电容器世界

第4篇电路中的幕后英雄电容器的功能（3） “共振电路和振荡电路”

“储存电荷”与“频率越高的交流电越容易通行”是电容器的基本性质。不过在高频领域，电容器会表现出不同的性质。电容器内部的微小电感器成分会变得显著，电容器本身会展现出如同共振电路一样的特性。

电容器和电感器（线圈）组合成的共振电路在通信、广播设备中被用作同步电路，是不可或缺的存在。在介绍共振电路的原理之前，让我们首先来回顾一下电波（电磁波）和无线通信技术的历史。

为电磁波的证明给予启示的莱顿瓶电火花
偶极天线的构造是敞开的电极
由电容器和电感器组合而成的同步电路
自我共振使电容器在高频环境下的阻抗不会下降
与噪声消除有密切关系的电容器ESL

为电磁波的证明给予启示的莱顿瓶电火花

偶极天线的构造是敞开的电极

在赫兹的实验装置中，发送端的电极间隙为发送天线。它和电容器的电极是相同原理。也就是说，电容器是天线的原型。例如偶极天线就可以理解为将电容器的2张电极水平展开后的样子。电视信号的接收天线（八木天线）的原理也基本上与之相同。顺便一提，天线（Antenna）的词源是昆虫的触角。

由电容器和电感器组合而成的同步电路

马可尼的初期无线通信器在原理上也和赫兹的实验装置相同。伴随着火花放电，会有电磁波断续产生并发出信号，就如同狼烟一般。在收音机旁边启动电子点火器的话，会听到“嗡”的杂音，这也是电磁波产生所导致的。这种随火花放电产生的电磁波中混有各种频率成分，被称为白噪声。随着社会日益关注无线通信，为了解决信号混杂问题并延长通信距离，人们开始探索利用特定频率的无线通信，而在研究过程中被构思出来的，便是利用电容器和电感器（线圈）的同步电路与振荡电路。

先从同步电路开始介绍。同步电路分为电容器与电感器串接和并联的类型。如此前的文章所说，频率越高的交流电越容易通过电容器，而电感器相反，频率越高的交流电越难以通行。但是如下图一样将两者组合，在各自的频率特性曲线相交处的频率就会产生“情投意合”的“共振”，阻抗（交流的电阻值）会急剧变化（若串联则下降，若并联则上升）。同步电路就是利用这点来选择特定的频率（共振频率）。

自我共振使电容器在高频环境下的阻抗不会下降

“频率越高的交流电越容易通行”是电容器的基本性质。不过这只是理想环境下的电容器，现实中的电容器在高频领域会展现出奇妙的特性。之所以这样，是因为现实中的电容器拥有电阻和电感器成分。

例如，积层陶瓷贴片电容器中存在介电体极化时的介电损失,以及内部电极的电阻以及电感。电解电容器中存在铝箔、负极电解质、导线的电阻和电感器等。这些分别称作ESR（等效串联电阻）和ESL（等效串联电感）。在高频环境下使用电容器的话，电路图上看不出的ESR和ESL的影响就会显著化。这是在思考高频滤波器和除噪方法时，尤为需要注意的极其重要的因素。

抵抗成分的ESR会变为能量损失，因此在通行高频的大电流时，需尽可能地减小ESR。ESL在高频环境下会大幅影响电容器的性能。如同上述的电容器与电感器串联组成的共振电路一样，静电容量C和ESL会引发串联共振。如下图下方所示，以某个频率为分界点，阻抗由下降转为上升。此分界点的共振频率称作SRF（自我共振频率）。在SRF上方的频率区间内，ESL的电感会占据主要地位。

积层陶瓷贴片电容器是介电体陶瓷与内部电极、端子电极的金属构成的简单结构，因此具有ESR和ESL比其它电容器更小的特点。如今，全世界生产的电容器有80%以上是积层陶瓷贴片电容器，其原因就是因为它不仅小型、轻量、可靠，具有优秀的高频性能，且各种环境下的特性非常平衡。