一、仿真原理图如图所示,有一个电压源和10uf的电容C1。
二、信号源参数:
三、电容参数,其中包含了耐压值6.3V,ESR,ESL。
四、执行参数为 .ac dec 1000 1 1000Meg,扫频模式。
五、开始仿真,然后设置曲线为下图所示,电容电压除以电容电流得到阻抗频率特性曲线。
六、得出电容的阻抗频率特性曲线:
可以看到在某一个频率有一个最低值,为什么电容的曲线图会呈现现在这样的形态呢?这是因为电容并非理想组件,其内部会存在寄生参数,可以用简化的模型来表征。ESR代表等效串联电阻,ESL代表等效串联电感,而C则是理想电容。因此,实际电容的阻抗可以用数学公式来表示。
在频率很低时,感抗远小于容抗,并且复阻抗的相位为负值,说明电流超前电压,这是典型的电容充电特性。因此,在低频时,电容主要呈现容性行为。
而在高频时,感抗远大于容抗,复阻抗的相位为正值,说明电压超前电流,这是典型的电感施加电压时的特征。所以,可以说在高频时,电容主要呈现电感特性。
在谐振点,容抗和感抗相互抵消,总阻抗达到最小值,复阻抗相位为0,表现为纯电阻特性。这一点即是电容的自谐振频率。在谐振频率左侧,电容主要呈现容性,而在右侧,则主要呈现感性。
七、同时仿真多个电容的曲线如下。
常规MLCC陶瓷电容不同电容值的电容呈现出不同的曲线,容量较大的电容ESR较小,谐振频率较低,主要用于滤除低频噪声。而容量较小的电容,ESR较大,谐振频率较高,主要用于滤除高频噪声。
注意:
电容的封装越大,它的ESL和ESR越大。
通常情况下,较大的电容器封装会增加电流环路,导致电感(ESL)较大。同样,多余的材料会导致电阻(ESR)更高。
其他参考:
滤波电容如何选择?
电容最广泛的用途就是滤波,那么如何看曲线选电容呢?其实就是选阻抗最低的。
我们知道,整个阻抗曲线呈大V型,只有在谐振频率点附近的阻抗才比较低。所以,实际的去耦电容都有一定的工作频率范围,只有在谐振频率附近,电容才有很好的去耦作用。
可能有人会觉得,在频率比谐振频率高一点的时候,电容都成感性了,都不是电容了,所以不能让噪声的频率大于电容的谐振频率。其实这是错误的,去耦就是要选阻抗低的,阻抗低,在电容上产生的电压波动就小,也就是噪声会小。
相同电容并联
N个相同电容并联,并联后ESR为原来的1/N,ESL也为原来的1/N,容值为原来的N倍。
相同电容并联后的等效电容
阻抗频率曲线为:
相同电容并联后的频率曲线
多个相同的电容并联后,阻抗频率曲线的整体形状不变,但是各个频率点的阻抗整体下移。
不同电容并联(ESR都较小)
由于每个电容的自谐振频率点不同,两个电容的行为特征存在差异。并联后阻抗频率曲线如下。
不同电容并联
在0—f1,两个电容都表现为容性,总阻抗曲线会保持原来的变化趋势。
在>f2,两个电容都表现为感性,总阻抗会比任意一个电容的稍小。
在f1—f2,就像是一个电感和一个电容并联,构成了LC并联谐振电路,会在某个频率点发生并联谐振,阻抗达到区间内最大值,我们称之为并联谐振峰 (位于两条阻抗曲线交叉点附近)。 并联谐振峰也叫作反谐振点,可以理解为是由C1的ESL1和C2形成的。
并联谐振峰处阻抗较大,会影响并联后的滤波效果,那么哪些因素会影响谐振峰值的大小。
在此,两个电容并联可以等效为:
f1f2之间电容并联等效
部分参考网上文章。