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电容的Q值和D值是什么?Q值和D值有什么作用?

时间:2021-03-04 01:12:04

在做射频时,在选择电感和电容时要特别注意它们的Q值。什么是Q值?Q是什么意思?为什么它很重要?

质量原因问:一个质量指标,描述谐振电路存储的能量与储能装置(例如电感线圈、电容器等)每周能量损失的比率。组件的 Q 值越大,由组件组成的电路或网络的选择性就越强。

或Q=无功输出功率/有功计算功率,或称特性进行阻抗与回路电阻之比。

Q 值越高,损失越小,效率越高

Q值越高,谐振器的频率稳定性越高,所以可以更精确。

如何进行理解Q值和ESR值评估高频贴片电容器的一个非常重要工作性能分析指标是品质影响因素Q,或者是与其发展相关的等效串联电阻(ESR)。

从理论上讲,一个“完美的”电容器应该是一个零欧姆的纯电容式电阻非阻抗元件,其ESR为零欧姆。

这是因为ESR的来源是导电电极的结构特性和绝缘介质的结构特性。对于建模分析,ESR被视为串联的单个寄生元件。以前电容参数都是在1MHz的标准频率下测量的,现在是更高频率的世界,1MHz的条件远远不够。一个性能优良的高频电容给出的典型参数应该是:200MHz,ESR = 0.04ω;900MHz,ESR = 0.10Ω2000MHz,ESR = 0.13ω. q值为无量纲数,数值等于电容的电抗除以寄生电阻(ESR)。q值随频率变化很大,因为电抗和电阻都随频率变化。频率或容量的变化会使电抗发生很大的变化,所以Q值也会发生很大的变化。

定义电容器的品质因数,即Q值,即电容器的存储功率与损耗功率之比

Qc=(1/ωC)/ESR

Q 值是高频电容的一个重要参数。

自谐振频率(Self-ResonanceFrequency)

由于ESL的存在,与C形成谐振电路,其谐振频率为电容的自谐振频率。在自谐振频率之前,电容的阻抗随着频率的增加而减小;自谐振频率后,电容的阻抗随着频率的增加而减小,表现为电感;如下图所示:

随着时间频率不断升高,电容的不理想目标模型会更复杂:

(C:电容器RP:绝缘电阻和介质损耗Rs:引线/电极电阻L:引线/电极电感)

图 1 中显示了典型的电容器部分等效电路。在此等效电路中,公差 C 是最重要的部分,连续电阻 Rs 和电感 L 是设备引线或电极产生的寄生参数。孔式电容器 Rp 反映在电容器两个引脚之间的沉积中。

综合考虑上述寄生参数后,阻抗公式如下。

由于这些寄生参数,一个真实的而不是理想的电容器器件的总阻抗由以下表达式的实部和虚部组成:

如果可以忽略电极间的漏电,即Rp的阻抗为无穷大(或者Ls(ESL)Rs(ESR)C的阻抗远大于电容C),那么上述等效电路可以进一步简化为下面的3元模型(如图)。ESL是等效串联电感Ls,ESR是等效串联电阻Rs。

根据中国这个问题简化的电路设计模型,可以通过得到一个电容进行器件总阻抗随频率不断变化的关系,如图所示。由于系统等效串联电感LS的存在,随着网络信号出现频率f的增加,电容C的容抗XC降低,而极性方向相反的等效串连电感Ls的感抗XL增加,在某一个工作频率点f0,XC=-XL。此时利用电容主要器件的总阻抗|Z|=Rs,我们称此频率点f0为自谐振频率(SRF),小于SRF频率时,该器件成电容材料特性,反之如果大于SRF频率,器件之间发生不同极性相互转化,成电感电流特性(如图下图数据所示,红色传统相位分布曲线从-90°跳变到+90°)。

Q值等于D值的倒数。

:XC=-j/(2°fC);XL=j(2+1L)

根据损失系数D的定义:D s 1/Q s R/|X|>0 取代了以前的公式,并获得了:

如果可以忽略电极间的漏电,即RP的阻抗为无穷大(或远大于相对于电容C的阻抗),则损耗因数D的计算公式可大大简化如下:

如果信号频率远小于SRF谐振频率,则XC>>XL,即XL可以忽略,公式进一步简化

即上面提到的:

由图可见,电容器的引线电感将随着时间频率的升高而降低传统电容器的特性。如果引线电感与实际使用电容器的电容谐振,这将会发展产生影响一个企业串联谐振,使总电抗趋向为0W。由于我们这个问题串联谐振网络产生这样一个可以很小的串联阻抗,所以他们非常适合在射频模块电路的耦合和去耦电路中应用。然而,当电路的工作出现频率明显高于串联谐振频率时,该电容器将表现为电感性而不是因为电容性。

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