新闻中心

公司新闻

行业新闻

常见问题

13798483641

推荐新闻

贴片电容最全篇 贴片电容应用原理及选型详解

发布时间:2019-12-09

一、贴片电容的基本原理

贴片电容,和电感、电阻一起,是电子学三大基本无源器件;电容的功能就是以电场能的形式储存电能量。
image.png

电容储存的电荷量Q与电压U和自身属性(也就是电容值C)有关,也就是Q=U*C。

电压可以在电容内部形成一个电场,而交流电压就会产生交变电场。

即电流或变化的电场都可以产生磁场,麦克斯韦将ε(∂E/∂t)定义为位移电流,是一个等效电流,代表着电场的变化

实际位移电流等于电流密度乘以面积:

1/ωC,频率很高时,电容容抗会很小,也就是通高频。

隔直流

直流电压不随时间变化,位移电流ε(∂E/∂t)为0,直流分量无法通过。

实际电容等效模型

实际电容的特性都是非理想的,有一些寄生效应;因此,需要用一个较为复杂的模型来表示实际电容,常用的等效模型如下:

  • 由于介质都不是绝对绝缘的,都存在着一定的导电能力;因此,任何电容都存在着漏电流,以等效电阻Rleak表示;

  • 电容器的导线、电极具有一定的电阻率,电介质存在一定的介电损耗;这些损耗统一以等效串联电阻ESR表示;

  • 电容器的导线存在着一定的电感,在高频时影响较大,以等效串联电感ESL表示;

  • 另外,任何介质都存在着一定电滞现象,就是电容在快速放电后,突然断开电压,电容会恢复部分电荷量,以一个串联RC电路表示。

大多数时候,主要关注电容的ESR和ESL。

品质因数(Quality Factor)

和电感一样,可以定义电容的品质因数,也就是Q值,也就是电容的储存功率与损耗功率的比:

Qc=(1/ωC)/ESR

Q值对高频电容是比较重要的参数。

自谐振频率(Self-Resonance Frequency)

由于ESL的存在,与C一起构成了一个谐振电路,其谐振频率便是电容的自谐振频率。在自谐振频率前,电容的阻抗随着频率增加而变小;在自谐振频率后,电容的阻抗随着频率增加而变小,就呈现感性;如下图所示:

二、贴片电容的工艺与结构

根据电容公式,电容量的大小除了与电容的尺寸有关,与电介质的介电常数(Permittivity)有关。电介质的性能影响着电容的性能,不同的介质适用于不同的制造工艺。

常用介质的性能对比,可以参考AVX的一篇技术文档。

三、电容的应用与选型

器件选型,其实就是从器件的规格书上提取相关的信息,判断是否满足产品的设计和应用的要求。

3.1 概述

电容作为一个储能元件,可以储存能量。外部电源断开后,电容也可能带电。因此,安全提示十分必要。有些电子设备内部会贴个高压危险,小时候拆过家里的黑白电视机,拆开后看到显像管上贴了个高压危险,那时就有个疑问,没插电源也会有高压吗?工作后,拆过几个电源适配器,被电的回味无穷……

  • 储存能量就可以当电源,例如超级电容;

  • 存储数据,应用非常广。动态易失性存储器(DRAM)就是利用集成的电容阵列存储数据,电容充满电就是1,放完电就是0。各种手机、电脑、服务器中内存的使用量非常大,因此,内存行业都可以作为信息产业的风向标了。

此外,电容还可以用作:

  • 定时:电容充放电需要时间,可以用做定时器;还可以做延时电路,最常见的就是上电延时复位;一些定时芯片如NE556,可以产生三角波。

  • 谐振源:与电感一起组成LC谐振电路,产生固定频率的信号。

利用电容通高频、阻低频、隔直流的特性,电容还可以用作:

电源去耦

电源去耦应该是电容最广泛的应用,各种CPU、SOC、ASIC的周围、背面放置了大量的电容,目的就是保持供电电压的稳定。

首先,在DCDC电路中,需要选择合适的输入电容和输出电容来降低电压纹波。需要计算出相关参数。

此外,像IC工作时,不同时刻需要的工作电流是不一样的,因此,也需要大量的去耦电容,来保证工作电压得稳定。

耦合隔直

设计电路时,有些情况下,只希望传递交流信号,不希望传递直流信号,这时候可以使用串联电容来耦合信号。

例如多级放大器,为了防止直流偏置相互影响,静态工作点计算复杂,通常级间使用电容耦合,这样每一级静态工作点可以独立分析。

例如PCIE、SATA这样的高速串行信号,通常也使用电容进行交流耦合。

旁路滤波

旁路,顾名思义就是将不需要的交流信号导入大地。滤波其实也是一个意思。在微波射频电路中,各种滤波器的设计都需要使用电容。此外,像EMC设计,对于接口处的LED灯,都会在信号线上加一颗滤波电容,这样可以提高ESD测试时的可靠性。

3.2 片状多层陶瓷电容

片状多层陶瓷电容应该是出货量最大的电容,制造商也比较多,像三大日系TDK、muRata、Taiyo Yuden,美系像KEMET、AVX(已经被日本京瓷收购了)

上一篇: 陶瓷贴片电容(MLCC)漏电原因分析 下一篇:没有了

展开