解:计算这一线路的射频电流, 再以电流计算电容中的射频功率耗散。电流=(功率/阻抗)
1/2 (这是这一线路内的电流)(1000/50)1/2 =4.47 安培电容中实际耗散功率:P=I2 x ESR (这
是电容将耗散的功率)P=4.47 x 4.47 x 0.018 = 0.34 瓦。
这个结果意味着在一个1000瓦射频功率,50欧姆阻抗的设备中,只有0.34瓦是由于ESR而被电容消耗掉的。因此,电容由于ESR只消耗了它额定最大功率的6.8%。由于电容ESR损耗极低, 电容温升可以忽略。
介质损耗(Rsd)
介质成分,不纯度和微观结构例如晶粒大小,组成和气孔多少(密度)这些介质特性决定陶瓷电容的介质损耗正切。每种介质都有自己的损耗因数,或损耗正切。损耗正切数值等于耗散系数(DF),是电容介质在射频下损耗的量度。这个损耗造成介质发热。在极端情况下,热损坏能造成设备失效。耗散系数是介质损耗量级很好的指标, 通常是在低频,即1MHz下测定的。在这频率下介质损耗是电容损耗的主要成分。
金属损耗(Rsm)
金属损耗取决于电容结构中所有金属各自的电阻特性,和趋肤效应引起的随频率变化的电极损耗。这包括电极,终端和阻挡层等任何其他金属。Rsm的作用也是使电容发热。在极端情况下,热损坏能造成设备失效。这些损耗包括欧姆损耗和趋肤效应损耗。多数多层陶瓷电容的“趋肤效应”损耗通常发生在30MHz以上的频率。下例给出一个ESR,由金属的Rsm构成,数值由频率决定。例:一个100pF 电容在30MHz时ESR是18毫欧姆。它在120MHz时ESR是多少?
解:计算频率比值的平方根:(120/30)1/2 =(4)1/2 =2120MHz时ESR是30MHz时的2
倍,即36毫欧姆。
下表给出ATC180R系列22pF 电容的介质损耗Rsd和金属损耗Rsm。两种损耗分别在不同
频率下测定, 相同频率下测得的两种损耗相加得到该频率下的ESR。注意低频下占主导地位的是介质损耗Rsd,高频下则是金属损耗Rsm。其他容值的电容情况相似,只是Rsd和Rsm分占比例不同。
通常产品目录给出频率30MHz或更高时的ESR曲线, 这时损耗主要由金属造成,介质损耗事实上低到可以忽略,不对总体ESR造成任何影响。
ESR, Q, DF 和Xc 的关系
下图是电容电压电流的相位关系,以及耗散系数,ESR和阻抗幅值。在理想电容里电流超前电压90o。下图中Ia 是流过电容的实际电流,Ia和理想电容电流形成一个Φ角,叫做损耗角。注意Ia和Vc的关系与Xc和ESR的关系成比例。下面表2给出图1中所有参数的关系。普遍规律是,在频率低于1MHz时,介质损耗(Rsd)占主导地位,设计时用DF。在较高的射频频率,即30MHz 到微波频率,ESR 和对应的Q值事实上总是主要由金属损耗(Rsm)决定。
测量ESR