任何电子设计中使用最多的电子元件是电阻器（R），电容器（C）和电感器（L）。我们大多数人都熟悉这三个无源组件的基础知识以及如何使用它们。理论上（在理想条件下）电容器可以被认为是仅具有电容特性的纯电容器，但是在实践中，电容器还具有与其相关的一些电阻和电感特性，我们称其为寄生电阻或寄生电感。是的，就像寄生虫一样，这种不需要的电阻和电感特性也位于电容器内部，从而使其无法像纯电容器那样工作。
因此，在设计电路时，工程师首先考虑组件的理想形式，在这种情况下为电容，然后将其与寄生组件（电感和电阻）一起串联。此寄生电阻称为等效串联电阻（ESR），而寄生电感称为等效串联电感（ESL）。该电感和电阻的值将非常小，在简单设计中可以忽略不计。但是在某些高功率或高频应用中，这些值可能非常关键，如果不加以考虑，可能会降低组件效率或输出意外结果。
在本文中，我们将了解有关此ESR和ESL，如何测量它们以及如何影响电路的更多信息。与此类似，电感器还将具有与其相关的一些寄生特性，称为DCR，我们将在另一篇文章中进行讨论。
电容器的ESR
与电阻串联的理想电容器称为电容器的等效串联电阻。电容器中的等效串联电阻或ESR是与设备电容串联出现的内部电阻。
让我们看一下下面的符号，它们代表电容器的ESR。电容器符号代表理想电容器，而电阻器则代表等效串联电阻。电阻器与电容器串联连接。
一个理想的电容器是无损的，这意味着电容器存储电荷，并提供电荷作为输出的相同的量。但是在现实世界中，电容器的内阻有限值很小。该电阻来自介电材料，绝缘体或隔板中的泄漏。此外，基于其电容值和结构，等效串联电阻或ESR在不同类型的电容器中将具有不同的值。因此，我们必须实际测量该ESR的值，以分析电容器的完整特性。
测量电容器的ESR
测量电容器的ESR有点棘手，因为该电阻不是纯直流电阻。这是由于电容器的特性。电容器阻挡直流电并通过交流电。因此，标准欧姆表不能用于测量ESR。市场上有特定的ESR表，可用于测量电容器的ESR。这些电表使用交流电，例如电容器两端特定频率的方波。根据信号频率的变化，可以计算出电容器的ESR值。这种方法的一个优点是，由于ESR是直接在电容器的两个端子上测量的，因此无需将其从电路板上拆焊即可进行测量。
计算电容器的ESR的另一种理论方法是测量电容器的纹波电压和纹波电流，然后两者之比将得出电容器中的ESR值。但是，更常见的ESR测量模型是在交流电两端施加带有附加电阻的交流电源。测量ESR的粗略电路如下所示
Vs是正弦波源，R1是内部电阻。电容器C是理想电容器，而R2是理想电容器C的等效串联电阻。需要记住的一点是，在此ESR测量模型中，电容器的引线电感被忽略，并且不被视为电容器的一部分。电路。
该电路的传递函数可以用以下公式表示：
在上式中，反映了电路的高通特性；传递函数的近似值可以进一步评估为–
H（s）≈R2 /（R2 + R1）≈R2 / R1
上述近似值适用于高频操作。此时，电路开始衰减并充当衰减器。
衰减因子可以表示为–
⍺ = R2 /（R2 + R1）
该衰减因子和正弦波发生器的内部电阻R1可用于测量电容器的ESR。
R2 = ⍺x R1
因此，函数发生器可用于计算电容器的ESR。
通常，ESR值范围从几毫欧到几欧。与盒装或陶瓷电容器相比，铝电解和钽电容器的ESR高。然而，电容器制造技术的现代进步使得制造超低ESR电容器成为可能。
ESR如何影响电容器的性能
电容器的ESR值是电容器输出的关键因素。高ESR电容器会在大电流应用中散热，最终会缩短电容器寿命，这也导致电子电路出现故障。在需要考虑大电流的电源中，需要使用低ESR电容器进行滤波。
不仅在电源相关的操作中，而且ESR值低对于高速电路也至关重要。在很高的工作频率（通常在数百MHz至几GHz范围内）下，电容器的ESR在功率传输因数中起着至关重要的作用。
电容器中的ESL
与ESR一样，ESL也是电容器的关键因素。如前所述，在实际情况下，电容器并不理想。有杂散电阻和杂散电感。电容器的典型ESL模型如下所示。电容器C是理想电容器，电感器L是与理想电容器串联连接的串联电感。
通常，ESL高度依赖于电流环路。电流环路的增加也会增加电容器的ESL。引线端子和电路连接点（包括焊盘或走线）之间的距离也会影响电容器中的ESL，因为增加的端子距离还会增加电流环路，从而导致较高的等效串联电感。
测量电容器的ESL
通过观察电容器制造商数据表中给出的阻抗与频率关系图，可以轻松完成ESL的测量。当电容器两端的频率改变时，电容器的阻抗也会改变。在这种情况下，当在特定频率下电容电抗和电感电抗相等时，称为“拐点”。
此时，电容器会自谐振。电容器的ESR有助于使阻抗曲线平坦化，直到电容器达到“拐点”或处于自谐振频率为止。在拐点之后，由于电容器的ESL，电容器阻抗开始增加。
上图是MLCC（多层陶瓷电容器）的阻抗与频率关系图。显示了三个电容器，分别为100nF，1nF X7R级和1nF NP0级电容器。可以在V形图的较低点轻松识别“膝盖”斑点。
确定拐点频率后，即可通过以下公式测量ESL
频率= 1 /（2π√（ESL x C））
ESL如何影响电容器输出
与ESR一样，电容器的输出由于ESL的增加而降低。ESL增大会导致不必要的电流流动并产生EMI，从而进一步在高频应用中产生故障。在电源相关系统中，寄生电感会导致高纹波电压。纹波电压与电容器的ESL值成正比。电容器的较大ESL值也会产生振铃波形，从而使电路工作异常。
ESR和ESL的实际重要性
下图提供了电容器中ESR和ESL的实际模型。
此处，电容器C是理想电容器，电阻器R是等效串联电阻，电感器L是等效串联电感。将这三个结合起来，就构成了真正的电容器。
ESR和ESL并不是电容器的令人愉快的特性，这会导致电子电路的各种性能下降，尤其是在高频和大电流应用中。由于ESR引起的功率损耗，高ESR值会导致性能不佳；可以使用幂律I 2 R计算功率损耗，其中R是ESR值。不仅如此，根据欧姆定律，由于高ESR值也会产生噪声和高电压降。现代电容器制造技术降低了电容器的ESR和ESL值。在当今的SMD版本的多层电容器中，可以看到巨大的改进。
低ESR和ESL值电容器优选作为输出滤波器中的开关电源电路或开关电源的设计，因为开关频率是在这些情况下高，通常接近几个MH ž范围从几百kHz。因此，输入电容器和输出滤波电容器需要处于低ESR值，以便低频纹波不会影响电源单元的整体性能。电容器的ESL也需要很低，以使电容器的阻抗不与电源开关频率相互作用。
在低噪声电源中，需要抑制噪声，并且输出滤波器级的数量应少，高质量超低ESR和低ESL电容器可用于平稳输出和稳定地向负载供电。在这样的应用中，聚合物电解质是合适的选择，并且通常优于铝电解电容器。