電容器的寄生作用與雜散電容
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保證對模擬電路在高頻和低頻去耦都合適的最好方法是用電解電容器，例如一個鉭片電容與 一個單片陶瓷電容器相并聯(lián)。這樣兩種電容器相并聯(lián)不但在低頻去耦性能很好，而且在頻率 很高的情況下仍保持優(yōu)良的性能。除了關(guān)鍵集成電路以外，一般不必每個集成電路都接一個 鉭電容器。如果每個集成電路和鉭電容器之間相當(dāng)寬的印制線路板導(dǎo)電條長度小于10cm，可 在幾個集成電路之間共用一個鉭電容器。
關(guān)于高頻去耦另一個需要說明的問題是電容器的實(shí)際物理分布。甚至很短的引線都有不可忽 視的電感，所以安裝高頻去耦電容器應(yīng)當(dāng)盡量靠近集成電路，并且做到引腳短，印制線路板 導(dǎo)電條寬。
為了消除引腳電感，理想的高頻去耦電容器應(yīng)該使用表面安裝元件。只要電容器的引腳長度 不超過1?5mm，還是選擇末端引線電容器(wire?ended capacitors)。電容器的正確使用方 法如圖14?5所示。
(a) 正確方法 (b) 錯誤方法
·使用低電感電容器(單片陶瓷電容器)
·安裝電容器靠近集成電路
·使用表面安裝電容器
·短引腳、寬導(dǎo)電條
圖14?5 電容器的正確使用 雜散電容
前面我們已經(jīng)討論了電容器像元件一樣的寄生作
表14?1 各種電容器件性能比較表
類型典型介質(zhì)吸收優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)
NPO陶瓷電容器
吸收＜0?1%
外型尺寸小、價格便宜、穩(wěn)定性好、電容值范圍寬、 銷售商多、電感低
通常很低，但又無法限制到很小的數(shù)值(10nF)
聚苯乙烯電容器 0?001%～0 ?02%
價格便宜、DA很低、電容值范圍寬、穩(wěn)定性好
溫度高于85°C，電容器受到損害、外形尺寸大、電感高
聚丙烯電容器 0?001%～0?0 2%
價格便宜、DA很低、電容值范圍寬
溫度高于+105°C，電容器受到損害、外形尺寸大、電感
聚四氟乙烯電容器 0?003%～ 0?02%
DA很低、穩(wěn)定性好、可在+125°C以上溫度工作、電容值范圍寬
價格相當(dāng)貴、外形尺寸大、電感高
MOS電容器 0?01%
DA性能好，尺寸小，可在+25°C以上溫度工作，電感低
限制供應(yīng)、只提供小電容值
聚碳酸酯電容器 0?1%
穩(wěn)定性好、價格低、溫度范圍寬
外形尺寸大、DA限制到8位應(yīng)用、電感高
聚酯電容器 0?3%～0?5%
穩(wěn)定性中等、價格低、溫度范圍寬、電感低
外形尺寸大、DA限制到8位應(yīng)用、電感高
單片陶瓷電容器(高k值)＞0?2%
電感低、電容值范圍寬
穩(wěn)定性差、DA性能差、電壓系數(shù)高
云母電容器 ＞0?003%
高頻損耗低、電感低、穩(wěn)定性好、效率優(yōu)于1%
外形尺寸很大、電容值低(＜10nF)、價格貴
鋁電解電容器 很高
電容值高、電流大、電壓高、尺寸小
泄漏大、通常有極性、穩(wěn)定性差、精度低、電感性
鉭電解電容器 很高
尺寸小、電容值大、電感適中
泄漏很大、通常有極性、價格貴、穩(wěn)定性差、精度差
用，下面讓我們討論一下稱作“雜散”電容(stray capacitance)的另一種寄生作用。
問：什么是雜散電容?
答：像平行板電容器一樣，(見圖14?6)不論什么時候，當(dāng)兩個導(dǎo)體彼此非?？?近 (尤其是當(dāng)兩個導(dǎo)體保持平行時)，便產(chǎn)生雜散電容。它不能不斷地減小，也不能像法拉弟屏 蔽一樣用導(dǎo)體進(jìn)行屏蔽。
C=0.0085×E R ×Ad
其中：
C=電容，單位pF
E R =空氣介電常數(shù)
A=平行導(dǎo)體面積，單位mm 2
d=平行導(dǎo)體間的距離，單位mm
圖14?6 平行板電容器模型
雜散電容或寄生電容一般出現(xiàn)在印制線路板上的平行導(dǎo)電條之間或印制線路板的相對 面上的導(dǎo)電條或?qū)щ娖矫嬷g，見圖14?7。雜散電容的存在和作用，尤其是在頻率很高 時，在電路設(shè)計中常常被忽視，所以在制造和安裝系統(tǒng)線路板時會產(chǎn)生嚴(yán)重的性能問 題，例如，噪聲變大，頻率響應(yīng)降低，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定。
通過實(shí)例說明如何用上述電容公式計算印制線路板相對面上的導(dǎo)電條產(chǎn)生的雜散電容 。對于普通的印制線路板材料，E R =4?7,d=1?5mm，則其單位面積雜
散電容為3pF/cm 2 。在250MHz頻率條件下，3pF電容對應(yīng) 的電抗為212?2Ω。
問：請問如何消除雜散電容?
答：實(shí)際上從來不能消除雜散電容。最好的辦法只能設(shè)法將雜散電容對電路的影 響減到最小。
問：那么應(yīng)該如何減小雜散電容呢?
答：減小雜散電容耦合影響的一種方法是使用法拉弟屏蔽(Faraday shield)，它 是在耦合源與受影響電路之間的一種簡捷接地導(dǎo)體。
問：雜散電容是如何起作用的?
答：讓我們看一下圖14?8。圖中示出了高頻噪聲源V N 如何通過雜散電容C 耦合到系統(tǒng)阻抗Z的等效電容。如果我們幾乎或不能控制V N ，或不能改變電路阻抗Z 1 的位置，那么最好的解決方法是插入一個法拉弟屏蔽。 圖14?9示出了法拉弟屏蔽中斷耦合電場的情況。
圖14?8 通過雜散電容耦合的電壓噪聲
(a) 電容屏蔽中斷耦合電場
(b) 電容屏蔽使噪聲電流返回到噪聲源，而不通過阻抗Z 1
圖14?9 法拉弟電容屏蔽
請注意法拉弟屏蔽使噪聲和耦合電流直接返回到噪聲源，而不再通過阻抗
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