LTspice 仿真电容阻抗频率特性曲线
LTspice 仿真电容阻抗频率特性曲线
本文将介绍如何使用LTspice仿真软件来分析电容的阻抗频率特性。通过详细的仿真步骤和结果分析，帮助读者理解电容在不同频率下的行为特征及其物理原理。
原理图
仿真原理图如图所示，包含一个电压源和一个10μF的电容C1。
参数设置
信号源参数
电容参数
电容参数中包含了耐压值6.3V，ESR（等效串联电阻）和ESL（等效串联电感）。
执行参数
仿真采用扫频模式，参数设置为 .ac dec 1000 1 1000Meg。
仿真过程
开始仿真后，设置曲线显示方式，通过计算电容电压除以电容电流得到阻抗频率特性曲线。
结果说明
仿真结果显示了电容的阻抗频率特性曲线。可以看到在某一个频率点存在一个最低值，这是由于电容并非理想组件，其内部存在寄生参数。可以用简化的模型来表征：ESR代表等效串联电阻，ESL代表等效串联电感，而C则是理想电容。因此，实际电容的阻抗可以用数学公式来表示。
在低频时，感抗远小于容抗，复阻抗的相位为负值，说明电流超前电压，这是典型的电容充电特性。因此，在低频时，电容主要呈现容性行为。
而在高频时，感抗远大于容抗，复阻抗的相位为正值，说明电压超前电流，这是典型的电感施加电压时的特征。所以，可以说在高频时，电容主要呈现电感特性。
在谐振点，容抗和感抗相互抵消，总阻抗达到最小值，复阻抗相位为0，表现为纯电阻特性。这一点即是电容的自谐振频率。在谐振频率左侧，电容主要呈现容性，而在右侧，则主要呈现感性。
多个电容的仿真结果
常规MLCC陶瓷电容不同电容值的电容呈现出不同的曲线，容量较大的电容ESR较小，谐振频率较低，主要用于滤除低频噪声。而容量较小的电容，ESR较大，谐振频率较高，主要用于滤除高频噪声。
注意事项
电容的封装越大，它的ESL和ESR越大。通常情况下，较大的电容器封装会增加电流环路，导致电感（ESL）较大。同样，多余的材料会导致电阻（ESR）更高。
滤波电容的选择
电容最广泛的用途就是滤波，那么如何看曲线选电容呢？其实就是选阻抗最低的。我们知道，整个阻抗曲线呈大V型，只有在谐振频率点附近的阻抗才比较低。所以，实际的去耦电容都有一定的工作频率范围，只有在谐振频率附近，电容才有很好的去耦作用。
可能有人会觉得，在频率比谐振频率高一点的时候，电容都成感性了，都不是电容了，所以不能让噪声的频率大于电容的谐振频率。其实这是错误的，去耦就是要选阻抗低的，阻抗低，在电容上产生的电压波动就小，也就是噪声会小。
相同电容并联
N个相同电容并联，并联后ESR为原来的1/N，ESL也为原来的1/N，容值为原来的N倍。
相同电容并联后的等效电容
阻抗频率曲线为：
相同电容并联后的频率曲线
多个相同的电容并联后，阻抗频率曲线的整体形状不变，但是各个频率点的阻抗整体下移。
不同电容并联（ESR都较小）
由于每个电容的自谐振频率点不同，两个电容的行为特征存在差异。并联后阻抗频率曲线如下。
不同电容并联
在0—f1，两个电容都表现为容性，总阻抗曲线会保持原来的变化趋势。
在**>f2**，两个电容都表现为感性，总阻抗会比任意一个电容的稍小。
在f1—f2，就像是一个电感和一个电容并联，构成了LC并联谐振电路，会在某个频率点发生并联谐振，阻抗达到区间内最大值，我们称之为并联谐振峰 (位于两条阻抗曲线交叉点附近)。 并联谐振峰也叫作反谐振点，可以理解为是由C1的ESL1和C2形成的。
并联谐振峰处阻抗较大，会影响并联后的滤波效果，那么哪些因素会影响谐振峰值的大小。
在此，两个电容并联可以等效为：
f1f2之间电容并联等效
部分参考网上文章。