雜訊抑制濾波器指南

抗噪基本知識 [第 5 課] 晶片 3 端子電容

09/28/2011

繼上一次關於片式鐵氧體珠的討論之後，本節課我們將探討片式三端電容器。

<鉛封裝陶瓷電容器>

在探討晶片式三端電容器之前，先說明引線式三端電容器，將有助於更輕鬆地理解相關概念。

圖 1 顯示了一般鉛框式陶瓷電容（2 端子）的結構。

在引線式陶瓷電容器中，單片介電體兩側的電極均經鍍層處理，並連接有引線端子。在此結構中，引線端子部分的電感（殘餘電感）極小，因此當此電容器用作旁路電容器時，其與接地端子之間會存在電感。

圖 2 顯示了將電容器用作旁路電容器時的插入損耗特性範例。如圖所示，由於此圖顯示的是插入損耗，因此噪聲水準會隨著圖中位置向下而降低。電容器的阻抗通常會隨頻率增加而成比例地降低，因此即使在高頻區域，插入損耗也應沿著圖中的虛線持續增加。然而，實際上電容器具有前述的殘餘電感，而這微小的電感會造成干擾，導致高頻性能下降，這點可從實線所呈現的 V 形插入損耗曲線中看出。

<3 端子電容器是透過將引線的兩端向一側延伸而製成的>

三端子電容器是一種陶瓷電容器，其引線端子的形狀經過修改，以改善雙端子電容器的高頻特性。如圖 3 所示，三端子電容器中的一條引線具有兩個突起。透過此種配置，三端子電容中其中一端子上的兩個突起分別連接至電源或訊號線的輸入端與輸出端，而另一端子則連接至接地端，從而形成右側等效電路圖所示的連接方式。透過這種連接方式，2 端子引腳的電感不會進入接地側，從而使接地阻抗極小。此外，由於 2 端子引腳的電感作用類似於 T 型濾波電感，因此能起到降低雜訊的作用。

<多層陶瓷片式電容器與片式三端子電容器>

目前最常用的電容器是片式多層陶瓷電容器。圖 4 顯示了雙端子片式多層電容器的結構原理。介電層夾在電極板之間，內部電極以多層或分層方式，交替連接至電極的突出端。由於其呈晶片狀，因此沒有引線，也不再存在殘餘電感。然而，內部仍殘留極微量的電感，導致在較高頻率下性能會下降。

與引線式三端電容器類似，片式三端電容器的電極結構經過調整，以提升高頻性能。圖 5 展示了 3 端子片式電容器的結構概念。片材的每一側均連接一個接地端子，介電體置於電極板之間，並將貫穿電極與接地電極交替堆疊，以形成類似貫穿式電容器的結構。如等效電路圖所示，貫穿電極的電感作用類似於 T 型濾波電感，這與三端引線電容的狀況相似，因此殘餘電感的影響較小。由於與接地側的距離較短，導致此部分的電感極小。此外，由於接地側連接至兩端，兩端形成串聯，因此電感值顯著減半。

圖 6 比較了 3 端子晶片電容器與 2 端子晶片型多層電容器的插入損耗特性。由於兩種類型的電容值相同，因此在低頻區域呈現相似的特性。然而，當頻率超過 10 MHz 時，2 端子電容的性能開始下降，而 3 端子電容則能維持其性能直至 100 MHz 左右。由於 3 端子晶片型電容器的性能在進入高頻區域之前並未下降，因此對於需要抑制高頻噪音的應用而言，此類電容器非常實用。