前言:
一个电感在高频下呈现出来的不再是定值,甚至变成电容性;同样地,一个电容在高频下也会变成电感性。这是众周知的事实,但是如果要明确的定义出在某频率下的特性,一般低频的 RLC 表是无法满足量测需要的。特别是在 LC 滤波电路与 EMI 滤波电路中,我们感兴趣的滤波效果通常在相对高频,几百 kHz 甚至几十MHz,必须用网络分析仪才能量得出来。而现在的阻抗分析仪不仅可以量到 100MHz 的组件特性,更可以利用其产出的量测数据来计算,估计其组合滤波效果。
阻抗分析仪 (Impedance Analyzer):
阻抗分析仪,顾名思义就是用来分析组件在不同频率下的阻抗特性,特别在高频下的特性。知道组件在特定频率范围下的特性,有助于于电路设计者了解电路组件的不理想性,如此才能量化的去做电路的优化。举一个电解电容(82uF/400V)的例子。图 1 为用阻抗分析仪量到的阻抗/电阻与频率的关系图。令人惊讶的是在 10kHz 以前,大概维持一个纯电容的特性;10kHz 到 5Mz,基本上是呈现一个电阻性;5MHz 以上阻抗上升,变成电感性。从曲线看,其等效电路也不是单纯的 C – ESR – ESL 串联的模型。而从黄色的串联电阻(ESR)可以看出与频率的关系,这就是为甚么说在高频情况下电解电容可以承受较大的涟波电流。
图 1:电解电容阻抗(82μF/400V)
图 2 为一个 1.5uF/400V 塑料膜电容的阻抗与串联电阻随频率变化的曲线。从阻抗线型看,几乎呈现标准 C – ESR – ESL 串联的模型。在 2MHz 以前是一个纯电容性,2MHz 以后是电感性,谐振点的阻抗几乎等于 ESR。
图 2:塑料膜电容阻抗(1.5μF/400V)
如果将两个不同材质的电容并联使用,可以期待什么样的效果呢? 图 3 就是其并联阻抗。可以看出在 200kHz 到 2MHz 大抵就是塑料膜电容的特性,以外的就是原电解电容的特性。换句话说,在 200kHz 到 2MHz 这段频率范围,塑料膜电容提供较低的阻抗,可以滤掉更多的噪声。
图 3:82μF/400V 电解电容并联 1.5μF/400V 塑料膜电容阻抗
这就是为甚么电路设计人员常会在电解电容旁边并联一个小小的塑料膜或陶磁电容的原因。