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电容对交流电的影响(并联电容对电路的补偿作用)

时间:2023-05-05 20:08:18 阅读:97571 作者:1734

做射频的时候,在选择电感和电容的时候要特别注意他们的Q值,那么Q值是多少呢?Q是什么意思,为什么重要?

品质因数Q:表示储能装置(如电感线圈、电容等)储存能量的比值的质量指标。)和谐振电路每周都要损失能量。元件的q值越大,组成该元件的电路或网络的选择性越好。

或Q=无功功率/有功功率,或特性阻抗与回路电阻之比。

q值越高,损耗越小,效率越高。

q值越高,谐振器的频率稳定性越高,因此可以更精确。

如何理解Q值和ESR值来评价高频片式电容器的一个重要性能指标是品质因数Q,或与之相关的等效串联电阻(ESR)。

理论上,“完美”的电容器应该是零ESR和纯电容电阻的非阻抗元件。无论什么频率,电流都会比电压提前90度通过电容。其实电容是不完美的,或多或少会有一定的ESR值。特定电容的ESR随频率的变化而变化,存在方程关系。

这是因为ESR的来源是导电电极结构的特性和绝缘介质的结构特性。对于建模分析,等效串联电阻被视为单个串联寄生元件。过去,所有电容参数都是在1MHz的标准频率下测量的,但今天是一个更高频率的世界,1MHz的条件远远不够。性能优异的高频电容给出的典型参数应为200MHz,ESR=0.04900MHz,ESR=0.102000MHz,ESR=0.13,Q为无量纲数,数值上等于电容的电抗除以寄生电阻(ESR)。q随频率变化很大,因为电抗和电阻都随频率变化。或者频率和容量的变化会使电抗发生很大的变化,所以Q值也会发生很大的变化。

定义电容器的品质因数,即Q值,即电容器存储功率与损耗功率之比:

Qc=(1/C)/ESR

q是高频电容的一个重要参数。

自谐振频率

由于ESL的存在,与C形成谐振电路,其谐振频率为电容的自谐振频率。在自谐振频率之前,电容的阻抗随着频率的增加而减小;自谐振频率后,电容的阻抗随着频率的增加而变小,是电感性的。如下图所示:

随着频率的增加,电容的非理想模型变得更加复杂:

(C:电容器Rp:绝缘电阻和介质损耗Rs:引线/电极电阻L:引线/电极电感)

典型电容器件的等效电路如图1所示。在这个等效电路中,电容C是最重要的部分,串联电阻Rs和电感L是器件引脚或电极引起的寄生参数。并联电容Rp反映了两个引脚之间的电容。

考虑以上所有寄生参数后,阻抗公式如上。

由于这些寄生参数的存在,电容器件的总阻抗实际上由实部和虚部组成,如下式所示:

如果可以忽略电极间的漏电,即Rp的阻抗为无穷大(或Ls(ESL) Rs (ESR) C的阻抗远大于电容C),那么上述等效电路可以进一步简化为以下3元模型(如图)。其中ESL为等效串联电感Ls,ESR为等效串联电阻Rs。

根据这个简化的电路模型,可以得到容性器件的总阻抗与频率的关系,如图所示。由于等效串联电感LS的存在,随着信号频率F的增大,电容C的容抗XC减小,而极性相反的等效串联电感Ls的感抗XL增大,在某一频率点f0,XC=-XL。此时,容性设备的总阻抗|Z|=Rs。我们称这个频率f0为自谐振频率(SRF)。当频率小于SRF频率时,器件变为容性,否则,它大于SRF频率。该设备

发生极性转化,成电感特性(如图下图所示,红色相位曲线从-90°跳变到+90°)。

Q值相当于D值的倒数。损失角即D值: 一般电解电容器因为内阻较大故D值较高, 其规格视电容值高低决定, 为0.1-0.24以下. 塑料薄膜电容器则D值较低, 视其材质决定为0.001-0.01以下. 陶瓷电容器视其材质决定, Hi-K type 及S/C type为0.025以下. T/C type其规格以Q值表示需高于400-1000.

注:XC=-j/(2πfC);XL=j(2πfL)

根据损耗因子D的定义:D=1/Q=R/|X|>0 将前面的公式代入,得到:

如果可以忽略电极间的泄漏,即Rp的阻抗无穷大(或远远大于相对于容值C的阻抗),损耗因子D的计算公式大大简化为:

如果信号频率远远小于SRF谐振频率,则X C >>X L , 即X L 可以忽略,则公式进一步简化

即上面提到的:

由图可见,电容器的引线电感将随着频率的升高而降低电容器的特性。如果引线电感与实际电容器的电容谐振,这将会产生一个串联谐振,使总电抗趋向为0W。由于这个串联谐振产生一个很小的串联阻抗,所以非常适合在射频电路的耦合和去耦电路中应用。然而,当电路的工作频率高于串联谐振频率时,该电容器将表现为电感性而不是电容性。

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