電容器在大功率短波發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用探析

俞日旺

摘 要 本文簡(jiǎn)要介紹了電容器特性、參數(shù)和分類(lèi)，針對(duì)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(duì)正確選用電容器提出了建議。

關(guān)鍵詞 短波 發(fā)射機(jī) 電容器 寄生 雜散電容

中圖分類(lèi)號(hào)：TN838 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

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(duì)電容器的特性有很大的影響。與“理想”電容器不同，“實(shí)際”電容器用附加的“寄生”元件或“非理想”性能來(lái)表征，其表現(xiàn)形式為電阻元件和電感元件，非線(xiàn)性和介電存儲(chǔ)性能。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(duì)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(duì)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(lèi)

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(lèi)別的電容器根據(jù)他們的材料、構(gòu)造有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。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(duì)于具體應(yīng)用來(lái)說(shuō)合適的電容器通常只有一兩種，因?yàn)槠渌?lèi)型的電容器，在性能上有著明顯的不完善，如對(duì)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(lèi)型（見(jiàn)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(guò)交流信號(hào)，同時(shí)隔離直流信號(hào)，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(hào)或?yàn)V掉疊加在直流信號(hào)上的高頻信號(hào)或?yàn)V掉電源、基準(zhǔn)電源和信號(hào)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(gè)鉭片電容與一個(gè)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(gè)集成電路都接一個(gè)鉭電容器。如果每個(gè)集成電路和鉭電容器之間相當(dāng)寬的印制線(xiàn)路板導(dǎo)電條長(zhǎng)度小于10cm，可在幾個(gè)集成電路之間共用一個(gè)鉭電容器。關(guān)于高頻去耦另一個(gè)需要說(shuō)明的問(wèn)題是電容器的實(shí)際物理分布。甚至很短的引線(xiàn)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(xiàn)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(shí)際電容器模型

（3）濾波電容器，有源或無(wú)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(chǔ)存電荷）為具體的應(yīng)用中選擇合適類(lèi)型的電容器實(shí)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(shí)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(chǎng)家的產(chǎn)品說(shuō)明中已有注明，在每項(xiàng)應(yīng)用中了解這些寄生作用，將有助于工作時(shí)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(chǔ)（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(chǔ)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(shí)，RP 是一項(xiàng)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(shí)際電容器中的RP使電荷以R、C時(shí)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(chǔ)和耦合。最適合用于交流耦合和電荷存儲(chǔ)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(gè)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(guò)電容器，RESR使電容器消耗能量（從而產(chǎn)生損耗）。這對(duì)射頻電路和載有高波紋電流的電源去耦電容器會(huì)造成嚴(yán)重后果。但對(duì)精密高阻抗、小信號(hào)模擬電路不會(huì)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。endprint

（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(gè)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(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)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(xiàn)，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(guò)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(hào)。這就是在高頻情況下對(duì)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(kāi)然后卷成一個(gè)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(guò)幾兆赫時(shí)主要起電感的作用。對(duì)于高頻去耦更合適的選擇應(yīng)該是單片陶瓷電容器，因?yàn)樗鼈兙哂泻艿偷牡刃Т?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(xiàn)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(diǎn)是具有顫噪聲（即對(duì)振動(dòng)敏感），所以有些單片陶瓷電容器可能會(huì)出現(xiàn)自激震蕩。它有很高的Q值，因?yàn)榇?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(jià)格不太貴，但有時(shí)電感很大。

因?yàn)殡娙萜鞯男孤╇娮?、等效串?lián)電阻和等效串聯(lián)電感，這三項(xiàng)指標(biāo)是很難分開(kāi)，所以許多電容器制造廠(chǎng)家將它們合并成一項(xiàng)指標(biāo)，稱(chēng)作損耗因數(shù)（disspation factor），或DF，主要用來(lái)描述電容器的無(wú)效程度。損耗因數(shù)定義為電容器每周期損耗能量與儲(chǔ)存能量之比。實(shí)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(jiǎn)化成串聯(lián)電阻模型，那么等效串聯(lián)電阻與總?cè)菘怪仁菍?duì)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(chǎng)家的產(chǎn)品說(shuō)明中有時(shí)也給出這項(xiàng)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：?jiǎn)纹沾呻娙萜鞣浅＿m用于高頻去耦，但是考慮介質(zhì)吸收問(wèn)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(kāi)路的電容器恢復(fù)一部分電荷。因?yàn)榛謴?fù)電荷的數(shù)量是原來(lái)電荷的函數(shù)，實(shí)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(shì)必對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差。對(duì)于這種類(lèi)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(duì)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(shí)候，當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)體彼此非?？拷ㄓ绕涫钱?dāng)兩個(gè)導(dǎo)體保持平行時(shí)），便產(chǎn)生雜散電容。C = 0.0085 €？ER €？Ad其中：C = 電容，單位pF， ER=空氣介電常數(shù)， A = 平行導(dǎo)體面積，單位mm2，d = 平行導(dǎo)體間的距離，單位mm（雜散電容如圖5所示）。雜散電容或寄生電容一般出現(xiàn)在印制線(xiàn)路板上的平行導(dǎo)電條之間或印制線(xiàn)路板的相對(duì)面上的導(dǎo)電條或?qū)щ娖矫嬷g。雜散電容的存在和作用，尤其是在頻率很高時(shí)，在電路設(shè)計(jì)中常常被忽視，所以在制造和安裝系統(tǒng)線(xiàn)路板時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的性能問(wèn)題，例如，噪聲變大、頻率響應(yīng)降低，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定。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。

圖6 通過(guò)雜散電容耦合的電壓噪聲

（a）電容屏蔽中斷耦合電場(chǎng)

（b）電容屏蔽是噪聲電流返回噪聲源，而不通過(guò)阻抗Z1

圖7 法拉第屏蔽

解決雜散電容的問(wèn)題可在線(xiàn)路板設(shè)計(jì)上，盡量減小平行導(dǎo)電條之間或相對(duì)面上的導(dǎo)電條或?qū)щ娖矫嬷g的面積。在發(fā)射機(jī)射頻回路的設(shè)計(jì)與安裝時(shí)，也應(yīng)考慮大型器件之間的位置與角度來(lái)減小雜散電容。實(shí)際上雜散電容是難以消除的，最好的辦法只能設(shè)法將雜散電容對(duì)電路的影響減到最小。減小雜散電容耦合影響的一種方法是使用法拉第屏蔽（Faradayshield），它是在耦合源與受影響電路之間的一種簡(jiǎn)捷接地導(dǎo)體（如圖6所示）。高頻噪聲源VN通過(guò)雜散電容C耦合到系統(tǒng)阻抗Z的等效電容。如果我們不能控制VN，或不能改變電路阻抗Z1的位置，那么最好的解決方法是插入一個(gè)法拉第屏蔽。圖7是法拉弟屏蔽圖，是中斷耦合電場(chǎng)的情況。法拉第屏蔽使噪聲和耦合電流直接返回到噪聲源，而不再通過(guò)阻抗Z1。電容耦合的另一個(gè)例子是側(cè)面鍍銅陶瓷集成電路外殼。這種DIP封裝，在陶瓷封裝的頂上有一小塊方形的導(dǎo)電可伐合金蓋，這塊可伐合金蓋又被焊接到一個(gè)金屬圈上，如圖8導(dǎo)電可伐合金蓋所示。商家通常提供的是兩種封裝：一種是將金屬圈連接到器件封裝角上的一個(gè)引腳上；另一種是保留金屬圈不連接。大部分邏輯電路在器件封裝的某一角上有一個(gè)接地引腳，所以這種器件的可伐合金蓋接地。但是許多模擬電路在器件封裝的四個(gè)角上沒(méi)有一個(gè)接地引腳，

圖8 導(dǎo)電可伐合金蓋

該封裝器件受容性干擾易受損壞，所以應(yīng)盡可能接地。不論環(huán)境噪聲電平有多么大，用戶(hù)最好的辦法是將任何側(cè)面鍍銅陶瓷封裝集成電路（凡是生產(chǎn)廠(chǎng)家沒(méi)有接地的）可伐合金蓋接地，接地可將引線(xiàn)焊接到可伐合金蓋上（這樣做不會(huì)損壞芯片，因?yàn)樾酒c可伐合金蓋之間有熱和電氣隔離）。如果無(wú)法焊接到可伐合金蓋上，可使用接地的磷青銅片做接地連接，或使用導(dǎo)電涂料將可伐合金蓋與接地引腳連接。有的器件應(yīng)將可伐合金蓋連接到電源端而不是接到地，絕對(duì)不允許將沒(méi)有經(jīng)過(guò)檢查的實(shí)際上不允許和地連接的可伐合金蓋接地。在集成電路芯片的接合線(xiàn)之間不能采用法拉第屏蔽，主要原因是在芯片的兩條接合線(xiàn)與其相聯(lián)的引線(xiàn)框架之間的雜散電容大約為0.2pF如圖9所示，觀(guān)測(cè)值一般在0.5pF至0.6pF之間。

圖9 芯片接合線(xiàn)之間的雜散電容

圖10 數(shù)字噪聲通過(guò)雜散電容的傳輸

在高分辨率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（ADC或DAC）中，它們都與高速數(shù)據(jù)總線(xiàn)連接。數(shù)據(jù)總線(xiàn)上的每條線(xiàn)（大約都以2至5V/ns的速率傳送噪聲）通過(guò)上述雜散電容影響ADC或DAC的模擬端口，如數(shù)字噪聲通過(guò)雜散電容的傳輸圖10所示。由此引起的數(shù)字邊緣耦合勢(shì)必降低轉(zhuǎn)換器的性能。為了避免這個(gè)問(wèn)題，不要將數(shù)據(jù)總線(xiàn)與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器直接相連，而應(yīng)使用一個(gè)鎖存緩沖器作為接口。這種鎖存緩沖器在快速數(shù)據(jù)總線(xiàn)與高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器之間起到一個(gè)法拉第屏蔽作用。雖然這種方法增加了附加的器件，增加了器件的占居面積，增加了功耗，稍降低了可靠性，稍提高了設(shè)計(jì)復(fù)雜程度，但它可以明顯地改善轉(zhuǎn)換器的信噪比。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大功率短波廣播發(fā)射機(jī)的電容器都是工作在特定的高頻環(huán)境中，任何一點(diǎn)變化都將使發(fā)射機(jī)參數(shù)發(fā)生變化，都將影響發(fā)射機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，正確地選擇、合理地安裝電容器是非常重要的，這不但需要維護(hù)工作者豐富的理論知識(shí)，更需要實(shí)踐知識(shí)的積累。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟貴華.電子元器件的選用入門(mén)（第一版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2004.3.

[2] 張學(xué)田.廣播技術(shù)手冊(cè)（第一版）.國(guó)防工業(yè)出版社，2000.6.endprint

（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(gè)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(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)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(xiàn)，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(guò)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(hào)。這就是在高頻情況下對(duì)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(kāi)然后卷成一個(gè)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(guò)幾兆赫時(shí)主要起電感的作用。對(duì)于高頻去耦更合適的選擇應(yīng)該是單片陶瓷電容器，因?yàn)樗鼈兙哂泻艿偷牡刃Т?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(xiàn)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(diǎn)是具有顫噪聲（即對(duì)振動(dòng)敏感），所以有些單片陶瓷電容器可能會(huì)出現(xiàn)自激震蕩。它有很高的Q值，因?yàn)榇?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(jià)格不太貴，但有時(shí)電感很大。

因?yàn)殡娙萜鞯男孤╇娮?、等效串?lián)電阻和等效串聯(lián)電感，這三項(xiàng)指標(biāo)是很難分開(kāi)，所以許多電容器制造廠(chǎng)家將它們合并成一項(xiàng)指標(biāo)，稱(chēng)作損耗因數(shù)（disspation factor），或DF，主要用來(lái)描述電容器的無(wú)效程度。損耗因數(shù)定義為電容器每周期損耗能量與儲(chǔ)存能量之比。實(shí)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(jiǎn)化成串聯(lián)電阻模型，那么等效串聯(lián)電阻與總?cè)菘怪仁菍?duì)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(chǎng)家的產(chǎn)品說(shuō)明中有時(shí)也給出這項(xiàng)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：?jiǎn)纹沾呻娙萜鞣浅＿m用于高頻去耦，但是考慮介質(zhì)吸收問(wèn)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(kāi)路的電容器恢復(fù)一部分電荷。因?yàn)榛謴?fù)電荷的數(shù)量是原來(lái)電荷的函數(shù)，實(shí)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(shì)必對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差。對(duì)于這種類(lèi)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(duì)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(shí)候，當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)體彼此非?？拷ㄓ绕涫钱?dāng)兩個(gè)導(dǎo)體保持平行時(shí)），便產(chǎn)生雜散電容。C = 0.0085 €？ER €？Ad其中：C = 電容，單位pF， ER=空氣介電常數(shù)， A = 平行導(dǎo)體面積，單位mm2，d = 平行導(dǎo)體間的距離，單位mm（雜散電容如圖5所示）。雜散電容或寄生電容一般出現(xiàn)在印制線(xiàn)路板上的平行導(dǎo)電條之間或印制線(xiàn)路板的相對(duì)面上的導(dǎo)電條或?qū)щ娖矫嬷g。雜散電容的存在和作用，尤其是在頻率很高時(shí)，在電路設(shè)計(jì)中常常被忽視，所以在制造和安裝系統(tǒng)線(xiàn)路板時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的性能問(wèn)題，例如，噪聲變大、頻率響應(yīng)降低，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定。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。

圖6 通過(guò)雜散電容耦合的電壓噪聲

（a）電容屏蔽中斷耦合電場(chǎng)

（b）電容屏蔽是噪聲電流返回噪聲源，而不通過(guò)阻抗Z1

圖7 法拉第屏蔽

解決雜散電容的問(wèn)題可在線(xiàn)路板設(shè)計(jì)上，盡量減小平行導(dǎo)電條之間或相對(duì)面上的導(dǎo)電條或?qū)щ娖矫嬷g的面積。在發(fā)射機(jī)射頻回路的設(shè)計(jì)與安裝時(shí)，也應(yīng)考慮大型器件之間的位置與角度來(lái)減小雜散電容。實(shí)際上雜散電容是難以消除的，最好的辦法只能設(shè)法將雜散電容對(duì)電路的影響減到最小。減小雜散電容耦合影響的一種方法是使用法拉第屏蔽（Faradayshield），它是在耦合源與受影響電路之間的一種簡(jiǎn)捷接地導(dǎo)體（如圖6所示）。高頻噪聲源VN通過(guò)雜散電容C耦合到系統(tǒng)阻抗Z的等效電容。如果我們不能控制VN，或不能改變電路阻抗Z1的位置，那么最好的解決方法是插入一個(gè)法拉第屏蔽。圖7是法拉弟屏蔽圖，是中斷耦合電場(chǎng)的情況。法拉第屏蔽使噪聲和耦合電流直接返回到噪聲源，而不再通過(guò)阻抗Z1。電容耦合的另一個(gè)例子是側(cè)面鍍銅陶瓷集成電路外殼。這種DIP封裝，在陶瓷封裝的頂上有一小塊方形的導(dǎo)電可伐合金蓋，這塊可伐合金蓋又被焊接到一個(gè)金屬圈上，如圖8導(dǎo)電可伐合金蓋所示。商家通常提供的是兩種封裝：一種是將金屬圈連接到器件封裝角上的一個(gè)引腳上；另一種是保留金屬圈不連接。大部分邏輯電路在器件封裝的某一角上有一個(gè)接地引腳，所以這種器件的可伐合金蓋接地。但是許多模擬電路在器件封裝的四個(gè)角上沒(méi)有一個(gè)接地引腳，

圖8 導(dǎo)電可伐合金蓋

該封裝器件受容性干擾易受損壞，所以應(yīng)盡可能接地。不論環(huán)境噪聲電平有多么大，用戶(hù)最好的辦法是將任何側(cè)面鍍銅陶瓷封裝集成電路（凡是生產(chǎn)廠(chǎng)家沒(méi)有接地的）可伐合金蓋接地，接地可將引線(xiàn)焊接到可伐合金蓋上（這樣做不會(huì)損壞芯片，因?yàn)樾酒c可伐合金蓋之間有熱和電氣隔離）。如果無(wú)法焊接到可伐合金蓋上，可使用接地的磷青銅片做接地連接，或使用導(dǎo)電涂料將可伐合金蓋與接地引腳連接。有的器件應(yīng)將可伐合金蓋連接到電源端而不是接到地，絕對(duì)不允許將沒(méi)有經(jīng)過(guò)檢查的實(shí)際上不允許和地連接的可伐合金蓋接地。在集成電路芯片的接合線(xiàn)之間不能采用法拉第屏蔽，主要原因是在芯片的兩條接合線(xiàn)與其相聯(lián)的引線(xiàn)框架之間的雜散電容大約為0.2pF如圖9所示，觀(guān)測(cè)值一般在0.5pF至0.6pF之間。

圖9 芯片接合線(xiàn)之間的雜散電容

圖10 數(shù)字噪聲通過(guò)雜散電容的傳輸

在高分辨率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（ADC或DAC）中，它們都與高速數(shù)據(jù)總線(xiàn)連接。數(shù)據(jù)總線(xiàn)上的每條線(xiàn)（大約都以2至5V/ns的速率傳送噪聲）通過(guò)上述雜散電容影響ADC或DAC的模擬端口，如數(shù)字噪聲通過(guò)雜散電容的傳輸圖10所示。由此引起的數(shù)字邊緣耦合勢(shì)必降低轉(zhuǎn)換器的性能。為了避免這個(gè)問(wèn)題，不要將數(shù)據(jù)總線(xiàn)與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器直接相連，而應(yīng)使用一個(gè)鎖存緩沖器作為接口。這種鎖存緩沖器在快速數(shù)據(jù)總線(xiàn)與高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器之間起到一個(gè)法拉第屏蔽作用。雖然這種方法增加了附加的器件，增加了器件的占居面積，增加了功耗，稍降低了可靠性，稍提高了設(shè)計(jì)復(fù)雜程度，但它可以明顯地改善轉(zhuǎn)換器的信噪比。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大功率短波廣播發(fā)射機(jī)的電容器都是工作在特定的高頻環(huán)境中，任何一點(diǎn)變化都將使發(fā)射機(jī)參數(shù)發(fā)生變化，都將影響發(fā)射機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，正確地選擇、合理地安裝電容器是非常重要的，這不但需要維護(hù)工作者豐富的理論知識(shí)，更需要實(shí)踐知識(shí)的積累。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟貴華.電子元器件的選用入門(mén)（第一版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2004.3.

[2] 張學(xué)田.廣播技術(shù)手冊(cè)（第一版）.國(guó)防工業(yè)出版社，2000.6.endprint

（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(gè)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(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)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(xiàn)，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(guò)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(hào)。這就是在高頻情況下對(duì)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(kāi)然后卷成一個(gè)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(guò)幾兆赫時(shí)主要起電感的作用。對(duì)于高頻去耦更合適的選擇應(yīng)該是單片陶瓷電容器，因?yàn)樗鼈兙哂泻艿偷牡刃Т?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(xiàn)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(diǎn)是具有顫噪聲（即對(duì)振動(dòng)敏感），所以有些單片陶瓷電容器可能會(huì)出現(xiàn)自激震蕩。它有很高的Q值，因?yàn)榇?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(jià)格不太貴，但有時(shí)電感很大。

因?yàn)殡娙萜鞯男孤╇娮?、等效串?lián)電阻和等效串聯(lián)電感，這三項(xiàng)指標(biāo)是很難分開(kāi)，所以許多電容器制造廠(chǎng)家將它們合并成一項(xiàng)指標(biāo)，稱(chēng)作損耗因數(shù)（disspation factor），或DF，主要用來(lái)描述電容器的無(wú)效程度。損耗因數(shù)定義為電容器每周期損耗能量與儲(chǔ)存能量之比。實(shí)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(jiǎn)化成串聯(lián)電阻模型，那么等效串聯(lián)電阻與總?cè)菘怪仁菍?duì)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(chǎng)家的產(chǎn)品說(shuō)明中有時(shí)也給出這項(xiàng)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：?jiǎn)纹沾呻娙萜鞣浅＿m用于高頻去耦，但是考慮介質(zhì)吸收問(wèn)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(kāi)路的電容器恢復(fù)一部分電荷。因?yàn)榛謴?fù)電荷的數(shù)量是原來(lái)電荷的函數(shù)，實(shí)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(shì)必對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差。對(duì)于這種類(lèi)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(duì)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(shí)候，當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)體彼此非?？拷ㄓ绕涫钱?dāng)兩個(gè)導(dǎo)體保持平行時(shí)），便產(chǎn)生雜散電容。C = 0.0085 €？ER €？Ad其中：C = 電容，單位pF， ER=空氣介電常數(shù)， A = 平行導(dǎo)體面積，單位mm2，d = 平行導(dǎo)體間的距離，單位mm（雜散電容如圖5所示）。雜散電容或寄生電容一般出現(xiàn)在印制線(xiàn)路板上的平行導(dǎo)電條之間或印制線(xiàn)路板的相對(duì)面上的導(dǎo)電條或?qū)щ娖矫嬷g。雜散電容的存在和作用，尤其是在頻率很高時(shí)，在電路設(shè)計(jì)中常常被忽視，所以在制造和安裝系統(tǒng)線(xiàn)路板時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的性能問(wèn)題，例如，噪聲變大、頻率響應(yīng)降低，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定。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。

圖6 通過(guò)雜散電容耦合的電壓噪聲

（a）電容屏蔽中斷耦合電場(chǎng)

（b）電容屏蔽是噪聲電流返回噪聲源，而不通過(guò)阻抗Z1

圖7 法拉第屏蔽

解決雜散電容的問(wèn)題可在線(xiàn)路板設(shè)計(jì)上，盡量減小平行導(dǎo)電條之間或相對(duì)面上的導(dǎo)電條或?qū)щ娖矫嬷g的面積。在發(fā)射機(jī)射頻回路的設(shè)計(jì)與安裝時(shí)，也應(yīng)考慮大型器件之間的位置與角度來(lái)減小雜散電容。實(shí)際上雜散電容是難以消除的，最好的辦法只能設(shè)法將雜散電容對(duì)電路的影響減到最小。減小雜散電容耦合影響的一種方法是使用法拉第屏蔽（Faradayshield），它是在耦合源與受影響電路之間的一種簡(jiǎn)捷接地導(dǎo)體（如圖6所示）。高頻噪聲源VN通過(guò)雜散電容C耦合到系統(tǒng)阻抗Z的等效電容。如果我們不能控制VN，或不能改變電路阻抗Z1的位置，那么最好的解決方法是插入一個(gè)法拉第屏蔽。圖7是法拉弟屏蔽圖，是中斷耦合電場(chǎng)的情況。法拉第屏蔽使噪聲和耦合電流直接返回到噪聲源，而不再通過(guò)阻抗Z1。電容耦合的另一個(gè)例子是側(cè)面鍍銅陶瓷集成電路外殼。這種DIP封裝，在陶瓷封裝的頂上有一小塊方形的導(dǎo)電可伐合金蓋，這塊可伐合金蓋又被焊接到一個(gè)金屬圈上，如圖8導(dǎo)電可伐合金蓋所示。商家通常提供的是兩種封裝：一種是將金屬圈連接到器件封裝角上的一個(gè)引腳上；另一種是保留金屬圈不連接。大部分邏輯電路在器件封裝的某一角上有一個(gè)接地引腳，所以這種器件的可伐合金蓋接地。但是許多模擬電路在器件封裝的四個(gè)角上沒(méi)有一個(gè)接地引腳，

圖8 導(dǎo)電可伐合金蓋

該封裝器件受容性干擾易受損壞，所以應(yīng)盡可能接地。不論環(huán)境噪聲電平有多么大，用戶(hù)最好的辦法是將任何側(cè)面鍍銅陶瓷封裝集成電路（凡是生產(chǎn)廠(chǎng)家沒(méi)有接地的）可伐合金蓋接地，接地可將引線(xiàn)焊接到可伐合金蓋上（這樣做不會(huì)損壞芯片，因?yàn)樾酒c可伐合金蓋之間有熱和電氣隔離）。如果無(wú)法焊接到可伐合金蓋上，可使用接地的磷青銅片做接地連接，或使用導(dǎo)電涂料將可伐合金蓋與接地引腳連接。有的器件應(yīng)將可伐合金蓋連接到電源端而不是接到地，絕對(duì)不允許將沒(méi)有經(jīng)過(guò)檢查的實(shí)際上不允許和地連接的可伐合金蓋接地。在集成電路芯片的接合線(xiàn)之間不能采用法拉第屏蔽，主要原因是在芯片的兩條接合線(xiàn)與其相聯(lián)的引線(xiàn)框架之間的雜散電容大約為0.2pF如圖9所示，觀(guān)測(cè)值一般在0.5pF至0.6pF之間。

圖9 芯片接合線(xiàn)之間的雜散電容

圖10 數(shù)字噪聲通過(guò)雜散電容的傳輸

在高分辨率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（ADC或DAC）中，它們都與高速數(shù)據(jù)總線(xiàn)連接。數(shù)據(jù)總線(xiàn)上的每條線(xiàn)（大約都以2至5V/ns的速率傳送噪聲）通過(guò)上述雜散電容影響ADC或DAC的模擬端口，如數(shù)字噪聲通過(guò)雜散電容的傳輸圖10所示。由此引起的數(shù)字邊緣耦合勢(shì)必降低轉(zhuǎn)換器的性能。為了避免這個(gè)問(wèn)題，不要將數(shù)據(jù)總線(xiàn)與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器直接相連，而應(yīng)使用一個(gè)鎖存緩沖器作為接口。這種鎖存緩沖器在快速數(shù)據(jù)總線(xiàn)與高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器之間起到一個(gè)法拉第屏蔽作用。雖然這種方法增加了附加的器件，增加了器件的占居面積，增加了功耗，稍降低了可靠性，稍提高了設(shè)計(jì)復(fù)雜程度，但它可以明顯地改善轉(zhuǎn)換器的信噪比。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大功率短波廣播發(fā)射機(jī)的電容器都是工作在特定的高頻環(huán)境中，任何一點(diǎn)變化都將使發(fā)射機(jī)參數(shù)發(fā)生變化，都將影響發(fā)射機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，正確地選擇、合理地安裝電容器是非常重要的，這不但需要維護(hù)工作者豐富的理論知識(shí)，更需要實(shí)踐知識(shí)的積累。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟貴華.電子元器件的選用入門(mén)（第一版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2004.3.

[2] 張學(xué)田.廣播技術(shù)手冊(cè)（第一版）.國(guó)防工業(yè)出版社，2000.6.endprint