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為什麼擺脫不了旁路電容諧振？

發布時間：2018-11-15 責任編輯：xueqi

【導讀】在實際應用中，每個電容器都會因其實體結構而產生額外的複雜性。由介電層(dielectriclayer)隔開的兩個極板(plate)與導線或金屬箔(metalfoil)串聯，即可實現實際的連接；這兩種金屬導體會導入等效串聯電感(ESL)以及等效串聯電阻(ESR)。

總而言之，實體電容就是一種串聯諧振電路(series tank circuit)，具有串聯諧振頻率以及受串聯電阻影響的串聯諧振因子「Q」。

電容器並不僅限於其字麵意思，在低於其串聯諧振的頻率下，電容會對電激勵(electrical excitation)表現出電容性阻抗；而在高於其串聯諧振的頻率下，它對電激勵表現出電感性阻抗。

關於寬帶軌(broadband rail)電壓旁路，一個傳統的觀點認為應該使用不同容量的電容並聯組合。常見的並聯組合陣容包括：一個大容量的鋁或鉭電解電容C1；一個大容量的陶瓷電容C2；一個小容量的陶瓷電容C3；電路板的布線電容(artwork capacitance)，稱之為C4；以及天知道從哪裏來的電容，如線束電容(harness capacitance)和/或半導體組件電容，統稱為C5。

請記住，這五種電容每一個都不是單獨的電容器，而是一個串聯組合，包括電容器、電感器和電阻器。總之，它們由串聯的RLC電路構成，將在串聯諧振頻率(SRF)處表現出串聯諧振，其中SRF=1/(2 × π ×√ (L × C))。對於如上所述並聯連接的五個電容的組合，將會有五個串聯諧振頻率，並且還會有四個並聯諧振頻率，如圖1所示。

圖1：5個並聯電容的9個諧振頻率。

四個較小的電容C2~C5在4個頻率處進入並聯諧振狀態，這四個頻率略低於它們各自的串聯諧振頻率。然而，C1並沒有任何並聯諧振，因為該電容沒有任何感應可以產生並聯諧振效應。

使用SPICE軟件和一些說明數字，我們可以深入研究這個問題，如圖2所示。

圖2：SPICE中5個電容的並聯旁路。

對於這5個電容，將有5個串聯自諧振頻率，即SRF1、SRF2、SRF3、SRF4和SRF5，其中每一個電容都在其自身的SRF處阻抗最小。但是，不可避免地，在頻率PRF2、PRF3、PRF4和PRF5處會產生4個總阻抗的並聯諧振峰值。

PRF2源於C2~C5組合的容抗(capacitive impedance)與C1感抗(inductive impedance)之間的並聯關係。類似地，PRF3來自C3~C5的組合容抗與C1~C2的組合感抗之間的並聯關係，而PRF4來自C4~C5對C1~C3的並聯關係，最後，PRF5來自C5對C1~C4的並聯關係。

5個阻抗零點和4個阻抗峰值都受到電阻值的影響，圖3提供了一個範例。請注意，並聯諧振頻率本身不能完全消除，將永遠存在，你必須考慮到這一點。

圖3：ESR的阻抗曲線變化。

備注：這個議題首先是在一個項目中引起我的注意，其中一個閘控數組的頻率頻率為16MHz，結果一些並聯軌旁路電容的並聯諧振頻率也是16MHz。很難說這會發生什麼結果，請讀者朋友們自己想象吧！

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