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1、电容器的寄生作用与杂散电容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）:初交流揭合ffi U I9AWPLtHOLD（t：采样棵持更客器四种应用类型交流耦合，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
2、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。S 14.2 ”实际电容器機型问：那么表征非理想电容器性能的最重要的参
3、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。r但* ICkEflLl MODEL何 LEAKAGE MODEL（1）理魁楼型图1电3电客器的泄鬲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RC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
4、值520nA/卩F），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
5、联构成的。像R ESR 一样，L ESL在射频或高频工作环境下也会岀现严重问题，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 frequencies）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
6、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岀现自共振，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(disspation
7、 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咼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DF3 R 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岀这项指标。介质吸收，RDA ，CDA :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
8、容器恢复部分电荷，见图1时|卑图歸7介质吸收柞用便电客薛快速畝电4 4。撚后开路以恢复專来一部分电荷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V 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
9、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145所示。(a
10、)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aeBID-flrawrwAVwaqw iur-n I止碉力迖仙7错谋方法图145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141各种电容器件性能比较表養1氣I各神电容器件性龍比较春类型典型介质啜收优点缺点NPOffiS电客器啜吹ai开外哑尺匸小、价僭粧底、隐定性町、绳幷履低.但交无注琶制到很小的电界值范別宽、鞘宦商妄、电彌低数值（L恤F）瑕送乙端电容器a 001X-0-02价幣使宜龜低.屯客值范阳匾贬有丁爾弋屯容益受创损环.蹩、樂定性好外於寸大池感目fX
11、 00）時0” 02%仰格惮XCDA很呱、电麻值范斟宽于+ wyc电容器受到描 害、舛彬尺寸大、电感避四艇乙晞电窖器厲口阳宀0. 02%DA很既.律定fL妤、可在+1羽弋 以上觀度工作-啦容值范圈宽价格祁当贵/卜形尺寸人、电痛高嗣5电容赛0,01 %DA U能好尺寸小那在1鮎* 以上温摩工作、屯感槪限髓供应、只提供咖电容值緊殴凝前电容器0*1%麽圮性軒*仰榕抵艇度范国寬外黑尺中儿da姒制到居位应乐 电溜高笨韶电容器檻定性申等屏片格低、很度租围宽、外形尺tXJJA限制到8位应用，笙片陶畫电容裁 窝k值电劇氐电感高0 2%屯感何;、电蓉值范围宽覆定性黑、DA性话差、屯展果散高云母电容弱0. 00
12、%高频歳耗低、电感低、稳定性好、外形尺寸很大、电容值低效率优于1%二lOnF）、价格贵罂电解电容器福高电容值高、电海大、电乐魚尺寸小邯輛女、通常右概性、梏定气龙稱 度低电赠性锂电解电審器尺寸小、电容值人、电感适中泄阿很大J虫帘冇騷性血恪熱 整定哇盂.植履薑用，下面让我们讨论一下称作杂散电容（stray capacitanee）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 5）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 X ERXAd其中:C=电容，单
13、位pFER =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146平行板电容器模型 杂散电容或寄生电容一般岀现在印制线路板上的平行导电条之间或印制线路板的相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，在电路设计中例如，噪声变大，频率响常常被忽视，所以在制造和安装系统线路板时会产生严重的性能问题,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， Er却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
14、212 20HF-卄4 35上的相耶好电条相討面上殆毋电遙和或、辱电5C| 4 卜 亠 k * 1 r Za S VJc封装器件的芯片不 被屏蔽，那么它要比塑料DIP封装的同样芯片更容易受到电场噪声的损坏。不论环境噪声电平有多么大，用户最好的办法是将任何侧面镀铜陶瓷封装集成电路凡是生产厂家 没有接地的可伐合金盖接地。为了接地可将引线焊接到可伐合金盖上（这样做不会损坏芯片，因为芯片与可伐合金盖之间热和电气隔离）。如果无法焊接到可伐合金盖上，可使用接地的磷青铜片做接地连接，或使用导电涂料将可伐合金盖与接地引脚连接。绝对不允许将没有经过检查的实际上不允许和地连接的可伐合金盖接地。有的器件应将可伐合金盖接到电源端而不是接到地，就属于这种情况。在集成电路芯片的接合线（bond wires）之间不能采用法拉弟屏蔽，主要原因是在为了避免这个问题，不要将数据总线与数据转换器直接相连，而应使用一个锁存缓冲器作为接口。这种锁存缓冲器在快速数据总线与高性能数据转换器之间起到一个法拉弟屏蔽作用。虽然这种方法增加了附加的器件，增加了器件的占居面积，增加了功耗，稍降低了可靠性及稍提高了设 计复杂程度，但它可以明显地改善转换器的信噪比。庄口 印制蟋番桢顶視图(怕印制践路梅剖面團 14. 7杂註电客器问
