寄生電容形成的原因?寄生電容的危害有哪些 ?

寄生的含義就是本來(lái)沒(méi)有在那個(gè)地方設(shè)計(jì)電容，但由于布線之間總是有互容，互容就好像是寄生在布線之間的一樣，所以叫寄生電容，又稱雜散電容。寄生電容一般是指電感，電阻，芯片引腳等在高頻情況下表現(xiàn)出來(lái)的電容特性。實(shí)際上，一個(gè)電容等效于一個(gè)電容，一個(gè)電感，和一個(gè)電阻的串聯(lián)，在低頻情況下表現(xiàn)不是很明顯，而在高頻情況下，等效值會(huì)增大，不能忽略。在計(jì)算中我們要考慮進(jìn)去。ESL就是等效電感，ESR就是等效電阻。不管是電阻，電容，電感，還是二極管，三極管，MOS管，還有IC，在高頻的情況下我們都要考慮到它們的等效電容值，電感值。

1、另一方面?zhèn)鞲衅鞒袠O板間電容外，極板與周圍體(各種元件甚至人體)也產(chǎn)生電容聯(lián)系，這種電容稱為寄生電容。它不但改變了電容傳感器的電容量，而且由于傳感器本身電容量很小，寄生電容極不穩(wěn)定，這也導(dǎo)致傳感器特性不穩(wěn)定,對(duì)傳感器產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。2、分布在導(dǎo)線之間、線圈與機(jī)殼之間以及某些元件之間的分布電容等,這些電容稱為寄生電容，它們的數(shù)值雖小，但是卻是引起干擾的重要原因。

所有實(shí)際電路元件如電感器、二極管和晶體管都有內(nèi)部電容，這會(huì)導(dǎo)致它們的行為偏離理想電路元件的行為。此外，任何兩個(gè)導(dǎo)體之間總是存在非零電容;這對(duì)于間隔很近的導(dǎo)體(例如電線或印刷電路板走線)可能很重要。電感器或其他繞線組件的匝之間的寄生電容通常被描述為自電容。然而，在電磁學(xué)中，術(shù)語(yǔ)自電容更正確地指的是一種不同的現(xiàn)象：一個(gè)導(dǎo)電物體的電容，而不參考另一個(gè)物體。

寄生電容是高頻電路中的一個(gè)重要問(wèn)題，通常是限制電子元件和電路的工作頻率和帶寬的因素。

寄生電容本身不是電容，根據(jù)電容的原理我們可以知道，電容是由兩個(gè)極板和絕緣介質(zhì)構(gòu)成的，那么寄生電容是無(wú)法避免的。比如一個(gè)電路有很多電線，電線與電線之間形成的電容叫做寄生電容。寄生電容一般在高頻電路中會(huì)對(duì)電路造成很大影響，所以電路在布線的時(shí)候要特殊考慮。

寄生電容一般是指電感，電阻，芯片引腳等在高頻情況下表現(xiàn)出來(lái)的電容特性。實(shí)際上，一個(gè)電阻等效于一個(gè)電容，一個(gè)電感，和一個(gè)電阻的串連，在低頻情況下表現(xiàn)不是很明顯，而在高頻情況下，等效值會(huì)增大，不能忽略。在計(jì)算中我們要考慮進(jìn)去。ESL就是等效電感，ESR就是等效電阻。不管是電阻，電容，電感，還是二極管，三極管，MOS管，還有IC，在高頻的情況下我們都要考慮到它們的等效電容值，電感值。

注意一下雜散電容，寄生電容，分布電容這三個(gè)說(shuō)法，一些人認(rèn)為這三個(gè)說(shuō)法區(qū)別不大，只是適用場(chǎng)景不同，針對(duì)器件時(shí)多用“寄生電容”，針對(duì)系統(tǒng)時(shí)多用“分布電容”。在我的理解里，這三者有一些細(xì)微的區(qū)別

寄生電容：在現(xiàn)代工藝水平下，生產(chǎn)器件的某個(gè)功能時(shí)所不可避免地產(chǎn)生的另一種現(xiàn)象，比如現(xiàn)代生產(chǎn)二極管的時(shí)候，由于工藝限制無(wú)法制作出理想二極管，生產(chǎn)時(shí)不可避免的產(chǎn)生了電容。

分布電容：一般不是針對(duì)單個(gè)器件的，多數(shù)是講在電路中產(chǎn)生的附加電容，例如電路中兩個(gè)器件，它們肯定會(huì)有電容存在;同理，兩條平行的輸電線路間肯定也會(huì)有電容存在。

雜散電容：除以上兩種電容外的其它形式的電容，例如兩個(gè)器件、導(dǎo)體相互感應(yīng)所產(chǎn)生的電容等。

雜散電容，寄生電容，分布電容的電容值可能極小，但是在特高頻、超高頻等情況下有時(shí)候還是不能忽略的。此類型電容理論上無(wú)法消除，只能盡可能減小(有害方面)或者加以利用(有益方面)。

寄生電容的危害?

(一)人身效應(yīng)：如果收音機(jī)可變電容器的定片接地而動(dòng)片不接地，那么，由于動(dòng)片是與軸焊在一起的，因此當(dāng)人的手與軸接觸時(shí)，就會(huì)有一個(gè)寄生電容Cn并聯(lián)在振蕩回路中(圖4)。Cn可以認(rèn)為是人體與地球之間填充著鞋底或皮膚(介質(zhì))所構(gòu)成的。這樣，調(diào)諧就是在并聯(lián)了Cn的情況下進(jìn)行的。調(diào)諧完成后，人的手離開(kāi)軸，Cn也就沒(méi)有了，因而回路又失諧了。這在長(zhǎng)(中)波段表現(xiàn)為音量減弱，在短波段則常常使電臺(tái)“跑掉”。這種現(xiàn)象稱為“人身效應(yīng)”。為了避免它，收音機(jī)的動(dòng)片軸一般要接地，而定片則用絕緣柱子支起來(lái)離開(kāi)底殼。

(二)起始電容：可變電容器的動(dòng)片完全旋轉(zhuǎn)出來(lái)之后，電容量并不為零，甚至還相當(dāng)大。這是因?yàn)橐话憧勺冸娙萜鞯膭?dòng)片、軸、底殼是相通的，動(dòng)片雖然完全旋出來(lái)了，但軸與定片之間，定片通過(guò)絕緣子與底殼之間都還有相當(dāng)大的寄生電容存在。定片對(duì)軸和對(duì)底殼的電容并聯(lián)起來(lái)稱為可變電容器的“起始電容”，一般為10到50微微法。起始電容使振蕩回路的調(diào)諧范圍變窄，特別是使它不能用到更高的頻段。起始電容隨溫度而變化也成為振蕩頻率不穩(wěn)定的主要原因。

(三)寄生振蕩：有時(shí)收音機(jī)會(huì)發(fā)出一種刺耳的叫聲，這常常是由于低頻部分的寄生電容或寄生電感引起正反饋所造成的寄生振蕩。例如，當(dāng)輸出變壓器的引線與第一低放級(jí)的引線相近時(shí)，通過(guò)寄生電容和兩次放大倒相，就成了正反饋，由于經(jīng)過(guò)放大，因而容易滿足振蕩條件。如果我們把最關(guān)緊要的兩根線拉開(kāi)，消除寄生電容，正反饋途徑被切斷，嘯叫聲也就消失了。

(四)接線柱的考究：許多儀表的輸入端都做成接線柱的形式。前面曾經(jīng)指出，接線柱的安裝電容較大，因而儀表的輸入電容也將很大。對(duì)于低頻信號(hào)，安裝電容的危害倒不顯著，可是在信號(hào)頻率很高時(shí)，安裝電容相當(dāng)于一個(gè)低阻抗，分去許多信號(hào)電流，儀表的靈敏度就大大下降。因此用接線柱做輸入端的儀表不能用來(lái)測(cè)量高頻率的弱信號(hào)。一般的電子光伏特計(jì)，特別是高頻毫伏表和高頻微伏表，必須用特別的探頭式輸入端。高頻信號(hào)首先進(jìn)入探頭內(nèi)，經(jīng)過(guò)輸入電容極小的一種二極管檢波后，再進(jìn)行放大和測(cè)量。如果把一個(gè)用接線柱做輸入端的電流表串接在高頻振蕩回路的高壓部分(即圖5的1、2兩點(diǎn)間)，兩個(gè)接線柱的安裝電容CC2將和回路電容C相并聯(lián)，這樣勢(shì)必改變回路的振蕩頻率，而測(cè)量的誤差也會(huì)因C1C2分流而變得很大。如果電流表A串接在低壓部整碼、b兩點(diǎn)之間，則安裝電容C2被A表內(nèi)阻短路，C1則根本不存在，所以測(cè)量才是準(zhǔn)確的，回路頻率也沒(méi)有發(fā)生變化。

(五)高頻增益跌落：一般低頻放大器的增益都隨著頻率的增加而降低，這是因?yàn)榉糯笃鞯呢?fù)載上并聯(lián)著寄生電容(包括下級(jí)電子管的極間電容、安裝電容、引線電容等)。頻率愈高，電容阻抗愈低，從寄生電容直接入地的高頻電流愈多，因而高頻增益(放大量)會(huì)跌落下來(lái)。前面曾經(jīng)指出屏蔽線內(nèi)外導(dǎo)體間寄生電容較大，如果在高頻放大器的柵極接上屏蔽線，無(wú)異于增加其輸入電容，可想放大倍數(shù)是會(huì)大大降低的，因而放大器靈敏度下降。

(六)變壓器的附加設(shè)施：制作或修理過(guò)擴(kuò)音機(jī)的人，也許曾經(jīng)注意到擴(kuò)音機(jī)強(qiáng)放級(jí)的變壓器的兩端常常并聯(lián)著一個(gè)阻值不大的電阻。如果取掉這個(gè)電阻，擴(kuò)音機(jī)的高頻響應(yīng)就特別刺耳，有時(shí)還發(fā)現(xiàn)強(qiáng)放管有過(guò)載現(xiàn)象。為什么會(huì)這樣呢?只要想想變器兩端都存在著較大的寄生電容就不難明白了。如果變壓器初級(jí)電感是10亨，寄生電容是50微微法，則在初級(jí)構(gòu)成諧振頻率為7150赫的振蕩回路。當(dāng)信號(hào)頻率在7千赫附近時(shí)，放大量就大大增加，于是聲音變得尖銳刺耳，有時(shí)也使電子管過(guò)載。如果給這個(gè)振蕩回路并聯(lián)一個(gè)電阻，諧振現(xiàn)象就不會(huì)發(fā)生，因?yàn)榛芈匪p大，振蕩被阻尼了。前曾述及變壓器初次級(jí)間寄生電容很大，這個(gè)電容會(huì)造成高頻的直通，破壞變壓的匹配功能和對(duì)稱性，而且使得一些脈沖干擾信號(hào)暢通無(wú)阻。這種情況對(duì)于工作在干線通信、測(cè)量、核子物理等方面的設(shè)備中的電源變壓器、耦合變壓器或匹配變壓器都是不能容許的。為了消除這個(gè)電容，在初次級(jí)間應(yīng)加一層金屬箔(注意，切不可構(gòu)成短路環(huán)!)用引線使之接地，這樣級(jí)間電容就被“屏蔽”掉了，亦即變成兩個(gè)對(duì)地的電容了。為了盡量減小初次級(jí)的動(dòng)態(tài)電容，運(yùn)用在脈沖設(shè)備中的變壓器常常采用分段繞法，因?yàn)樵S多個(gè)分段的總電容將是各段電容的串聯(lián)，數(shù)值會(huì)下降。

(七)電感線圈的極限頻率：如果考慮到并聯(lián)在線圈兩端的寄生電容，線圈實(shí)際上是一個(gè)振蕩回路，其諧振頻率f0=1/2πLC0(1/2)。C0是寄生電容。如果工作頻率等于f0，線圈就相當(dāng)于電阻;工作頻率高于f0，線圈就成了一個(gè)電容器。所以通常用f0的1/5或1/10為極限工作頻率。要提高線圈的極限工作頻率，必須減小寄生電容，因而采用蜂房式繞組、分段繞組等形式。但是，一般多層線圈的極限頻率還是難于達(dá)到1兆赫以上。對(duì)于單層線圈，為減少寄生電容，應(yīng)該繞得稀，最好不用骨架，或用介電常數(shù)ε值小的筋條式骨架。

如何避免寄生電容?在線路中所有的引線間都是有電容，所以要盡量的減少引線距離，和集中接地，可以減少很多寄生電容。

MOS管規(guī)格書(shū)中有三個(gè)寄生電容參數(shù)，分別是：輸入電容Ciss、輸出電容Coss、反向傳輸電容Crss。該三個(gè)電容參數(shù)具體到管子的本體中，分別代表什么?是如何形成的?

功率半導(dǎo)體的核心是PN結(jié)，從二極管、三極管到場(chǎng)效應(yīng)管，都是根據(jù)PN結(jié)特性所做的各種應(yīng)用。場(chǎng)效應(yīng)管分為結(jié)型、絕緣柵型，其中絕緣柵型也稱MOS管(Metal Oxide Semiconductor)。

根據(jù)不通電情況下反型層是否存在，MOS管可分為增強(qiáng)型、耗盡型——

寄生電容形成的原因

1. 勢(shì)壘電容：功率半導(dǎo)體中，當(dāng)N型和P型半導(dǎo)體結(jié)合后，由于濃度差導(dǎo)致N型半導(dǎo)體的電子會(huì)有部分?jǐn)U散到P型半導(dǎo)體的空穴中，因此在結(jié)合面處的兩側(cè)會(huì)形成空間電荷區(qū)(該空間電荷區(qū)形成的電場(chǎng)會(huì)阻值擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)進(jìn)行，最終使擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡);

2.擴(kuò)散電容：當(dāng)外加正向電壓時(shí)，靠近耗盡層交界面的非平衡少子濃度高，遠(yuǎn)離非平衡少子濃度低，且濃度自高到底逐漸衰減直到0。當(dāng)外加正向電壓增大時(shí)，非平衡少子的濃度增大且濃度梯度也增大，外加電壓減小時(shí)，變化相反。該現(xiàn)象中電荷積累和釋放的過(guò)程與電容器充放電過(guò)程相同，稱為擴(kuò)散電容。

MOS管寄生電容結(jié)構(gòu)如下，其中，多晶硅寬度、溝道與溝槽寬度、G極氧化層厚度、PN結(jié)摻雜輪廓等都是影響寄生電容的因素。