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用于电磁干扰抑制的片式元件(一)

   2010-06-27 《磁性元件与电源》钱振宇3710


不同材质的电容器性能和应用事项是:
① NPO电容器
NPO电容器是电容量最稳定和介质损耗最小的电容器。在温度-55℃至+125℃的电容量变化为0±30ppm/℃;另外,电容量随频率及相对使用寿命的变化都非常小。




NPO电容器适合用于振荡器、谐振器的槽路电容,以及高频电路中的耦合电容。
② X7R电容器
X7R电容器被称为温度稳定型陶瓷电容器。在温度在-55℃至+125℃时的容量变化为15%,需要注意的是,此时电容器容量变化是非线性的。
X7R电容器的容量在不同的电压和频率条件下是不同的,也随时间的变化而变化,但是要比Z5U和Y5V电容器好得多。
X7R电容器主要用在电压要求不高的工业场合,而且电压变化所造成的容量变化是可以接受的条件下。它的主要特点是,相同的体积下(与NPO电容器比)电容量可以做得比较大。
③ Z5U电容器
Z5U电容器称为“通用”陶瓷片式电容器。它最主要优点的是小尺寸和低成本。在已经讲过的三种片式电容中,同样体积下,Z5U电容器具有最大的电容量。
但Z5U电容量受环境和工作条件影响较大,另外介质损耗可以达到3%。
尽管它的容量不稳定,但它特有的体积小、等效串联电感(ESL)和电阻(ESR)低、以及频率响应好的优点,使这种电容获得了广泛应用,特别是在退耦电路的应用。
④ Y5V电容器
Y5V电容器是有一定温度限制的通用电容器,在-30℃到+85℃范围内其容量变化可以达到+22%至-82%,另外,介质损耗可以达到5%。
但Y5V的高介电常数,允许在较小的物理尺寸下制造出高达4.7μF的电容器。
最后,说一说工作电压和储存时间对电容器容量变化的影响:

① 使用电压对电容器的电容量有影响。图10可见在施加额定电压后,有些电容器的电容量会大幅下降(如ZU5),有可能达不到使用效果。这同样说明在电容器上选择不能一味追求大容量和小体积,必须在容量和使用电压上留有充分余地。
② 储存时间对电容器的容量也有影响。
对超稳定的电容器,如COG和X7R,电容器随时间增长的容量变化不大。
可是Z5U/Y5V这类电容器,存放1000小时后的电容量变化可以达到5~10%,或更大。但电容器的容量老化是可逆的,每次将电容温度升到125℃,老化过程便重新开始。所以,这类电容器在长时间存放后所发生的容量偏低不属于产品质量问题,其特性是符合国际规范的。对容量偏低电容器,将其放在150℃左右的环境下预热1小时,其电容量就能得到恢复。

5.2 片式电容器在设备电磁干扰抑制中的应用
片式电容器在电子电路中的主要应用有:滤波、耦合、去耦、旁路、谐振、时间常数(定时)和反馈等。片式电容器在设备中电磁干扰抑制的应用,只是片式电容器的一个应用方面,为了突出电容器的 “对策”作用,才专门列成一节。其中,电源线路去耦和滤波也是设备电磁干扰抑制的一部分。此外还有信号线的共模滤波,信号线和电源线的辐射抑制等。
有时为了使片式电容干扰抑制的效果更加显现,还要与片式磁珠和片式电感器结合起来使用。现时还有一种将电容和电感综合在一个元件里的片式复合器件(见本文第六章:“片式高频噪声抑制组件”)可以供应,使用更方便,效果也更好。

5.3 片式电容器的线路形式
5.3.1 片式二端电容器
片式二端电容器是使用最普遍的片式电容器,这里特别说一说它与普通电容器的差异。
我们平常使用的陶瓷圆片电容器作为旁路电容,可以将高频干扰短路到地,达到抗干扰的目的。但是电容器的引线电感及电容内部的剩余电感却限制了它的高频特性发挥。图11画出了引线电感对电容器的高频特性影响例。图中可见,电容器的插入损耗开始随频率增加而增加,直至达到自谐振频率(等效电感与电容的串联谐振),插入损耗达到最大值。此后,由于等效电感的感抗增大,使插入损耗开始下降。为了使电容器在高频时也有较好的旁路作用,必须让旁路电容的自谐振频率要高,所以电容器的引线不能长。

片式二端电容器对于改进普通引线式电容器的自谐振问题很有好处,因为片式二端电容器的引线长度得到了最大限度缩减。只是电容器的内部结构,并不能够消除内部电极的残留电感,这样当频率达到使电容器的容抗XC同残留电感的XL的绝对值相等时,二端电容依然会产生自谐振,但是与普通有引线的二端电容相比较,还是有很大改进(谐振频率点向高端频率明显推移)。
 
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