电容电感的选择及emi中的应用

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1、电容电感的选择及电容电感的选择及 EMI 中的应用中的应用纸介电容:用两片金属箔做电极，夹在极薄的电容纸中，卷成圆柱形或者扁柱形芯子， 然后密封在金属壳或者绝缘材料（如火漆、陶瓷、玻璃釉等）壳中制成。它的 特点是体积较小，容量可以做得较大。但是有固有电感和损耗都比较大，用于 低频比较合适。 云母电容:用金属箔或者在云母片上喷涂银层做电极板，极板和云母一层一层叠合后， 再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。它的特点是介质损耗小，绝缘电阻 大、温度系数小，适宜用于高频电路。 陶瓷电容: 用陶瓷做介质，在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜做极板制成。它 的特点是体积小，耐热性好、损耗小、绝缘电阻

2、高，但容量小，适宜用于高频 电路。 铁电陶瓷电容容量较大，但是损耗和温度系数较大，适宜用于低频电路。 薄膜电容:结构和纸介电容相同，介质是涤纶或者聚苯乙烯。涤纶薄膜电容，介电常数 较高，体积小，容量大，稳定性较好，适宜做旁路电容。 聚苯乙烯薄膜电容，介质损耗小，绝缘电阻高，但是温度系数大，可用于高频 电路。 金属化纸介电容 结构和纸介电容基本相同。它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代替金属箔， 体积小，容量较大，一般用在低频电路中。 油浸纸介电容:它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里，能增强它的耐压。它的特点是电容量大、耐压高，但是体积较大。 铝电解电容:它是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，

3、插入一片弯曲的铝带做正极制 成。还需要经过直流电压处理，使正极片上形成一层氧化膜做介质。它的特点 是容量大，但是漏电大，稳定性差，有正负极性，适宜用于电源滤波或者低频 电路中。使用的时候，正负极不要接反。 钽、铌电解电容:它用金属钽或者铌做正极，用稀硫酸等配液做负极，用钽或铌表面生成的氧 化膜做介质制成。它的特点是体积小、容量大、性能稳定、寿命长、绝缘电阻 大、温度特性好。用在要求较高的设备中。 半可变电容: 也叫做微调电容。它是由两片或者两组小型金属弹片，中间夹着介质制成。调 节的时候改变两片之间的距离或者面积。它的介质有空气、陶瓷、云母、薄膜 等。 可变电容: 它由一组定片和一组动片组成，

4、它的容量随着动片的转动可以连续改变。把两 组可变电容装在一起同轴转动，叫做双连。可变电容的介质有空气和聚苯乙烯 两种。空气介质可变电容体积大，损耗小，多用在电子管收音机中。聚苯乙烯 介质可变电容做成密封式的，体积小，多用在晶体管收音机中。 NPO(COG):电气性能最稳定，基本上不随温度、电压与时间的改变面改变，适 用于对稳定性要 求高的高频电路； X7R(2X1):电气性能较稳定,在温度、电压与时间改变时性能的变化并不显著， 适用于隔直、偶合、旁路与对容量稳定性要求不太高的鉴频电路，由于 X7R 是 一种强电介质，因面能造出容量比 NPO 介质更大的电容器； Y5V（2F4）（Z5U）：具有

5、较低高的介电常数，常用于生产比容较大的、标称 容量较高的大容量电容器产品，但其容量稳定性较 X7R 差，容量、损耗对温度 ，电压等测试条件较敏感。1.14.1、退藕电容的一般配置原则 电源输入端跨接一个 10100uF 的电解电容器，如果印制电路板的位置允许 ，采用 100uF 以上的电解电容器的抗干扰效果会更好。 为每个集成电路芯片配置一个 0.01uF 的陶瓷电容器。如遇到印制电路板空 间小而装不下时，可每 410 个芯片配置一个 110uF 钽电解电容器，这种器 件的高频阻抗特别小，在 500kHz20MHz 范围内阻抗小于 1，而且漏电流 很小（0.5uA 以下）。 对于噪声能力弱、关

6、断时电流变化大的器件和 ROM、RAM 等存储型器件， 应在芯片的电源线（Vcc）和地线（GND）间直接接入去耦电容。 去耦电容的引线不能过长，特别是高频旁路电容不能带引线。 在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时操作它们时均会产生较大火 花放电，必须 RC 电路来吸收放电电流。一般 R 取 1 2K，C 取 2.2 47 UF。 CMOS 的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时对不用端要接地或接正电源。 设计时应确定使用高频低频中频三种去耦电容，中频与低频去耦电容可根据 器件与 PCB 功耗决定,可分别选 47-1000uF 和 470-3300uF；高频电容计算为: C=“P/V“*V

7、*F。 每个集成电路一个去耦电容。每个电解电容边上都要加一个小的高频旁路电 容。 用大容量的钽电容或聚酷电容而不用电解电容作电路充放电储能电容。使用 管状电时，外壳要接地。由于大部分能量的交换也是主要集中于器件的电源和地引脚，而这些引脚又是 独立的直接和地电平面相连接的。这样，电压的波动实际上主要是由于电流的 不合理分布引起。但电流的分布不合理主要是由于大量的过孔和隔离带造成的 。这种情况下的电压波动将主要传输和影响到器件的电源和地线引脚上。为减小集成电路芯片电源上的电压瞬时过冲，应该为集成电路芯片添加去耦 电容。这可以有效去除电源上的毛刺的影响并减少在印制板上的电源环路的辐 射。当去耦电容直

8、接连接在集成电路的电源管腿上而不是连接在电源层上时， 其平滑毛刺的效果最好。这就是为什么有一些器件插座上带有去耦电容，而有 的器件要求去耦电容距器件的距离要足够的小。1.14.2、配置电容的经验值好的高频去耦电容可以去除高到 1GHZ 的高频成份。陶瓷片电容或多层陶 瓷电容的高频特性较好。设计印刷线路板时，每个集成电路的电源，地之间都 要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，提供和吸收该集 成电路开门关门瞬间的充放电能；另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容为 0.1uf 的去耦电容有 5nH 分布电感，它的并 行共振频率大约在 7MHz 左右，也

9、就是说对于 10MHz 以下的噪声有较好的去 耦作用，对 40MHz 以上的噪声几乎不起作用。 1uf，10uf 电容，并行共振频率在 20MHz 以上，去除高频率噪声的效果要好一 些。在电源进入印刷板的地方放一个 1uf 或 10uf 的去高频电容往往是有利的， 即使是用电池供电的系统也需要这种电容。每 10 片左右的集成电路要加一片充放电电容，或称为蓄放电容，电容大小 可选 10uf。最好不用电解电容，电解电容是两层溥膜卷起来的，这种卷起来的 结构在高频时表现为电感，最好使用胆电容或聚碳酸酝电容。 去耦电容值的选 取并不严格，可按 C=1/f 计算；即 10MHz 取 0.1uf。 由于不

10、论使用怎样的电源分配方案，整个系统会产生足够导致问题发生的噪声 ，额外的过滤措施是必需的。这一任务由旁路电容完成。一般来说，一个 1uf-10uf 的电容将被放在系统的电源接入端，板上每个设备的电源脚与地线脚之间 应放置一个 0.01uf-0.1uf 的电容。旁路电容就是过滤器。放在电源接入端的大 电容（约 10uf）用来过滤板子产生的低频（比如 60hz 线路频率）。板上工作 中的设备产生的噪声会产生从 100mhz 到更高频率间的合共振（harmonics） 。每个芯片间都要放置旁路电容，这些电容比较小，大约 0.1u 左右。电容器是电路中最基本的元件之一，利用电容滤除电路上的高频骚扰和对

11、电源 解耦是所有电路设计人员都熟悉的。但是，随着电磁干扰问题的日益突出，特 别是干扰频率的日益提高，由于不了解电容的基本特性而达不到预期滤波效果 的事情时有发生。本文介绍一些容易被忽略的影响电容滤波性能的参数及使用 电容器抑制电磁骚扰时需要注意的事项。 1 电容引线的作用在用电容抑制电磁骚扰时，最容易忽视的问题就是电容引线对滤波效果的 影响。电容器的容抗与频率成反比，正是利用这一特性，将电容并联在信号线 与地线之间起到对高频噪声的旁路作用。然而，在实际工程中，很多人发现这 种方法并不能起到预期滤除噪声的效果，面对顽固的电磁噪声束手无策。出现 这种情况的一个原因是忽略了电容引线对旁路效果的影响。

12、实际电容器的电路模型如图 1 所示，它是由等效电感（ESL）、电容和等 效电阻（ESR）构成的串联网络。图 1 实际电容器的等效电路理想电容的阻抗是随着频率的升高降低，而实际电容的阻抗是图 1 所示的 网络的阻抗特性，在频率较低的时候，呈现电容特性，即阻抗随频率的增加而降低，在某一点发生谐振，在这点电容的阻抗等于等效串联电阻 ESR。在谐振 点以上，由于 ESL 的作用，电容阻抗随着频率的升高而增加，这是电容呈现电 感的阻抗特性。在谐振点以上，由于电容的阻抗增加，因此对高频噪声的旁路 作用减弱，甚至消失。电容的谐振频率由 ESL 和 C 共同决定，电容值或电感值越大，则谐振频 率越低，也就是电

13、容的高频滤波效果越差。ESL 除了与电容器的种类有关外， 电容的引线长度是一个十分重要的参数，引线越长，则电感越大，电容的谐振 频率越低。因此在实际工程中，要使电容器的引线尽量短，电容器的正确安装 方法和不正确安装方法如图 2 所示。图 2 滤波电容的正确安装方法与错误安装方法根据 LC 电路串联谐振的原理，谐振点不仅与电感有关，还与电容值有关 ，电容越大，谐振点越低。许多人认为电容器的容值越大，滤波效果越好，这 是一种误解。电容越大对低频干扰的旁路效果虽然好，但是由于电容在较低的频率发生了谐振，阻抗开始随频率的升高而增加，因此对高频噪声的旁路效果 变差。表 1 是不同容量瓷片电容器的自谐振频

14、率，电容的引线长度是 1.6mm（ 你使用的电容的引线有这么短吗？）。 表 1 电容值自谐振频率（MHz）电容值自谐振频率（MHz）1m F1.7820 pF38.5 0.1m F4680 pF42.5 0.01m F12.6560 pF45 3300pF19.3470 pF49 1800 pF25.5390 pF54 1100pF33330 pF60尽管从滤除高频噪声的角度看，电容的谐振是不希望的，但是电容的谐振 并不是总是有害的。当要滤除的噪声频率确定时，可以通过调整电容的容量， 使谐振点刚好落在骚扰频率上。 2.温度的影响由于电容器中的介质参数受到温度变化的影响，因此电容器的电容值也随

15、着温度变化。不同的介质随着温度变化的规律不同，有些电容器的容量当温度 升高时会减小 70%以上，常用的滤波电容为瓷介质电容，瓷介质电容器有超稳 定型：COG 或 NPO，稳定型：X7R，和通用型：Y5V 或 Z5U 三种。不同介质 的电容器的温度特性如图 2 所示。图 3 不同介质电容器的温度特性从图中可以看到，COG 电容器的容量几乎随温度没有变化，X7R 电容器的容量在额定工作温度范围变化 12%以下，Y5V 电容器的容量在额定工作温度 范围内变化 70%以上。这些特性是必须注意的，否则会出现滤波器在高温或低 温时性能变化而导致设备产生电磁兼容问题。COG 介质虽然稳定，但介质常数较低，一

16、般在 10100，因此当体积较小 时，容量较小。X7R 的介质常数高得多，为 2000 4000，因此较小的体积 能产生较大的电容，Y5V 的介质常数最高，为 5000 25000。许多人在选用电容器时，片面追求电容器的体积小，这种电容器的介质虽 然具有较高的介质常数，但温度稳定性很差，这会导致设备的温度特性变差。 这在选用电容器时要特别注意，尤其是在军用设备中。 3.电压的影响电容器的电容量不仅随着温度变化，还会随着工作电压变化，这一点在实 际工程必须注意。不同介质材料的电容器的电压特性如图 3 所示。从图中可以 看出， X7R 电容器在额定电压状态下，其容量降为原始值的 70%，而 Y5V 电 容器的容量降为原始值的 30%！了解了这个特性，在选用电容时要在电压或电容量上留出余量，否则在额定工作电压状态下，滤波器会达不到预期的效果。图 4 电容器的电压特性综合考虑温度和电压的影响时，电容的变化如图 4 所示。图 5 电容器的温度/电压特性 5.穿心电容的使用在实际工程中，要滤除的电磁噪声频率往往高达数百 MH