實(shí)際電容及其寄生效應(yīng)

圖1所示為實(shí)際電容的模型。電阻RP代表絕緣電阻或泄漏，與標(biāo)稱電容(C)并聯(lián)。第二個(gè)電阻RS（等效串聯(lián)電阻或ESR）與電容串聯(lián)，代表電容引腳和電容板的電阻。

圖1. 實(shí)際電容等效電路包括寄生元件

電感L（等效串聯(lián)電感或ESL）代表引腳和電容板的電感。最后，電阻RDA和電容CDA一起構(gòu)成稱為電介質(zhì)吸收(DA)現(xiàn)象的簡(jiǎn)化模型。在采樣保持放大器(SHA)之類精密應(yīng)用中使用電容時(shí)，DA可造成誤差。但在去耦應(yīng)用中，電容的DA不重要，予以忽略。

圖2顯示了不同類型的100 μF電容的頻率響應(yīng)。理論上，理想電容的阻抗隨著頻率提高而單調(diào)降低。實(shí)際操作中，ESR使阻抗曲線變得平坦。隨著頻率不斷升高，阻抗由于電容的ESL而開始上升?！跋ゲ俊钡奈恢煤蛯挾葘㈦S著電容結(jié)構(gòu)、電介質(zhì)和電容值而變化。因此，在去耦應(yīng)用中，常?？梢钥吹捷^大值電容與較小值電容并聯(lián)。較小值電容通常具有較低ESL，在較高頻率時(shí)仍然像一個(gè)電容。電容并聯(lián)組合覆蓋的頻率范圍比組合中任何一個(gè)電容的頻率范圍都要寬。

圖2. 各種100μF電容的阻抗

電容自諧振頻率就是電容電抗(1/ωC)等于ESL電抗(ωESL)時(shí)的頻率。對(duì)這一諧振頻率等式求解得到下式：

所有電容的阻抗曲線都與圖示的大致形狀類似。雖然實(shí)際曲線圖有所不同，但大致形狀相同。最小阻抗由ESR決定，高頻區(qū)域由ESL決定，而后者在很大程度上受封裝樣式影響。

去耦電容類型

電解電容系列具有寬值范圍、高電容體積比和廣泛的工作電壓，是極佳的高性價(jià)比低頻濾波器元件。該系列包括通用鋁電解開關(guān)類型，提供10 V以下直至約500 V的工作電壓，大小為1 μF至數(shù)千μF不等（以及成比例的外形尺寸）。

所有電解電容均有極性，因此無法耐受約1 V以上的反向偏置電壓而不造成損壞。此類元件具有相對(duì)較高的漏電流（可能為數(shù)十μA），具體漏電流在很大程度上取決于特定系列的設(shè)計(jì)、電氣尺寸、額定電壓及施加電壓。不過，漏電流不可能是基本去耦應(yīng)用的主要因素。

大多數(shù)去耦應(yīng)用不建議使用通用鋁電解電容。不過，鋁電解電容有一個(gè)子集是“開關(guān)型”，其設(shè)計(jì)并規(guī)定用于在最高達(dá)數(shù)百kHz的頻率下處理高脈沖電流，且損耗很低。此類電容在高頻濾波應(yīng)用中可直接媲美固態(tài)鉭電容，且具有更廣泛的可用值。

固態(tài)鉭電解電容一般限于50 V或更低的電壓，電容為500 μF或更低。給定大小時(shí)去耦電容，鉭電容比鋁開關(guān)電解電容呈現(xiàn)出更高的電容體積比，且具有更高的頻率范圍和更低的ESR。鉭電容一般也比鋁電解電容更昂貴，對(duì)于浪涌和紋波電流，必須謹(jǐn)慎處理應(yīng)用。最近，使用有機(jī)或聚合物電解質(zhì)的高性能鋁電解電容也已問世。這些電容系列擁有略低于其他電解類型的ESR和更高的頻率范圍，另外低溫ESR下降也最小。此類元件使用鋁聚合物、特殊聚合物、POSCAP?和OS-CON?等標(biāo)簽。

陶瓷或多層陶瓷(MLCC)具有尺寸緊湊和低損耗特性，通常是數(shù)MHz以上的首選電容材料。不過，陶瓷電介質(zhì)特性相差很大。對(duì)于電源去耦應(yīng)用，一些類型優(yōu)于其他類型。采用X7R的高K電介質(zhì)配方時(shí)，陶瓷電介質(zhì)電容的值最高可達(dá)數(shù)μF。Z5U和Y5V型的額定電壓最高可達(dá)200 V。X7R型在直流偏置電壓下的電容變化小于Z5U和Y5V型，因此是較佳選擇。

NP0（也稱為COG）型使用介電常數(shù)較低的配方，具有標(biāo)稱零TC和低電壓系數(shù)（不同于較不穩(wěn)定的高K型）。NP0型的可用值限于0.1μF或更低，0.01 μF是更實(shí)用的上限值。

多層陶瓷(MLCC)表面貼裝電容的極低電感設(shè)計(jì)可提供近乎最優(yōu)的RF旁路，因此越來越頻繁地用于10 MHz或更高頻率下的旁路和濾波。更小的陶瓷芯片電容工作頻率范圍可達(dá)1 GHz。對(duì)于高頻應(yīng)用中的這些及其他電容，通過選擇自諧振頻率高于最高目標(biāo)頻率的電容，可確保有用值符合需要。