这种影响是由于器件的寄生特性的影响。电容器有四种基本寄生特性:
等效串联电阻 - ESR:
电容器实际上是与其引线电阻、电介质中的箔片和其他小电阻串联的电容器。这意味着电容不能真正瞬间放电,而且反复充放电会发热。这是设计电力系统时的一个重要参数。
漏电流:
电介质并不理想,因此您可以添加一个与电容器并联的电阻。这在备份系统中很重要,电解液的泄漏电流可能远大于维持微控制器上的 RAM 所需的电流。
介电吸收 - CDA:
与其他参数相比,这通常不太受关注,特别是对于漏电流压倒效应的电解液。对于大型陶瓷,你可以想象有一个RC电路与电容并联。当电容器长时间充电时,想象中的电容器会获得电荷。如果电容器在短时间内快速放电并随后返回开路,则寄生电容器开始对主电容器进行再充电。
等效串联电感 - ESL:
到现在为止,你应该不会太惊讶,如果所有东西都有电容以及非零和非无限大的电阻,那么所有东西也都有寄生电感。这些是否重要是频率的函数,这将我们引向阻抗的话题。
我们用字母 Z 表示阻抗。阻抗可以被认为与电阻类似,只是在频域中。就像电阻会阻止直流电流的流动一样,阻抗也会阻止交流电流的流动。正如电阻是 V/R,如果我们积分到时域,阻抗是 V(t)/I(t)。
您要么必须做一些微积分,要么购买以下关于施加频率为 w 的正弦电压的组件阻抗的断言:
\$ \begin{对齐} Z_{电阻} &= R\\ Z_{电容器} &= \frac{1}{j \omega C} = \frac{1}{sC}\\ Z_{电感} &= j\omega L = sL \end{对齐} \$
是的,\$j\$ 和 \$i\$ 是一样的(虚数,\$\sqrt{-1}\$),但是在电子学中,\$i\$ 通常代表电流,所以我们用\ $j\$。此外,\$\omega\$ 传统上是希腊字母 omega(看起来像 w。)字母 's' 指的是复数频率(不是正弦波)。
呸,对吧?但是你明白了——当你施加交流信号时,电阻不会改变它的阻抗。电容器在较高频率下会降低阻抗,并且在直流时它几乎是无限的,这是我们所期望的。电感器的阻抗随着频率的升高而增加——想想设计用于消除尖峰的射频扼流圈。
我们可以通过添加阻抗来计算两个串联组件的阻抗。如果我们有一个与电感器串联的电容器,我们有:
\$ \begin{align} Z &= Z_C + Z_L\\ &= \frac{1}{j\omega C + j\omega L} \end{align} \$
当我们增加频率时会发生什么?很久以前,我们的组件是一个电解电容器,所以我们假设 \$C\$ 比 \$L\$ 大得多。乍一看,我们认为这些比率不会改变。但是,一些微不足道的(注意:这是一个相对术语)复代数显示出不同的结果:
\$ \begin{align*} Z &= \frac{1}{j \omega C} + j \omega L\\ &= \frac{1}{j \omega C} + \frac{j \omega L \times j \omega C}{j \omega C}\\ &= \frac{1 + j \omega L \times j \omega C)}{j \omega C}\\ &= \frac{1 - \ omega^2 LC}{j \omega C}\\ &= \frac{-j \times (1 - \omega^2 LC)}{j \omega C}\\ &= \frac{(\omega^2 LC - 1) * j)}{\omega C} \end{align*} \$
嗯,那很有趣,对吧?这种事情你做一次,记住答案,然后就不用担心了。我们从最后一个方程知道什么?首先考虑\$\omega\$ 小,\$L\$ 小,\$C\$ 大的情况。我们有,大约,
\$ \begin{align*} \frac{(small * small * large - 1) \times j}{small * large} \end{align*} \$
这是一个负数(假设 \$small * small * large < 1\$,它适用于实际组件)。这是熟悉的 \$Z_C = \frac{-j}{\omega C}\$ - 这是一个电容器!
第二,你的情况(高频电解)怎么样,\$\omega\$ 很大,\$L\$ 很小,\$C\$ 很大。我们有,大约,
\$ \begin{align*} \frac{(large * small * large - 1) \times j}{small * large} \end{align*} \$
这是一个正数(假设 \$large * small * large > 1\$)。这是熟悉的 \$Z_L = j \omega L\$ - 这是一个电感器!
如果 \$\omega^2 LC = 1\$ 会发生什么?然后阻抗为零!?!?是的!这称为共振频率 - 它是您在问题中显示的曲线底部的点。为什么实际上不是零?因为 ESR。
TL,DR:当你大幅增加频率时,会发生奇怪的事情。始终遵循制造商的数据表来对您的 IC 进行去耦,如果您需要做高速工作,请获取一本好的教科书或上课。