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现象：在电路中，在IC的电源引脚处经常会使用磁珠与板卡上面的其他电源隔离，还能达到抑制高频噪声，减小电源纹波的目的；但有的电路里面的器件电源串接磁珠反而会增加电源纹波，即出现电源后端的噪声明显要大于磁珠前段的噪声。

理想模型分析：

在高频段，阻抗由电阻成分构成，随着频率升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小 但是，这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。

一般磁珠的参数会标称高频的电阻值，但往往大家只关注这个参数，而忽略其低频的电感值。

所以，这个电路中，我们理想的模型是一个RC滤波电路：

我们希望我们的滤波电路，能够把高频部分滤掉。

假设我们有一个标称100欧姆的磁珠，就表示这个磁珠在100MHz时的电阻为100欧，在直流时为0欧，所以可以建立以下是用于快速理解的磁珠模型：

可见，在直流时，L将R短路，因此磁珠就表现为0欧。

而当高频的噪声通过时，L近似为无穷大，因此磁珠就表现为一个100欧的电阻。

但是从实际测试的效果来看，并不是如我们所愿。

实际模型分析：

铁氧体可以等效为一个电感与电阻并联，在低频与高频时分别呈现不同的特性。

磁珠在低频段，阻抗由电感的感抗构成，低频时R很小，磁芯的磁导率较高，因此电感量较大，L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制，并且这时磁芯的损耗较小，整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感，这种电感容易造成谐振因此在低频段，有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。

如果我们的负载又比较小的时候，整个电路就是一个LC电路。下图为磁珠的阻抗曲线。

如果我们选择的电容，和磁珠正好是以下这种情况。并且开关电源的开关频率又在谐振频率附近。那么就出现了“谐振”，也就是输入信号，在这个频点被放大。

那么我们就需要把这个谐振点降低频率，远离开关频率。让电源纹波在这个滤波电路的衰减区。这就需要增加电容的容值。

有的朋友经过计算，觉得自己的电路谐振点应该是小于开关频率的，但是实际测试，还是比预想的频率要大。这是为什么呢？

直流电压值变大了，电容值变小（耐压范围以内）

在给出的多种电容类型中，最常用的是X5R、X7R。所有的型号在环境条件变化时都会出现电容值变化。尤其Y5V在整个环境条件区间内，会表现出极大的电容量变化。

当电容公司开发产品时，他们会通过选择材料的特性，使电容能够在规定的温度区间（第一个和第二个字母），工作在确定的变化范围内（第三个字母）。我正在使用的是X7R电容，它在-55°C到+125°C之间的变化不超过±15%。

当我们在电容两端加上电压时，我们发现电压就会导致电容值的变化（在耐压范围以内）。电容随着设置条件的变化量是如此之大。我选择的是一只工作在12V偏压下的耐压16V电容。数据表显示，4.7-μF电容在这些条件下通常只提供1.5μF的容量。

我们可以看到，不同的型号，不同的耐压，不同的封装的电容，随着电压上升的下降趋势。

电容器的温度特性是以作为电介质材料的陶瓷种类为准。主要使用的陶瓷种类为类型I(低介电常数)和类型II(高介电常数)。

类型I的陶瓷温度稳定性十分优秀，同时它在DC偏压下静电容量不会发生变化，并且静电容量也不会因老化发生变化。

类型II的陶瓷，虽然可以做出电容值很大的电容但是其温度特性比较差，同时静电容量也会因施加直流电压（DC偏压）或老化而降低。

施加一个直流电压之后，会导致电容值变小的特性，我们一般称为压偏特性。正是由于类型II的压偏特性比较差，其由于施加直流电压后的静电容量可能远远小于标称值，因此我们在设计时应特别注意其压偏特性的具体情况。

厂家一般会给出一个压偏特性的曲线，如图所示。压偏特性是陶瓷电容的普遍现象，所有的陶瓷电容都有这个特性，只不过Ⅱ类陶瓷电容表现得非常严重。

直流偏置使得介质内的固定电荷产生固定偏转，所以材料的性能会退化。高偏置的强电场让电介质定向极化，材料就退回到普通陶瓷的情况了。

如果我们在电容两端施加交流信号，则会出现电容值增大的现象。交流信号让介质中的“固定”电荷来回换向，从而影响材料内的电场分布，“吸附”更多的电荷。AC幅值增加，“电荷”方向和电场越一致，附加的电场强度上升，可用容量增加；但是当介质中固定电荷场强一致之后，这个效益就很小了，所以AC容量特性会饱和，不再继续增大。陶瓷电容交流偏压特性如所示。

通用MLCC可分为Ⅰ类（低电容率系列、顺电体）和Ⅱ类（高电容率系列、铁电体）两类。

Ⅰ类为温度补偿类NP0电介质，这种电容器电气性能最稳定，基本上不随温度、电压、时间的改变，属超稳定型、低损耗电容材料类型，适用在对稳定性、可靠性要求较高的高频、特高频、甚高频电路中。

Ⅱ类包括X5R、X7R、Y5V、Z5U等，主材均是钛酸钡，只是添加的贵金属不一样。X7R电容器温度特性次于C0G，属稳定电容材料类型，当温度在-55℃到+125℃时其容量变化为15%（需要注意的是，此时电容器容量变化是非线性的），使用在隔直、耦合、旁路、滤波电路及可靠性要求较高的中高频电路中。如图11.1所示是1206封装、25V耐压、0.22μF的X7R电容的电容值随温度的变化曲线。在全部规格要求的温度范围之内，电容的最小值为0.204μF，最大0.224μF，误差相对C0G大了一个数量级，但是温度特性表现还是非常不错的。

Z5U电容器称为“通用”陶瓷单片电容器。这里需要注意的是，Z5U使用温度范围在+10℃到+85℃之间，容量变化为+22%到-56%，介质损耗最大为4%。Z5U电容器有最大的电容量，但它的电容量受环境和工作条件影响较大，它的老化率也是最大，可达每10年下降5%。尽管它的容量不稳定，由于它具有小体积、等效串联电感（ESL）和等效串联电阻（ESR）低、良好的频率响应等特点，使其具有广泛的应用范围，尤其是在去耦电路中的应用。

Y5V电容器是一种有一定温度限制的通用电容器，Y5V介质损耗最大为5%。Y5V材质的电容，温度稳定性不好，温度变化会造成容值大幅变化，设计时候一定要考虑到，在-30℃到85℃范围内其容量变化可达+22%到-82%，Y5V会逐渐被温度特性好的X7R、X5R所取代。

NP0、X7R、X5R、Z5U、Y5V的温度特性、可靠性依次递减，相应的成本也依次减低。在选型时，如果对工作温度和温度系数要求很低，可以考虑用Y5V电容器。但是一般情况下要用X7R，要求更高时必须选择NP0。一般情况下，MLCC都设计成使X7R、Y5V材质的电容在常温附近的容量最大，容量相对温度的变化轨迹是开口向下的抛物线，随着温度上升或下降，其容量都会下降。

关键词： 滤波电路 纹波放大 磁珠