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陶瓷电容思考

1、如何理解电容的阻抗-频率曲线

        今天我们来说一说电容的阻抗频率曲线。首先呢，为什么要讲这个呢？那是因为这个非常重要，对我 们使用电容有很大的指导意义。

电容阻抗-频率曲线图

上图是一个典型的电容的阻抗频率曲线图，为什么说它非常重要呢？

         首先它非常直观，横轴上是频率，纵轴是阻抗，我们能很清楚的看出在各个频率点上，电容的总阻抗 是多少。也能知道它在哪个频率点上谐振， ESR是多少。而这些内容，都是我们在选择电容时所必须要 了解的。

曲线图的来源

        那么，电容曲线图为什么是这样的呢？这是因为电容都不是理想的，它会存在寄生参数，可用简化模 型表示。

ESR 是等效串联电阻，ESL是等效串联电感，C为理想电容。因此实际电容的阻抗可以用数学公式表 示：

我们画出这个公式的曲线，就得到一个曲线图：

        在频率很低的时候，可以看到，感抗远小于容抗，并且复阻抗的相位为负值，说明电流超前电压，这 是典型的电容充电特性，所以说，电容在低频主要表现为容性。

         而在高频的时候，感抗远大于容抗，复阻抗的相位为正值，说明电压超前电流，是典型的电感施加电 压时的行为特征，所以说，电容在高频时表现为电感特性。

        而在谐振时，容抗和感抗相抵为0，此时电容的总阻抗最小，复阻抗相位为0，表现为纯电阻特性， 这个点就是电容的自谐振频率。在谐振频率左边，电容主要呈容性，在谐振频率右边，电容主要呈感性。

滤波电容如何选择

电容最广泛的用途就是滤波，那么如何看曲线选电容呢？

其实就是选阻抗最低的。

        我们知道，整个阻抗曲线呈大V型，只有在谐振频率点附近的阻抗才比较低。所以，实际的去耦电容 都有一定的工作频率范围，只有在谐振频率附近，电容才有很好的去耦作用。

         可能有人会觉得，在频率比谐振频率高一点的时候，电容都成感性了，都不是电容了，所以不能让噪 声的频率大于电容的谐振频率。其实这是错误的，去耦就是要选阻抗低的，阻抗低，在电容上产生的电压 波动就小，也就是噪声会小。

常规的MLCC陶瓷电容的曲线图

        来看下常规的MLCC陶瓷电容的曲线图。可以看出，不同的电容，曲线是不同的，容量大的ESR要 小写，谐振频率低些，主要滤低频。容量小的ESR要大些，谐振频率要高些，主要滤高频。

两种方式组合滤波

实际电路中我们需要去耦的频率范围会比较宽，因此呢一个电容搞不定，那怎么办呢？我们经常有两 种方法来解决：

一种是使用一个大电容和一个小电容并联。

还有一种是使用多个相同的电容并联。

那么这两种方法达到的效果分别是怎样的呢？

首先来看大小电容并联。

大小两个电容分别有各自的谐振频率f1和f2。

        当频率比较低的时候，两个电容都成容性，在频率比较高的时候，两个电容都呈感性，并联后总体阻 抗曲线都会保持原来的变化趋势，因此，数值上会比任意一个电容都小。

        但是，当频率大于f1并小于f2时，大电容呈感性小电容呈容性，两者并联，就像是一个电感和一个 电容并联，构成了LC并联谐振电路，并在某一个频率点发生并联谐振，导致该处阻抗很大。如果负载芯 片的电流需求正好落在这个频率，那么会导致电压波动超标。所以，我们需要选好电容的搭配情况。

再来看看相同电容并联的情况

        n 个相同的电容并联，谐振频率和单个电容一样，但是在谐振点处的阻抗是原来的n分之一，因此， 多个相同的电容并联后，阻抗曲线整体形状不变，但是各个频点的整体阻抗变小。

2、陶瓷电容的ESR-谐振频率去哪儿查？

“建议使用低ESR的电容，如陶瓷电容”

        我们在设计电路选取电容的时候，经常会出现这样一段话，都说陶瓷电容的ESR很低，那到底多低 呢？跟频率有关系吗？

        我相信很多人都会在心里问这些问题，网上去查答案也比较笼统，也没个具体的答案，电容规格书貌 似也不写这个，于是乎我们只知道陶瓷电容的ESR低，等到设计的时候我们也凭“经验”：xx大的电容应该 够了，同时预留个大点的封装，等板子做出来噪声大的话就换个大点容量的电容。。。

        为了能得到更准确的答案，使我们的设计更准确，我翻了各大电容公司的网站，终于找到一个比较好 的了---村田 如何查找陶瓷电容ESR等参数 网址如下： https://ds.murata.co.jp/simsurfing/mlcc.html?lcid=zh-cn 

注：这个网站有时刷新不出来，可以多尝试几次

想知道什么电容的参数，直接输入参数或者是型号，点击型号，然后就可以下载PDF或者是S参 数，SPICE 网表等等，非常全。

10uf_10V_X5R_0603 的 MLCC 参数如下图：

        如上图，详细说明了该电容的各种参数特性：直流偏压特性，谐振频率，ESR的随频率的变化，损耗 角，容量随温度的变化情况，纹波电流造成的温升情况。 是不是非常详细呢？

比如下图10uf_10V_X5R_0603 的ESR，阻抗随频率的参数：

我们可以看到： 谐振频率在2MHz左右；

ESR 并不是固定值，在500Khz左右达到最低，大概是3毫欧，在100hz的时候ESR是3Ω左右，差 别还是很大的。

我们也能看到10uf_10V_X5R_0603 的直流偏压特性：

还有交流偏压特性：

容量随温度的变化（多下载些不同规格可以看出X7R，X5R，NP0，Y5V等之间的差别）：

纹波电流与温度：