电介质吸收
我们首先讨论电介质吸收, 也称为“浸润” , 有时也称为“电介质迟滞” , 这可能是我们了解最少而潜在破坏性最高的一种电容效应。 放电时, 多数电容都不愿意放弃之前所拥有的全部电荷。 图2 显示了这一效应。 电容在时间 t 0 充电至 V 伏后, 开关在时间 t1将电容短路。 在时间 t 2, 电容开路; 残余电压在其引脚上缓慢积累, 达到近乎恒定的值。 此电压就是由“电介质吸收” 引起的。
界定或测量电介质吸收的标准技术极为稀少。 测量结果通常用电容上重复出现的原始充电电压的百分比表示。 典型方法是: 让电容充电 1 分钟以上, 然后短路 1 至 10 秒的建立时间, 最后让电容恢复约 1 分钟时间, 再测量残余电压(见参考文献 10) 。
实际操作中, 电介质吸收有多种表现形式, 例如: 积分器拒绝复位至 0, 电压频率转换器表现出异常非线性, 采样保持器表现出
变化不定的误差。 最后一种表现形式对于数据采集系统特别不利, 因为相邻通道的电压差可能达到几乎满量程。 图 3 显示了一
个简单采样保持器所发生的情况。
电介质吸收是电介质材料本身的特性, 但低劣的制造工艺或电极材料也会影响此特性。 电介质吸收特性用充电电压的百分比表
示, 对于特氟龙、 聚苯乙烯和聚丙烯电容, 该值低至 0.02%; 对于一些铝电解电容, 该值则高达 10% 或更大。 在一定时间期限
内, 聚苯乙烯电容的电介质吸收率可以低至 0.002%。一般陶瓷和聚碳酸酯电容的典型电介质吸收率为 0.2%, 这相当于
8 位分辨率时的半个 LSB! 银云母、 玻璃和钽电容的电介质吸收率通常较大, 介于 1.0% 至 5.0% 之间; 聚酯电容的电介质吸收率
为 0.5% 左右。 一般而言, 如果电容技术规格表没有说明所需时间期限和电压范围内的电介质吸收率, 则应格外谨慎。
电介质吸收可以在快速建立电路的瞬态响应中产生长尾现象, 例如高通有源滤波器或交流放大器。 在此类应用所用的一些器件
中, 图 1 的 Rda-Cda 电介质吸收模型可能具有数毫秒的时间常数*。在快充快放应用中, 电介质吸收与“模拟存储器” 相似, 电容试
图记住以前的电压。
一些设计中, 如果电介质吸收效应比较简单, 易于确定, 并且您愿意做一些微调, 则可以对其进行补偿。 例如在积分器中, 可以
通过合适的补偿网络反馈输出信号, 通过并联一个负阻抗来抵消电介质吸收等效电路。 已经证明, 这种补偿方法可以将采样保持
电路的性能提高 10 倍或更多(见参考文献 7) 。