電容器在大多數系統中被廣泛使用。 它們用于電源旁路、交流耦合、積分器、濾波等。但是,電容器并不是完美的組件。 它們中包含限制其用途的元素。 最顯著的要素是真實電容、等效串聯電阻 (ESR) 和等效串聯電感 (ESL)。 正是 ESL 導致電容器停止在高頻下表現得像真正的電容器,因為阻抗開始增加而不是繼續減小。
當使用引線電容器而不是表面貼裝技術 (SMT) 電容器時,這種 ESL 會變得復雜。 隨著引線電感增加,高頻阻抗限制也增加。 這種增加與引線電感的增加量成正比。 例如,如果上述示例的引線電感通過使用引線陶瓷電容器從 1nH 增加到 4nH,則由于 ESL 導致的阻抗增加了 4 倍。諧振頻率也減少了增加的平方根,或 對于此示例,從 50MHz 到 25MHz 的系數為 2。 應該非常清楚,高頻設計應避免使用任何帶引線的設備。
還應該注意的是,當多個電容器并聯放置時,可能會發生諧振,從而導致出現相對較高的阻抗。 如果這些諧振發生在信號頻率或時鐘頻率,由于該諧振頻率的高阻抗,電容器的影響基本上被抵消。 有時,應與其中一個電容器串聯添加一個電阻器以抑制諧振效應。 此外,已經發現有時簡單地移除并聯電容器中的一個實際上可以改善系統,因為諧振被消除。
電容器的材質對電容器的特性影響很大。 使用最廣泛的高頻旁路電容器是陶瓷電容器。 這些通常分為以下等級,從最好的質量到最差的質量; COG(或 NPO)、X7R、Z5U 和 Y5V 等級。 等級的問題是每個等級的電容值在范圍內是有限的。 例如,COG 通常限制在 1000pF 以下,而 Y5V 的值可高達 1μF。
COG 等級被認為具有最好的特性,因為它們的電容隨溫度的變化是最平坦的,具有最低的損耗因數 (DF)。 耗散因數是交流信號下電容器損耗的量度。 它是 ESR 與容抗的比值,以百分比表示。 其中 Y5V 電容值可以在 +22% 到 -82% 之間變化。 0.1μF Y5V 電容器隨溫度變化可能在 0.122μF 到 0.018μF 之間變化——這可能會引起一些嚴重的問題。
頻率也對電容器有影響。 同樣,COG (NPO) 電容器的最佳特性在 10MHz 時變化小于 0.1%。 X7R 和 Z5U 電容器在 100Hz 到 10MHz 范圍內的變化幅度可達 +5% 到 -15%。電容器也隨著施加在它們兩端的電壓而變化。 COG 電容器被認為對電壓的影響可以忽略不計。 但是,Z5U 電容器在交流信號下的變化范圍為 +20% 至 -30%,直流信號的變化范圍為 0% 至 -60%。這應該表明,如果不使用 COG (NPO) 電容器,請確保選擇的電容器用于 系統在溫度、頻率和電壓范圍內滿足所需的電容值。