深度剖析：大小电容并联的奥秘

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目录：

一、电容的内部结构

1、普通铝电解电容器

2、陶瓷电容器

二、陶瓷电容器的分类

1、Ⅰ类陶瓷的温度特性

2、什么是Ⅱ类陶瓷

三、电容的高频等效

四、小电容靠近芯片

一、电容的内部结构

1、普通铝电解电容器

图1.1.1 铝电解电容内部结构

由于引脚与卷绕的原故，必然产生寄生的电感。

2、陶瓷电容器

本处以积层贴片陶瓷片式电容器（MLCC）说明，陶瓷介质电容器的绝缘体材料主要使用陶瓷，其基本构造是将陶瓷和内部电极交相重叠，如下图1.2.1所示。卷绕产生的寄生电感已经不复存在，再加上采用SMD的形式，其引脚电感进一步减弱。

图1.2.1 扁平MLCC

如图1.2.2其内部铜电极更短，寄生电感会更小。

1.2.2 狭长MLCC

C0510与C0603陶瓷电容实物：

图1.2.3 电容实物

二、陶瓷电容器的分类

1、Ⅰ类陶瓷的温度特性

Ⅰ类陶瓷的温度容量特性（TCC）非常小，单位往往在ppm/℃，容量较基准值的变化往往远小于1皮法。美国电子工业协会（EIA）标准采用“字母+数字+字母” 这种代码形式来表示Ⅰ类陶瓷温度系数。比如常见的C0G，其代表的温度系数含义如下：

在无源电子行业把C0G又叫做NP0(Negative Positive Zero)，就是正负温度系数为0，它是一种最常用的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器。NP0电容器是电容量和介质损耗最稳定的电容器之一。代码中是数字0，不是字母O，有些文献笔误为COG或NPO。

大封装尺寸的要比小封装尺寸的频率特性好，C0G电容器代码的具体含义如下表。

C0G电容的TCC计算：0×(-1)ppm/℃±30ppm/℃，即±30ppm/℃。

2、什么是Ⅱ类陶瓷

Ⅱ类陶瓷电容器（Class Ⅱ ceramic capacitor）过去称为为低频陶瓷电容器（Low frequency ceramic capacitor），指用铁电陶瓷作介质的电容器，因此也称铁电陶瓷电容器。比如常见的X7R，其代表的温度系数含义如下：

代码具体的含义如下表。

原文件：陶瓷电容器的分类与温度系数。

三、电容的高频等效

在高频电路中，电容的等效电路会变得更加复杂，通常包括等效电感、等效电阻以及电容本身。

如图3.1.1所示，ESL即等效电感Equivalent Series Inductance，ESR即等效电阻Equivalent Series Resistance。

这种等效电路模型有助于分析电容在高频下的行为特性，如阻抗、谐振频率等。

图3.1.1 电容等效

由图3.1.2右侧可以看出：f0的左侧呈电容特性，f0点呈阻性，f0右侧呈电感特性。

图3.1.2 电容的高频特性

其阻抗三角形如下图3.1.3所示，那么总阻抗Z = ZL+Zc+R，当ZL = Zc时Z = R。

通过计算谐振时的频率：，也就是电容的自谐振频率。

图3.1.3 阻抗三角形

从图3.1.2的②式可以看出，容值越大容抗Xc越小，也就是说相同的频率下，其“阻抗-频率曲线”越靠左，如下图3.1.4所示。

图3.1.4 阻抗-频率曲线

我们经常会见到100uF(红色线)并联0.1uF(绿色线)，其等效的特性曲线如下图3.1.5所示。

图3.1.5 100uF并联0.1uF特性曲线

两个电容并联后，曲线等效为图3.1.6的蓝色线。低频时由100uF电容滤波，高频时由0.1uF滤波，f0点呈阻性。

图3.1.6 100uF并联0.1uF等效曲线

四、小电容靠近芯片

图4.1.1 小电容放置原则

图4.1.2 PCB布局建议 

如图4.1.1所示，若流过IC的瞬间电流达到1A，PCB线路的寄生电感L = 1nH，信号时间t = 1nS，那么VL两端电压 = L*di/dt = 1nH*1A/1nS = 1V，实际瞬间给到IC的电压只有1.2V-1V = 0.2V。

加入C2后就可以补充瞬间电压跌落，此时大电容C1必须在前，小电容C2在后。假若C1靠近IC，电解电容的寄生电感较大，给IC续能势必减弱。

可能有人会认为：当ZL = Zc时，电容只有电阻特性，这时效果最好，其实不然。

在f0点100uF电容表现为感性，而0.1uF表现为容性，二者之间在f0点发生LC并联谐振，f0处出现尖峰，如下图4.1.3所示。

图4.1.3 LC并联谐振

发生谐振的对策：通过增加/减小电容的容量，促使“阻抗-频率”曲线偏移，从而巧妙地避开潜在的谐振频率点。

这种精细的电路调整技巧，不仅加深了对电路工作原理的洞察，还为电磁兼容性（EMC）问题的有效解决提供了强有力的支持。

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