽐如⾳乐的选频, 如果通频带过于狭窄, 那么原来⾳乐的⾼⾳部分, 或者低⾳部分就会被截⽌, 从⽽引起声⾳的失真. 因此, 要求对电路的设计, 既要有较好的选频作⽤, ⼜要有适当的带宽. 规定:当信号的振幅不⼩于最⼤振幅的 0.707 I max时的频率范围, 就叫通频带, 简称带宽.同理, 对于LC并联谐振, 起振时, 电流最⼩, 电路成阻性, 适⽤于内阻较⼤的信号, 取⽤的是, 电路两端的电压(因为此时电压最⼤)....。
安规电容有正负吗
安规电容有正负吗
电容的分类有很多种方法，其中我们可以根据电容是否区分正分极，分为有极性电容器和无极性电容器。
对于有极性的电容器，如果在电路上接反，就会出现电路通电后电容爆炸、烧坏的问题。
安规电容属于电路上最常用的一种电子元器件，安规电容有正负吗？它属于有极性的电容器吗？
其实有极性的电容器极少，所有的安规电容器都是没有极性的，不用担心电路正负极接反的问题。
安规电容的特点与作用：
安规电容一般是用在交流电源的输入级，主要是做滤波用的。
X电容主要是滤除差模干扰信号，一般是接在零线和火线之间，当然也可以串联在电路中，作为阻容降压电容来使用。
X电容最常用的就是X1安规电容和X2安规电容。
Y电容是分别跨接在交流输入线L - PE和N - PE之间的电容，它和X电容都是安规电容，即电容失效后，不会导致电击，不危及人身安全。
区别在X电容跨接在L，N之间。
Y电容抑制共模干扰。
共模干扰电流主要是由电源电路中的功率管对地的寄生电容，快速二极管对地的寄生电容，以及变压器的寄生电容和杂散电容所引起
什么电容区分正负极？
电解电容、钽电容是需要区分正负极的。
（部分特殊的电解电容属于无极性电容，但绝大多数电解电容都要区分正负极）。
在使用的时候，千万不要接反，不然电容通就会损坏。
电容参数 sh
电容参数 sh
电容型号上带有SH标识的可能表示如下：
1. 高温电容器，电容通常能承受高电压和高温。
2. 有机电容器，有机电容器采用有机材料作为介电材料，可满足高容量、高介电常数、低成本等多种应用场景。
3. 静电保护电容器，其主要作用是确保电子元器件和电路不会受到静电干扰，从而保证电路的正常工作和寿命。
这类电容器通常具有很低的串扰和杂散电容，可以有效提高整个电路的抗干扰性能。
因此，SH表示电容器的封装方式，与SO尺寸相似，SH比SO更薄，主要用于电子产品中空间有限的场合。
以上信息仅供参考，如有疑问可查阅相关书籍或咨询专业技术人员。
部分电容和杂散电容
尝＋ ４ ４ ａ － ， ａ ＂ ２ ＋ ． － … ＋ ４ ￣ ． 尝 ｒ ｍ 一 １ … 。 ‘ 然 后 从
上 到 下按 列相加 ，得到 ：
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或写 成 ：
∑ｑ ＝ ∑ｑ ，
（ ２ ）
的 电 位 ｑ ２ ｑ ３ ＋ ． ． … 杀， 式 中
一
２＝ｒ ２ １ ，是 点 电荷 １ 和２ 之 间 的距 离 。写 出 个由ｍ 项 组成 的 阵列 ：
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４ ｎａ＇ ￣ ｍ
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…．
…． ． ．
０
此 即 点 电荷 系 的格 林 互 易定理 。有 了 （ ２ ） 不难证明（ １ ） 。为 具体 起见 考虑 三 个分 离导 体 系 的情 况 ， 如 图 （ １ ） 所 示 。 当 导体 ｌ 、２ 、３ 上 带 电荷 Ｑ １ ， ，Ｑ ］ 时 ， 它 们 的 电 位 分 别 为 ， ， ： 当它 们 带 电荷 Ｑ ． ， ， 时 ， 电位 分别 为 ， ， 。设 想把 三个 导体 上 的 电荷 都细 分为 １ ０ ０ 份 ，每 份 均可 近似 看 为 点 电荷 ， 并将 导体 ｌ 上 的 小 电荷 编号 为 １ ，２，…… １ ０ ０，导体 ２ 上 的小 电荷 编号 为 １ Ｏ １ ，１ ０ ２ ，… …２ ０ ０ ，导体 ３ 上 的 小 电荷 编 号 为 ２ ０１ ，２ ０ ２ ， ……３ ０ ０ ， 再 注 意 到 ， 同一导 体 上各 处 的 电位 皆相等 ，应用 （ ２ ） 得到：
电容器的寄生作用与杂散电容知识问答
电容器的寄生作用与杂散电容知识问答电容器是电路中常见的元件之一，其具有储存电能的功能，广泛应用于电源滤波、信号耦合等电路中。
然而，电容器的实际效果却会受到一些影响，比如所谓的寄生作用和杂散电容。
本文将对电容器寄生作用与杂散电容进行探讨，以解答相关知识问题。
一、电容器寄生作用的概念及影响电容器的寄生作用指的是电容器本身所存在的结构，例如电极间的导线以及电容器的外壳等，在电路中会产生一些与电容器固有特性不同的电容。
这些相对于电容器本身的电容性质被称为寄生电容。
（参考文献1）寄生电容的存在会影响电路的工作频率、稳定性以及信号传输效果，主要表现为以下几个方面：1. 寄生电容会影响电路的工作频率。
电容器的寄生电容与电容器本身的电容组合起来，形成一个总电容。
这个总电容值会比电容器本身的电容值大，从而影响电路的工作频率范围。
例如，电容器本来可以用于10kHz信号的滤波器，但加入寄生电容后，就只能应用于更低的频率范围。
2. 寄生电容会降低电路的稳定性。
在高频应用场合，电路中存在的寄生电容会影响电路的传输特性，从而导致电路的不稳定性。
这种不稳定性体现在电路的输出不可预测或者波形失真等方面。
3. 寄生电容会影响信号传输效果。
在高频应用场合，信号传输的幅度和相位都会受到电路中寄生电容的影响。
这种影响和电缆的传输损耗类似，会导致信号的失真和损失。
二、电容器杂散电容的概念及影响电容器的杂散电容指的是电容器构成部分之外其他元件之间的电容。
例如，电容器的引脚与电路板之间的电容以及电容器与相邻电容器之间的电容等。
这些电容虽然不属于电容器本身，但却会对电路产生影响。
（参考文献2）杂散电容对电路的影响与寄生电容类似，但更为严重。
主要表现在以下两个方面：1. 杂散电容会对高频信号产生响应。
这种响应会使电路输出波形变形，从而导致信号失真。
在高速数字电路等场合，这种失真会严重影响电路的工作效果。
2. 杂散电容会对电路的带宽产生影响。
电路的总带宽不仅取决于电容器本身的特性，还受到其他元件之间的电容的影响。
不同电容的作用-概述说明以及解释
不同电容的作用-概述说明以及解释1.引言1.1 概述电容是一种电子元件，用于存储电荷并在电路中储存电能。
它是一种passifloraceae 元件，只能存储电荷，而不能产生或放大电信号。
电容器通常由两个导体板之间的电介质组成，这个电介质可以是空气、塑料或者是金属氧化物等等。
在电路中，电容起到了许多重要的作用。
首先，电容可以被用来储存能量，使得电路能够在断开电源之后继续供应电能。
其次，电容可以用来滤波，使得电路中的信号更加稳定。
此外，电容还可以用于调节电路的频率响应，使得电路能够更好地适应不同频率的信号。
不同电容的作用也有所不同。
大容量电容器可以储存更多的电荷，并且具有较低的内阻。
这使得它们在需要大量能量存储或者需要稳定电源的应用中很有用。
小容量电容器则更适用于高频电路和信号耦合等应用，因为它们能够更快地响应变化的电压。
总之，电容在电路中扮演着重要的角色，不仅能够储存电荷和电能，还可以用来滤波、调节频率响应等。
不同电容的作用各有所长，根据具体的需求选择合适的电容，可以更好地满足电路的要求。
未来，随着科技的发展，电容的应用前景将会更加广阔，为各种领域的电子设备和系统提供更好的性能和功能。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：本文的结构主要分为三个部分，分别是引言、正文和结论。
在引言部分，我们先概述了整篇文章的内容和目的，引导读者对不同电容的作用有一个整体的认识。
接着介绍了文章的结构，即本文将从电容的基本概念开始讲起，然后分别探讨不同电容的作用1和作用2，最后通过结论对不同电容的作用进行总结，并展望电容的应用前景。
正文部分是本文的主体，我们首先通过对电容的基本概念进行介绍，包括电容的定义、电容的单位和电容的特性等内容。
然后，我们将具体探讨不同电容的作用1，通过实例和说明，深入剖析电容在某个特定领域或装置中的重要作用和作用机理。
接着，我们继续研究不同电容的作用2，展示电容在另一个领域或装置中的应用场景和作用效果。
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电容器的寄生作用与杂散电容zhenglixin 发表于 2005-5-7 9:29:00电容器的寄生作用问：我想知道如何为具体的应用选择合适的电容器，但我又不清楚许多不同种类的电容器有哪些优点和缺点?答：为具体的应用选择合适类型的电容器实际上并不困难。
一般来说，按应用分类，大多数电容器通常分为以下四种类型(见图14.1)：·交流耦合，包括旁路(通过交流信号，同时隔直流信号)·去耦(滤掉交流信号或滤掉叠加在直流信号上的高频信号或滤掉电源、基准电源和信号电路中的低频成分)·有源或无源RC滤波或选频网络·模拟积分器和采样保持电路(捕获和储存电荷)尽管流行的电容器有十几种，包括聚脂电容器、薄膜电容器、陶瓷电容器、电解电容器，但是对某一具体应用来说，最合适的电容器通常只有一两种，因为其它类型的电容器，要么有的性能明显不完善，要么有的对系统性能有“寄生作用”，所以不采用它们。
问：你谈到的“寄生作用”是怎么回事?答：与“理想”电容器不同，“实际”电容器用附加的“寄生”元件或“非理想”性能来表征，其表现形式为电阻元件和电感元件，非线性和介电存储性能。
“实际”电容器模型如图14.2所示。
由于这些寄生元件决定的电容器的特性，通常在电容器生产厂家的产品说明中都有详细说明。
在每项应用中了解这些寄生作用，将有助于你选择合适类型的电容器。
图14.2 “实际”电容器模型问：那么表征非理想电容器性能的最重要的参数有哪些?答：最重要的参数有四种：电容器泄漏电阻RL(等效并联电阻EPR)、等效串联电阻(ESR)、等效串联电感(ESL)和介电存储(吸收)。
电容器泄漏电阻，RP：在交流耦合应用、存储应用(例如模拟积分器和采样保持器)以及当电容器用于高阻抗电路时，RP是一项重要参数，电容器的泄漏模型如图1 4.3所示。
图14.3 电容器的泄漏模型理想电容器中的电荷应该只随外部电流变化。
然而实际电容器中的RP使电荷以R C时间常数决定的速率缓慢泄漏。
电解电容器(钽电容器和铝电容器)的容量很大，由于其隔离电阻低，所以漏电流非常大 (典型值5～20nA/μF)，因此它不适合用于存储和耦合。
最适合用于交流耦合及电荷存储的电容器是聚四氟乙烯电容器和其它聚脂型(聚丙烯、聚苯乙烯等)电容器。
等效串联电阻(ESR)，R ESR ：电容器的等效串联电阻是由电容器的引脚电阻与电容器两个极板的等效电阻相串联构成的。
当有大的交流电流通过电容器，R ESR 使电容器消耗能量(从而产生损耗)。
这对射频电路和载有高波纹电流的电源去耦电容器会造成严重后果。
但对精密高阻抗、小信号模拟电路不会有很大的影响。
R ESR 最低的电容器是云母电容器和薄膜电容器。
等效串联电感(ESL)，L ESL ：电容器的等效串联电感是由电容器的引脚电感与电容器两个极板的等效电感串联构成的。
像R ESR 一样，L ESL 在射频或高频工作环境下也会出现严重问题，虽然精密电路本身在直流或低频条件下正常工作。
其原因是用子精密模拟电路中的晶体管在过渡频率(transition freque ncie s)扩展到几百兆赫或几吉赫的情况下，仍具有增益，可以放大电感值很低的谐振信号。
这就是在高频情况下对这种电路的电源端要进行适当去耦的主要原因。
电解电容器、纸介电容器和塑料薄膜电容器不适合用于高频去耦。
这些电容器基本上是由多层塑料或纸介质把两张金属箔隔开然后卷成一个卷筒制成的。
这种结构的电容具有相当大的自感，而且当频率只要超过几兆赫时主要起电感的作用。
对于高频去耦更合适的选择应该是单片陶瓷电容器，因为它们具有很低的等效串联电感。
单片陶瓷电容器是由多层夹层金属薄膜和陶瓷薄膜构成的，而且这些多层薄膜是按照母线平行方式排布的，而不是按照串行方式卷绕的。
单片陶瓷电容的不足之处是具有颤噪声(即对振动敏感)，所以有些单片陶瓷电容器可能会出现自共振，具有很高的Q值，因为串联电阻值及与其在一起的电感值都很低。
另外，圆片陶瓷电容器，虽然价格不太贵，但有时电感很大。
问：在电容器选择表中，我看到“损耗因数”这个术语。
请问它的含义是什么?答：好。
因为电容器的泄漏电阻、等效串联电阻和等效串联电感，这三项指标几乎总是很难分开，所以许多电容器制造厂家将它们合并成一项指标，称作损耗因数(disspat ion factor)，或DF，主要用来描述电容器的无效程度。
损耗因数定义为电容器每周期损耗能量与储存能量之比。
实际上，损耗因数等于介质的功率因数或相角的余弦值。
如果电容器在关心频带范围的高频损耗可以简化成串联电阻模型，那么等效串联电阻与总容抗之比是对损耗因数的一种很好的估算，即DF≈ωR ESR C还可以证明，损耗因数等于电容器品质因数或Q值的倒数，在电容器制造厂家的产品说明中有时也给出这项指标。
介质吸收，R DA ，C DA ：单片陶瓷电容器非常适用于高频去耦，但是考虑介质吸收问题，这种电容器不适用于采样保持放大器中的保持电容器。
介质吸收是一种有滞后性质的内部电荷分布，它使快速放电然后开路的电容器恢复一部分电荷，见图 14 4。
因为恢复电荷的数量是原来电荷的函数，实际上这是一种电荷记忆效应。
如果把这种电容器用作采样保持放大器中的保图14 4 介质吸收作用使电容器快速放电然后开路以恢复原来一部分电荷持电容器，那么势必对测量结果产生误差。
对于这种类型应用推荐的电容器，正如前面介绍的还是聚脂型电容器，即聚苯乙烯电容器、聚丙烯电容器和聚四氟乙烯电容器。
这类电容器介质吸收率很低(典型值＜0 01%)。
常见电容器特性比较见表14 1。
关于高频去耦的一般说明：保证对模拟电路在高频和低频去耦都合适的最好方法是用电解电容器，例如一个钽片电容与一个单片陶瓷电容器相并联。
这样两种电容器相并联不但在低频去耦性能很好，而且在频率很高的情况下仍保持优良的性能。
除了关键集成电路以外，一般不必每个集成电路都接一个钽电容器。
如果每个集成电路和钽电容器之间相当宽的印制线路板导电条长度小于10cm，可在几个集成电路之间共用一个钽电容器。
关于高频去耦另一个需要说明的问题是电容器的实际物理分布。
甚至很短的引线都有不可忽视的电感，所以安装高频去耦电容器应当尽量靠近集成电路，并且做到引脚短，印制线路板导电条宽。
为了消除引脚电感，理想的高频去耦电容器应该使用表面安装元件。
只要电容器的引脚长度不超过1 5mm，还是选择末端引线电容器(wire ended capacitors)。
电容器的正确使用方法如图14 5所示。
(a) 正确方法 (b) 错误方法·使用低电感电容器(单片陶瓷电容器)·安装电容器靠近集成电路·使用表面安装电容器·短引脚、宽导电条图14 5 电容器的正确使用杂散电容前面我们已经讨论了电容器像元件一样的寄生作表14 1 各种电容器件性能比较表类型典型介质吸收优点缺点NPO陶瓷电容器吸收＜0 1%外型尺寸小、价格便宜、稳定性好、电容值范围宽、销售商多、电感低通常很低，但又无法限制到很小的数值(10nF)聚苯乙烯电容器 0 001%～0 02%价格便宜、DA很低、电容值范围宽、稳定性好温度高于85°C，电容器受到损害、外形尺寸大、电感高聚丙烯电容器 0 001%～0 0 2%价格便宜、DA很低、电容值范围宽温度高于+105°C，电容器受到损害、外形尺寸大、电感聚四氟乙烯电容器 0 003%～ 0 02%DA很低、稳定性好、可在+125°C以上温度工作、电容值范围宽价格相当贵、外形尺寸大、电感高MOS电容器 0 01%DA性能好，尺寸小，可在+25°C以上温度工作，电感低限制供应、只提供小电容值聚碳酸酯电容器 0 1%稳定性好、价格低、温度范围宽外形尺寸大、DA限制到8位应用、电感高聚酯电容器 0 3%～0 5%稳定性中等、价格低、温度范围宽、电感低外形尺寸大、DA限制到8位应用、电感高单片陶瓷电容器(高k值)＞0 2%电感低、电容值范围宽稳定性差、DA性能差、电压系数高云母电容器＞0 003%高频损耗低、电感低、稳定性好、效率优于1%外形尺寸很大、电容值低(＜10nF)、价格贵铝电解电容器很高电容值高、电流大、电压高、尺寸小泄漏大、通常有极性、稳定性差、精度低、电感性钽电解电容器很高尺寸小、电容值大、电感适中泄漏很大、通常有极性、价格贵、稳定性差、精度差用，下面让我们讨论一下称作“杂散”电容(stray capacitance)的另一种寄生作用。
问：什么是杂散电容?答：像平行板电容器一样，(见图14 6)不论什么时候，当两个导体彼此非常靠近 (尤其是当两个导体保持平行时)，便产生杂散电容。
它不能不断地减小，也不能像法拉弟屏蔽一样用导体进行屏蔽。
C=0.0085×E R ×Ad其中：C=电容，单位pFE R =空气介电常数A=平行导体面积，单位mm 2d=平行导体间的距离，单位mm图14 6 平行板电容器模型杂散电容或寄生电容一般出现在印制线路板上的平行导电条之间或印制线路板的相对面上的导电条或导电平面之间，见图14 7。
杂散电容的存在和作用，尤其是在频率很高时，在电路设计中常常被忽视，所以在制造和安装系统线路板时会产生严重的性能问题，例如，噪声变大，频率响应降低，甚至使系统不稳定。
通过实例说明如何用上述电容公式计算印制线路板相对面上的导电条产生的杂散电容。
对于普通的印制线路板材料，E R =4 7,d=1 5mm，则其单位面积杂散电容为3pF/cm 2 。
在250MHz频率条件下，3pF电容对应的电抗为212 2Ω。
问：请问如何消除杂散电容?答：实际上从来不能消除杂散电容。
最好的办法只能设法将杂散电容对电路的影响减到最小。
问：那么应该如何减小杂散电容呢?答：减小杂散电容耦合影响的一种方法是使用法拉弟屏蔽(Faraday shield)，它是在耦合源与受影响电路之间的一种简捷接地导体。
问：杂散电容是如何起作用的?答：让我们看一下图14 8。
图中示出了高频噪声源V N 如何通过杂散电容C 耦合到系统阻抗Z的等效电容。
如果我们几乎或不能控制V N ，或不能改变电路阻抗Z 1 的位置，那么最好的解决方法是插入一个法拉弟屏蔽。
图14 9示出了法拉弟屏蔽中断耦合电场的情况。
图14 8 通过杂散电容耦合的电压噪声(a) 电容屏蔽中断耦合电场(b) 电容屏蔽使噪声电流返回到噪声源，而不通过阻抗Z 1图14 9 法拉弟电容屏蔽请注意法拉弟屏蔽使噪声和耦合电流直接返回到噪声源，而不再通过阻抗Ｚ 1 。
电容耦合的另一个例子是侧面镀铜陶瓷集成电路外壳。
这种DIP封装，在陶瓷封装的顶上有一小块方形的导电可伐合金盖，这块可伐合金盖又被焊接到一个金属圈(metallized rim)上 (见图14 10)。