Analiza impedancji kondensatora i charakterystyki częstotliwości ESR

1. Wprowadzenie
Charakterystyka częstotliwości impedancji kondensatora (| Z |) i równoważnej oporności szeregowej (ESR) mają kluczowe znaczenie dla oceny jego wydajności w projektowaniu obwodów, szczególnie w tłumieniu szumu i stabilizacji napięcia. Ten artykuł systematycznie wyjaśnia te cechy poprzez porównanie idealnych i prawdziwych kondensatorów, obsługiwanych przez wzory i wykresy.

2. Idealne zachowanie kondensatora
Impedancja idealnego kondensatora jest czysto pojemnościowa:

gdzie ω jest częstotliwością kątową i pojemnością CIS. Jak pokazano na rycinie 1, ∣z∣z -freas odwrotnie z częstotliwością (ryc. 2), a ESR wynosi zero (bez strat).

3. Prawdziwe zachowanie kondensatora
Prawdziwe kondensatory wykazują efekty pasożytnicze (ryc. 3):

ESR: Spowodowane stratą dielektryczną i odpornością na elektrodę.
ESL: Pasożytowa indukcyjność z elektrod lub przewodów.
Ich odpowiedź częstotliwościowa jest zgodna z obrzezem w stylu wściekłości (ryc. 4):

Zakres niskiej częstotliwości (obszar pojemnościowy) : ∣Z∣ = 1/ωC, ESR zdominowany przez stratę dielektryczną.
Punkt rezonansowy : ∣z∣reaches minimum (∣z∣ = esr), definiując częstotliwość samooceny.
Zakres wysokiej częstotliwości (obszar indukcyjny) : ∣z∣ = ωl, ESR dotknięty efektem skóry.

4. Porównanie typów kondensatorów
Dla kondensatorów 10 μF (ryc. 5):

Aluminiowy elektrolityczny: Wysoka ESR przy wysokich częstotliwościach (z powodu oporności na elektrolit).
Ceramika wielowarstwowa: Doskonała wydajność o wysokiej częstotliwości z niskim ESR.
Kondensatory filmowe: Niski ESL, idealny do zastosowań o wysokiej częstotliwości.

5. Wniosek
W obwodach o wysokiej częstotliwości ESR i ESL muszą być starannie rozważane. Projektanci powinni wybrać kondensatory na podstawie wymagań częstotliwościowych, takich jak ceramika wielowarstwowa do oddzielenia i aluminiowa elektrolityka do filtrowania o niskiej częstotliwości.