寄生電容產(chǎn)生的原因_寄生電容產(chǎn)生的危害

　　什么是寄生電容

　　寄生電容一般是指電感，電阻，芯片引腳等在高頻情況下表現(xiàn)出來的電容特性。實(shí)際上，一個(gè)電阻等效于一個(gè)電容，一個(gè)電感，和一個(gè)電阻的串聯(lián)，在低頻情況下表現(xiàn)不是很明顯，而在高頻情況下，等效值會(huì)增大，不能忽略。在計(jì)算中我們要考慮進(jìn)去。ESL就是等效電感，ESR就是等效電阻。不管是電阻，電容，電感，還是二極管，三極管，MOS管，還有IC，在高頻的情況下我們都要考慮到它們的等效電容值，電感值。

　　寄生電容產(chǎn)生的原因

　　大家知道，同性電荷相排斥，異性電荷相吸引。如果有兩個(gè)相距不遠(yuǎn)的金屬板，甲板電位比乙板高，即甲板上的正電荷比乙板多。那么，乙板的自由電子（帶負(fù)電）就有一部分被甲板的正電荷所吸引，這些正負(fù)電荷集中于兩板相鄰的表面而不再隨意運(yùn)動(dòng)，因而稱作“束縛電荷”。這種現(xiàn)象可以看成是電荷的儲(chǔ)存，也叫電容現(xiàn)象。甲乙兩平行板就是儲(chǔ)存電荷的容器，因而叫做電容器。很明顯，甲乙兩板間的電位差U愈大，束縛電荷Q就愈多。事實(shí)上，Q與U成正比，即Q=CU。這里的比例常數(shù)C通常稱為“電容量”。兩板的面積越大、距離越近，電容量就越大。

　　在無線電設(shè)備中，由于有許多相鄰近而又不同電位的金屬導(dǎo)體，它們之間必定有著一定的電容量。又由于這些導(dǎo)體并不是特意為了產(chǎn)生這樣的電容而存在，所以我們稱這些意外出現(xiàn)的電容為“寄生電容”。即是說，這種電容沒有獨(dú)立存在的價(jià)值，它“寄生”在起其他作用的金屬導(dǎo)體的身上。這就是寄生電容產(chǎn)生的原因。

　　寄生電容的危害

　　（一）人身效應(yīng)：如果收音機(jī)可變電容器的定片接地而動(dòng)片不接地，那么，由于動(dòng)片是與軸焊在一起的，因此當(dāng)人的手與軸接觸時(shí)，就會(huì)有一個(gè)寄生電容Cn并聯(lián)在振蕩回路中（圖4）。Cn可以認(rèn)為是人體與地球之間填充著鞋底或皮膚（介質(zhì)）所構(gòu)成的。這樣，調(diào)諧就是在并聯(lián)了Cn的情況下進(jìn)行的。調(diào)諧完成后，人的手離開軸，Cn也就沒有了，因而回路又失諧了。這在長(zhǎng)（中）波段表現(xiàn)為音量減弱，在短波段則常常使電臺(tái)“跑掉”。這種現(xiàn)象稱為“人身效應(yīng)”。為了避免它，收音機(jī)的動(dòng)片軸一般要接地，而定片則用絕緣柱子支起來離開底殼。

　?。ǘ┢鹗茧娙荩嚎勺冸娙萜鞯膭?dòng)片完全旋轉(zhuǎn)出來之后，電容量并不為零，甚至還相當(dāng)大。這是因?yàn)橐话憧勺冸娙萜鞯膭?dòng)片、軸、底殼是相通的，動(dòng)片雖然完全旋出來了，但軸與定片之間，定片通過絕緣子與底殼之間都還有相當(dāng)大的寄生電容存在。定片對(duì)軸和對(duì)底殼的電容并聯(lián)起來稱為可變電容器的“起始電容”，一般為10到50微微法。起始電容使振蕩回路的調(diào)諧范圍變窄，特別是使它不能用到更高的頻段。起始電容隨溫度而變化也成為振蕩頻率不穩(wěn)定的主要原因。

　?。ㄈ┘纳袷帲河袝r(shí)收音機(jī)會(huì)發(fā)出一種刺耳的叫聲，這常常是由于低頻部分的寄生電容或寄生電感引起正反饋所造成的寄生振蕩。例如，當(dāng)輸出變壓器的引線與第一低放級(jí)的引線相近時(shí)，通過寄生電容和兩次放大倒相，就成了正反饋，由于經(jīng)過放大，因而容易滿足振蕩條件。如果我們把最關(guān)緊要的兩根線拉開，消除寄生電容，正反饋途徑被切斷，嘯叫聲也就消失了。

　?。ㄋ模┙泳€柱的考究：許多儀表的輸入端都做成接線柱的形式。前面曾經(jīng)指出，接線柱的安裝電容較大，因而儀表的輸入電容也將很大。對(duì)于低頻信號(hào)，安裝電容的危害倒不顯著，可是在信號(hào)頻率很高時(shí)，安裝電容相當(dāng)于一個(gè)低阻抗，分去許多信號(hào)電流，儀表的靈敏度就大大下降。因此用接線柱做輸入端的儀表不能用來測(cè)量高頻率的弱信號(hào)。一般的電子管伏特計(jì)，特別是高頻毫伏表和高頻微伏表，必須用特別的探頭式輸入端。高頻信號(hào)首先進(jìn)入探頭內(nèi)，經(jīng)過輸入電容極小的一種二極管檢波后，再進(jìn)行放大和測(cè)量。如果把一個(gè)用接線柱做輸入端的電流表串接在高頻振蕩回路的高壓部分（即圖5的1、2兩點(diǎn)間），兩個(gè)接線柱的安裝電容CC2將和回路電容C相并聯(lián)，這樣勢(shì)必改變回路的振蕩頻率，而測(cè)量的誤差也會(huì)因C1C2分流而變得很大。如果電流表A串接在低壓部鄭碼、b兩點(diǎn)之間，則安裝電容C2被A表內(nèi)阻短路，C1則根本不存在，所以測(cè)量才是準(zhǔn)確的，回路頻率也沒有發(fā)生變化。

　　（五）高頻增益跌落：一般低頻放大器的增益都隨著頻率的增加而降低，這是因?yàn)榉糯笃鞯呢?fù)載上并聯(lián)著寄生電容（包括下級(jí)電子管的極間電容、安裝電容、引線電容等）。頻率愈高，電容阻抗愈低，從寄生電容直接入地的高頻電流愈多，因而高頻增益（放大量）會(huì)跌落下來。前面曾經(jīng)指出屏蔽線內(nèi)外導(dǎo)體間寄生電容較大，如果在高頻放大器的柵極接上屏蔽線，無異于增加其輸入電容，可想放大倍數(shù)是會(huì)大大降低的，因而放大器靈敏度下降。

　?。┳儔浩鞯母郊釉O(shè)施：制作或修理過擴(kuò)音機(jī)的人，也許曾經(jīng)注意到擴(kuò)音機(jī)強(qiáng)放級(jí)的變壓器的兩端常常并聯(lián)著一個(gè)阻值不大的電阻。如果取掉這個(gè)電阻，擴(kuò)音機(jī)的高頻響應(yīng)就特別刺耳，有時(shí)還發(fā)現(xiàn)強(qiáng)放管有過載現(xiàn)象。為什么會(huì)這樣呢？只要想想變器兩端都存在著較大的寄生電容就不難明白了。如果變壓器初級(jí)電感是10亨，寄生電容是50微微法，則在初級(jí)構(gòu)成諧振頻率為7150赫的振蕩回路。當(dāng)信號(hào)頻率在7千赫附近時(shí)，放大量就大大增加，于是聲音變得尖銳刺耳，有時(shí)也使電子管過載。如果給這個(gè)振蕩回路并聯(lián)一個(gè)電阻，諧振現(xiàn)象就不會(huì)發(fā)生，因?yàn)榛芈匪p大，振蕩被阻尼了。前曾述及變壓器初次級(jí)間寄生電容很大，這個(gè)電容會(huì)造成高頻的直通，破壞變壓的匹配功能和對(duì)稱性，而且使得一些脈沖干擾信號(hào)暢通無阻。這種情況對(duì)于工作在干線通信、測(cè)量、核子物理等方面的設(shè)備中的電源變壓器、耦合變壓器或匹配變壓器都是不能容許的。為了消除這個(gè)電容，在初次級(jí)間應(yīng)加一層金屬箔（注意，切不可構(gòu)成短路環(huán)?。┯靡€使之接地，這樣級(jí)間電容就被“屏蔽”掉了，亦即變成兩個(gè)對(duì)地的電容了。為了盡量減小初次級(jí)的動(dòng)態(tài)電容，運(yùn)用在脈沖設(shè)備中的變壓器常常采用分段繞法，因?yàn)樵S多個(gè)分段的總電容將是各段電容的串聯(lián)，數(shù)值會(huì)下降。

　?。ㄆ撸╇姼芯€圈的極限頻率：如果考慮到并聯(lián)在線圈兩端的寄生電容，線圈實(shí)際上是一個(gè)振蕩回路，其諧振頻率f0=1/2πLC0（1/2）。C0是寄生電容。如果工作頻率等于f0，線圈就相當(dāng)于電阻；工作頻率高于f0，線圈就成了一個(gè)電容器。所以通常用f0的1/5或1/10為極限工作頻率。要提高線圈的極限工作頻率，必須減小寄生電容，因而采用蜂房式繞組、分段繞組等形式。但是，一般多層線圈的極限頻率還是難于達(dá)到1兆赫以上。對(duì)于單層線圈，為減少寄生電容，應(yīng)該繞得稀，最好不用骨架，或用介電常數(shù)ε值小的筋條式骨架。

　　在無線電設(shè)備中，寄生電容的危害以及與之作斗爭(zhēng)的事例真是多得不勝枚舉?？傊?，當(dāng)我們使用高頻信號(hào)時(shí)，采用新結(jié)構(gòu)，試制新設(shè)備時(shí)，必須對(duì)存在于元件、器件、機(jī)械安裝各部分的寄生電容予以重視。在必要時(shí)可采用屏蔽、補(bǔ)償?shù)雀郊釉O(shè)施。近來有不少高頻或超高頻電路，甚至直接利用元件或器件中的寄生電容作有用元件，這更是出路之一。