短波頻率范圍在2.3～26.1MHZ。短波廣播發(fā)射機(jī)工作在高頻環(huán)境下，它由于的寄生作用和雜散電容對電容器的特性有很大的影響。與“理想”電容器不同，“實際”電容器用附加的“寄生”元件或“非理想”性能來表征，其表現(xiàn)形式為電阻元件和電感元件，非線性和介電存儲性能。

　　摘 要 本文簡要介紹了電容器特性、參數(shù)和分類，針對大功率短波廣播發(fā)射機(jī)常用電容器的高頻特性，以及電容器在高頻電路及高頻環(huán)境中使用進(jìn)行探析，對正確選用電容器提出了建議。

　　關(guān)鍵詞 工程師論文范文,短波,發(fā)射機(jī),電容器,寄生,雜散電容

　　Capacitor Used in High-power Shortwave Transmitter

　　YU Riwang

　　(State General Administration of Press and Publication， Radio and Television QiLiuYiTai， Yongan， Fujian 366000)

　　Abstract This paper briefly introduces the capacitor characteristics， parameters and classification， commonly used for high-power shortwave radio transmitter frequency characteristic of capacitor， as well as the capacitor is used in the environment of high frequency and high frequency circuit analysis， put forward suggestions to choose capacitor correctly.

　　Key words shortwave transmitter parasitic capacitor stray capacitance

　　0 引言

　　隨著工作頻率的升高，電容器寄生作用和雜散電容的影響就越大，它直接限制了發(fā)射機(jī)的上限工作頻率。本文對短波廣播發(fā)射機(jī)中電容器的選擇和使用以及如何正確安裝才能減小寄生和雜散電容對發(fā)射機(jī)的影響進(jìn)行了探討。

　　1 電容器的特性和應(yīng)用分類

　　短波廣播發(fā)射機(jī)常用的電容器有十幾種，包括聚脂電容器、薄膜電容器、陶瓷電容器、電解電容器，不同類別的電容器根據(jù)他們的材料、構(gòu)造有不同的優(yōu)缺點。如表1所示：

　　2 短波發(fā)射機(jī)常用的電容器

　　2.1 電容器在短波發(fā)射機(jī)的作用

　　對于具體應(yīng)用來說合適的電容器通常只有一兩種，因為其它類型的電容器，在性能上有著明顯的不完善，如對發(fā)射機(jī)系統(tǒng)性能存有“寄生作用”，因此而不易采用。在大功率短波廣播發(fā)射機(jī)中最常用的電容器通常分為：交流耦合電容器、去耦電容器、濾波電容器、采樣保持電容器等四種類型(見圖1所示)。下面就這四種常用的電容器的功能和作用做一介紹。

　　(1)交流耦合電容器，作用于電路中通過交流信號，同時隔離直流信號，也可用作旁路。

　　(2)去耦電容器，在電路中用作于濾掉交流信號或濾掉疊加在直流信號上的高頻信號或濾掉電源、基準(zhǔn)電源和信號電路中的低頻成分。去耦電容器，在電路中起到保證電路在高頻和低頻去耦都適應(yīng)所采用電解電容器。例如，一個鉭片電容與一個單片陶瓷電容器相并聯(lián)。這樣兩種電容器相并聯(lián)，不但在低頻去耦性能很好，而且在頻率很高的情況下仍保持優(yōu)良的性能。除了關(guān)鍵集成電路以外，一般不必每個集成電路都接一個鉭電容器。如果每個集成電路和鉭電容器之間相當(dāng)寬的印制線路板導(dǎo)電條長度小于10cm，可在幾個集成電路之間共用一個鉭電容器。關(guān)于高頻去耦另一個需要說明的問題是電容器的實際物理分布。甚至很短的引線都有不可忽視的電感，所以安裝高頻去耦電容器應(yīng)當(dāng)盡量靠近集成電路，并且做到引腳短，印制線路板導(dǎo)電條寬。

　　(a)交流耦合

　　(b)去耦

　　(c)濾波

　　(d)采樣保持

　　圖1 電容的四種應(yīng)用

　　圖2 實際電容器模型

　　(3)濾波電容器，有源或無源RC濾波或選頻網(wǎng)絡(luò)，短波發(fā)射機(jī)高周的選頻網(wǎng)絡(luò)采用LC選頻網(wǎng)絡(luò)。

　　(4)采樣保持電容器，在模擬積分器和采樣保持電路(捕獲和儲存電荷)為具體的應(yīng)用中選擇合適類型的電容器實際上并不困難。

　　2.2 短波發(fā)射機(jī)上電容器的參數(shù)

　　以“實際”電容器模型如圖2所示分析，由于這些寄生元件決定了電容器的特性，通常在電容器生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品說明中已有注明，在每項應(yīng)用中了解這些寄生作用，將有助于工作時選擇合適的電容器。在大功率短波發(fā)射機(jī)應(yīng)用中最重要的參數(shù)有四種：電容器泄漏電阻RL(等效并聯(lián)電阻EPR);等效串聯(lián)電阻(ESR);等效串聯(lián)電感(ESL)和介電存儲(吸收)。

　　(a)理想模型 (b)泄漏模型

　　圖3 電容器的泄漏模型

　　(1)電容器泄漏電阻，RP;在交流耦合應(yīng)用、存儲應(yīng)用(例如模擬積分器和采樣保持器)以及當(dāng)電容器用于高阻抗電路時，RP 是一項重要參數(shù)，電容器的泄漏模型如圖3所示，理想電容器中的電荷只隨外部電流變化。然而實際電容器中的RP使電荷以R、C時間常數(shù)決定的速率緩慢泄漏。電解電容器(鉭電容器和鋁電容器)的容量很大，由于其隔離電阻低，所以漏電流非常大(典型值5～20nA/F)，因此它不適合用于存儲和耦合。最適合用于交流耦合和電荷存儲的電容器是聚四氟乙烯電容器和其它聚脂型(聚丙烯、聚苯乙烯等)電容器。

　　圖4 介質(zhì)吸收作用

　　(2)等效串聯(lián)電阻(ESR)，RESR;電容器的等效串聯(lián)電阻是由電容器的引腳電阻與電容器兩個極板的等效電阻相串聯(lián)構(gòu)成的。當(dāng)有大的交流電流通過電容器，RESR 使電容器消耗能量(從而產(chǎn)生損耗)。這對射頻電路和載有高波紋電流的電源去耦電容器會造成嚴(yán)重后果。但對精密高阻抗、小信號模擬電路不會有很大的影響。 RESR最低的電容器是云母電容器和薄膜電容器。 　　(3)等效串聯(lián)電感(ESL)，LESL;電容器的等效串聯(lián)電感是由電容器的引腳電感與電容器兩個極板的等效電感串聯(lián)構(gòu)成的。像RESR一樣，LESL在射頻或高頻工作環(huán)境下也會出現(xiàn)嚴(yán)重問題。因此，在發(fā)射機(jī)射頻功放的諧振回路中大型真空電容應(yīng)采用盡可能短和寬的連接線，避免LESL引起的自激震蕩。雖然精密電路本身在直流或低頻條件下正常工作。但是用子精密模擬電路中的晶體管在過渡頻率擴(kuò)展到幾百兆赫或幾吉赫的情況下，仍具有增益，可以放大電壓值很低的諧振信號。這就是在高頻情況下對這種電路的電源端需要進(jìn)行適當(dāng)去耦的主要原因。電解電容器、紙介電容器和塑料薄膜電容器不適合用于高頻去耦。這些電容器基本上是由多層塑料或紙介質(zhì)把兩張金屬箔隔開然后卷成一個卷筒制成的。這種結(jié)構(gòu)的電容具有相當(dāng)大的自感，而且當(dāng)頻率只要超過幾兆赫時主要起電感的作用。對于高頻去耦更合適的選擇應(yīng)該是單片陶瓷電容器，因為它們具有很低的等效串聯(lián)電感。單片陶瓷電容器是由多層夾層金屬薄膜和陶瓷薄膜構(gòu)成的，而且這些多層薄膜是按照母線平行方式排布的，而不是按照串行方式卷繞的。單片陶瓷電容的缺點是具有顫噪聲(即對振動敏感)，所以有些單片陶瓷電容器可能會出現(xiàn)自激震蕩。它有很高的Q值，因為串聯(lián)電阻值及與其在一起的電感值都很低。另外，圓片陶瓷電容器，雖然價格不太貴，但有時電感很大。

　　因為電容器的泄漏電阻、等效串聯(lián)電阻和等效串聯(lián)電感，這三項指標(biāo)是很難分開，所以許多電容器制造廠家將它們合并成一項指標(biāo)，稱作損耗因數(shù)(disspation factor)，或DF，主要用來描述電容器的無效程度。損耗因數(shù)定義為電容器每周期損耗能量與儲存能量之比。實際上，損耗因數(shù)等于介質(zhì)的功率因數(shù)或相角的余弦值。如果電容器在關(guān)心頻帶范圍的高頻損耗可以簡化成串聯(lián)電阻模型，那么等效串聯(lián)電阻與總?cè)菘怪�比是對損耗因數(shù)的一種很好的估算，即 DF≈RESRC，還可以證明損耗因數(shù)等于電容器品質(zhì)因數(shù)或Q值的倒數(shù)，在電容器制造廠家的產(chǎn)品說明中有時也給出這項指標(biāo)。

　　(a)印刷版頂視圖

　　(b)印刷版剖面圖

　　圖5 雜散電容

　　(4)介質(zhì)吸收，RDA，CDA：單片陶瓷電容器非常適用于高頻去耦，但是考慮介質(zhì)吸收問題，這種電容器不適用于采樣保持放大器中的保持電容器。介質(zhì)吸收是一種有滯后性質(zhì)的內(nèi)部電荷分布，它使快速放電然后開路的電容器恢復(fù)一部分電荷。因為恢復(fù)電荷的數(shù)量是原來電荷的函數(shù)，實際上這是一種電荷記憶效應(yīng)(如圖4所示)。如果把這種電容器用作采樣保持放大器中的保持電容器，那么勢必對測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。對于這種類型應(yīng)用推薦的電容器，正如前面介紹的還是聚脂型電容器，即聚苯乙烯電容器、聚丙烯電容器和聚四氟乙烯電容器。

　　3 雜散電容對發(fā)射機(jī)的影響

　　雜散電容(stray capacitance)是另一種寄生作用。像平行板電容器一樣，不論什么時候，當(dāng)兩個導(dǎo)體彼此非�？拷�(尤其是當(dāng)兩個導(dǎo)體保持平行時)，便產(chǎn)生雜散電容。C = 0.0085

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