電容器阻抗/ESR頻率特性(參考)

現就電容器的阻抗大小|Z|和等價串聯電阻(ESR)的頻率特性進行闡述。

通過了解電容器的頻率特性，可對諸如電源線消除噪音能力和抑制電壓波動能力進行判斷，可以說是設計回路時不可或缺的重要參數。此處對頻率特性中的阻抗大小|Z|和ESR進行說明。

1.電容器的頻率特性

如假設角頻率為ω，電容器的靜電容量為C，則理想狀態下電容器(圖1)的阻抗Z可用公式(1)表示。

由公式(1)可看出，阻抗大小|Z|如圖2所示，與頻率呈反比趨勢減少。

由於理想電容器中無損耗，故等價串聯電阻(ESR)為零。

圖2.理想電容器的頻率特性

但實際電容器(圖3)中除有容量成分Ｃ外，還有因電介質或電極損耗產生的電阻（ESR）及電極或導線產生的寄生電感(ESL)。因此，|Z|的頻率特性如圖4所示呈V字型（部分電容器可能會變為U字型）曲線，ESR也顯示出與損耗值相應的頻率特性。

|Z|和ESR變為圖4曲線的原因如下。

低頻率範圍：低頻率範圍的|Z|與理想電容器相同，都與頻率呈反比趨勢減少。ESR值也顯示出與電介質分極延遲產生的介質損耗相應的特性。

共振點附近：頻率升高，則|Z|將受寄生電感或電極的比電阻等產生的ESR影響，偏離理想電容器（紅色虛線），顯示最小值。

|Z|為最小值時的頻率稱為自振頻率，此時|Z|=ESR。若大於自振頻率，則元件特性由電容器轉變為電感，|Z|轉而增加。低於自振頻率的範圍稱作容性領域，反之則稱作感性領域。

ESR除了受介電損耗的影響，還受電極自身抵抗行程的損耗影響。

高頻範圍：共振點以上的高頻率範圍中的|Z|的特性由寄生電感(L)決定。高頻範圍的|Z|可由公式(2)近似得出，與頻率成正比趨勢增加。

ESR逐漸表現出電極趨膚效應及接近效應的影響。

以上為實際電容器的頻率特性。重要的是，頻率越高，就越不能忽視寄生成分ESR或ESL的影響。隨著電容器在高頻領域的應用越來越多，ESR和ESL與靜電容量值一樣，成為表示電容器性能的重要參數。