[科普中国]-杂散电容

寄生电容（parasitic capacitance），也称为杂散电容，是电路中电子元件之间或电路模块之间，由于相互靠近所形成的电容，寄生电容是寄生元件，多半是不可避免的，同时经常是设计时不希望得到的电容特性。寄生电容常常也会造成杂散振荡。

在现实中，所有的电路元件，例如电感元件、二极管和晶体管都具有内部电容，这些电容将使器件的性能与理想情况有所不同。此外，在任意两段导体之间均有非零的电容，这种电容在高频情况中体现得尤为突出，因此在印制电路板设计中必须予以考虑。

功率MOSFET（Power MOSFET）的寄生电容可以很大，直接利用微控制器的输出来控制，可能会令微控制器受损。MOSFET及IGBT驱动器就是用来解决寄生电容的问题，其输出电流亦较大。

寄生元件寄生元件（英语：parasitic element）是电路中电子元件（如电阻、电容及电感）产生的附加元件，而且多半不是设计时想要的。例如，电阻器被设计用来产生阻抗，然而它实际也会产生不需要的寄生电容。

电路中不可避免的会有寄生元件，所有导体都包括电阻及电感，而根据对偶性，这样的导体中一定有电容。元件设计者也无法完全去除寄生元件，只能设法减少寄生元件的影响。

最常见的寄生元件是零件接脚的寄生电阻及电感，以及零件接脚封装上的寄生电容。对于像变压器及电感器等绕线元件，最明显的寄生效应是绕线各匝之间的寄生电容，绕线的寄生电容会使得元件在某特定频率发生共振，因此元件在该频率（及更高的频率）无法发挥电感器的作用。

寄生元件一般都会用集总电路来表示，不过这不一定都适用，例如上述绕线元件中的寄生电容不是在一个特定的位置，比较适合用分散元件模型。有时元件设计者可以利用寄生元件的效应来达到元件特殊的功能，例如螺旋谐振器。

寄生元件也有非线性的，一般非线性的寄生元件是指在集成电路中的寄生结构，原因是二个或多个电子元件之间有PN结，因此产生了非设计时想要的电子特性。1

杂散振荡杂散振荡（Parasitic oscillation）是在电子设备或是数位设备中不希望出现的振荡（输出电压或是电流的周期变化）。一般是因为放大设备加上回授所造成，常见于RF、音响功率放大器及其他放大器电路以及数字信号处理。杂散振荡是控制理论中的几个基础议题之一。

杂散振荡因为会有以下的问题，一般不希望出现。振荡可能会耦合到其他电路，或是会发射无线电波、造成对其他设备的电磁干扰（EMI）。在音响系统中，杂散振荡会造成耳机或是喇叭出现恼人的噪音。杂散振荡也会消耗能量，造成不必要的发热。例如有杂散振荡的音响功率放大器会产生更大的能量给喇叭，可能会造起损害。振荡的电路可能不再工作在其线性区，因此其中的信号会出现畸变。在数位电路中，杂散振荡只会出现在特定的逻辑转态中，会造成后续模组的错误动作，例如计数器会看到错误的脉波，计数值也会错误。

成因放大器级的电路若其输出能量和输入耦合，在特定频率的相位及增益可以产生正回授，就会产生杂散振荡。若输入和输出的电路间有杂散电容或是交互电感就会产生杂散振荡。在一些固态元件或是真空管元件中，本身的内部电容就比较大，很容易产生回授路径。因为输入和输出有共同的接地，输出电流流过接地阻抗时，其信号也会和输入耦合。

电源的阻抗也可能让输入和输出耦合，进而产生振荡。 若许多级的放大都使用共同的电源，电源电压会随输出级的电流而改变。而电源电压的变化会出现在输入级上，进而形成正回授。例如晶体管收音机在电池电力足够时运作良好，但若使用较老的电池，就会出现低频汽船声（Motorboating）的噪音。

在音响系统中，若麦克风距喇叭很近，也会因为正回授而出现杂散振荡。原因是麦克风接收到喇叭的输出，转换成电子信号后，送到放大器的输入端，可参考声频反馈。

条件回授控制理论的发展就是要处理伺服控制系统中的杂散振荡，也就是系统在非预期的情形下出现振荡。巴克豪森稳定性准则提供了振荡的必要条件：回授环的环路增益（放大器的增益乘以回授路径的传递函数）等于1，回授环的相位移等于零或是360°的整数倍（2π弧度）。

实务上，回授会出现在不同的频率，每个频率下，放大器的相位不同。假如有一个频率下有正回授，且满足上述的增益及相位条件，系统就会在该频率振荡。

此条件可以用奈奎斯特图的数学方式表示，控制理论中用的另一个方法用波德图，也就是是增益和相位相对频率的图。设计工程师可以配合波德图确认是否有频率满足振荡条件，相位为零（正回授）及增益等于1或大于1。

若是出现杂散振荡，设计者可以利用控制回路的许多工具来修改此问题，例如调整有问题频率下的增益或是相位。2

抑制及减缓的方式针对杂散振荡的抑制，有一些常见的作法。例如让放大器电路的输入电不要和输出电路相邻，可以避免电容耦合或是电感耦合。在电路较敏感的部分外围可以加上金属屏蔽层，在电源端可加上去耦电容，让交流信号有低阻抗的路径，避免电源和设备之间出现多级电路之间的耦合。若是使用印刷电路板，强电及弱电的电路需要分离，而且需要规划各电路的接地方式，让共同的接地路径上不会出现大电流。有时杂散振荡需要透过加入neutralization的网络回授才能实现，而且需要经过计算及调整，以消除放大元件在导通频段的负回授。34

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本词条内容贡献者为:

王伟 - 副教授 - 上海交通大学