电容器的寄生效应

pedestrian

初级会员

注册日期: Sep 2001

来自:

发帖数量: 3

电容的介质吸收的图示

pedestrian 上传了这个图片:

向版主反映这个帖子| < a>

09-18-2001 09:09 PM

pedestrian

初级会员

注册日期: Sep 2001

来自:

发帖数量: 3

电容器的寄生效应

我们都希望我们所用的电容器是一个理想的电容器，但事实并非如我们所愿。

实际电容器存在一些寄生效应：电容泄漏电阻Rp、串联损耗电阻Rs、串联电感Ls、介质损耗Rda+Cda

等。各种实际电容器的不同，一是在于容量大小不同，二则是这些寄生效应的大小不同。电容器主要用

于耦合（通交流隔直流）、去耦（滤除叠加在直流中的交流分量）、滤波器、选频网络、取样保持电路

等等。不同的用途，对于电容的要求各不相同，所以在电路设计中对电容器的选用很重要。那么首先就

要了解这些寄生效应对各应用的影响，以及各种电容器在这些寄生效应上的比较。

泄漏电流

电容泄漏电流大小在等效电路中表示为泄漏电阻Rp的大小，Rp越大，电容泄漏则越小；

在电容技术指标中常用漏电流或绝缘电阻来衡量；

在耦合和取样保持电路中，低电容泄漏（高Rp）非常重要；

电解电容具有相对较高的泄漏电流，而且在刚上电开始工作的几分钟内会有更高的泄漏电流；

钽电解电容比铝电解电容有更小的泄漏电流，但价格较高。钽电解电容的泄漏电流大约为5nA/µF，而铝

电解电容的泄漏电流大约为20nA/µF；

其它类型的电容，泄漏电阻一般都大于几百GΩ，所以在大多数应用场合对它们的泄漏电流忽略不计。

损耗电阻（等效串联电阻ESR）

电容损耗电阻Rs越大，损耗越大；

在电容技术指标中常用损耗角正切来衡量；

当较大交流电流流过电容时，Rs就消耗一部分功率，所以在RF电路和带高电流纹波去耦中，低损耗电

阻就显得非常重要，但在高精度模拟电路中损耗电阻并不会带来什么影响。

串联电感（等效串联电感ESL）

串联电感Ls的大小，决定了电容的工作频率，Ls越大，工作频率就越低；

电容器的一常见结构是两片金属箔夹着一片纸质或是塑料介质，卷成卷，这种结构的电容本身就有相当

大的电感，这就使得在频率大于几MHz的时候，其电感量大过电容量，所以不能用电解电容或是薄膜

电容来作高频去耦；

片状瓷介电容有比较低的串联电感（取决于它的层叠式结构），但它会产生颤噪声，有的会因高Q值而

自谐振，而圆片瓷介电容由于引线会有较高的串联电感；

钽电解电容和片状瓷介电容并联，可以保证模拟电路足够的去耦（连接片状瓷介电容印制板走线要短！）。

介质吸收

介质吸收是由等效电路中的Rda和Cda引起的，介质吸收表现为电容充电后，迅速放电，然后开路，

之后会恢复一部分的电压，如下图所示；

瓷介电容有很好的高频特性，但有相当高的介质吸收，这使得瓷介电容不适合用于取样保持电路（SHA）；

塑料介质电容如聚苯乙燃、聚丙烯、特芙隆电容有比较小的介质吸收，但并不是所有这些电容都适合用

在SHA中（在SHA中最好用有特别说明低介质吸收应用的电容）。

本资料由Pedestrian收集整理，版权所有！

pedestrian 上传了这个图片:

向版主反映这个帖子| < a>

09-18-2001 09:08 PM

Ming

初级会员

注册日期: Sep 2001

在电源和地线的过孔应该尽量采用孔径较大的，有助于降低阻抗，而其他信号线采用较小的过孔有利于

信号的高速传递

来自:

发帖数量: 7

向版主反映这个帖子| < a>

09-18-2001 08:33 PM

Ming

初级会员

注册日期: Sep 2001

来自:

发帖数量: 7

过孔本身存在着对地的寄生电容，如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为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：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，如果使用内径为10Mil，焊盘直径为20Mil的过孔，焊盘与地铺铜区的

距离为32Mil,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/(0.032-0.020)=0.517pF，这部分电容引起的上升时间变化量为：

T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps 。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，设计者还是要慎重考

虑的。

同样，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。

向版主反映这个帖子| < a>

09-18-2001 08:29 PM

pedestrian

初级会员

注册日期: Sep 2001

来自:

发帖数量: 3

过孔和直角走线，对于传输线来讲都是一个阻抗不连续点，自然就会产生反射，从而破坏信号的完整

性。

不知道过孔的阻抗有何办法可以计算？

向版主反映这个帖子| < a>

09-17-2001 10:16 PM

mollyzz

初级会员

注册日期: Aug 2001

来自:

发帖数量: 8

为什么加上去耦电容会好一些？

能不能在给我解释一下有关ESL和ESR的问题？有些paper中说应该使工作频率在resonate,但是有

些书中说应该使其不要工作在谐振频率上？

向版主反映这个帖子| < a>