电容器的高频特性及其对电路设计的影响

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高频应用中电容的关键作用
 
在高频领域,贴片式电容器具有广泛的应用,包括滤波器调谐、阻抗匹配和晶体管偏置电路等。了解电容器在高频环境下的特性对电子设计工程师来说非常重要。
 
平行板电容器及其特性
 
当平行板的尺寸大于间隔时,传统的电容器分析理论认为其电容值可以表示为以下公式:
 
其中A是平板的面积,d是平板的间隔距离,ε是真空电容率,ε=1/4πk。
 
在理想情况下,平板之间没有电流流动。
 
电容器的阻抗表达式与损耗角正切
 
在高频情况下,电介质会出现损耗(即存在传导电流)。因此,电容器的阻抗可以表示为电导Ge和电纳ωC并联组合的形式:
 
在上述表达式中,直流电导源自电导Ge=σA/d,其中σ是介质的电导率。
 
通常引入损耗角正切tanΔ,其中tanΔ=σ/ωε。将其代入Ge的表达式中,可得到:
 
Ge=σA/d=(ωεA/d)tanΔ=ωCtanΔ。
 
高频电容的等效模型
 
在考虑寄生引线电感L、引线欧姆损耗串联电阻Rs以及介质损耗电阻Re时,
 
分析:在低频情况下,电容器的阻抗呈线性下降,并表现出容性特性;
 
当频率达到一定值(如GHz),会出现一个谐振点,使得整个电容器的阻抗达到最低值,通常会出现多个谐振点。
 
当频率超过谐振点之后,由于电感效应的增强,整个电容器的阻抗会继续上升。
 

 

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