Analýza impedance kondenzátoru a charakteristik frekvence ESR

1. Úvod
Frekvenční charakteristiky impedance kondenzátoru (| z |) a ekvivalentního odolnosti řady (ESR) jsou rozhodující pro vyhodnocení jeho výkonu při návrhu obvodu, zejména při potlačení šumu a stabilizace napětí. Tento článek systematicky vysvětluje tyto vlastnosti porovnáním ideálních a reálných kondenzátorů, podporovaných vzorci a grafy.

2. Ideální chování kondenzátoru
Impedance ideálního kondenzátoru je čistě kapacitní:

kde Ω je úhlová frekvence a kapacitance cis. Jak je znázorněno na obrázku 1, ∣z∣decresereareses nepřímo s frekvencí (obrázek 2) a ESR je nula (žádné ztráty).

3. chování reálných kondenzátorů
Skutečné kondenzátory vykazují parazitické účinky (obrázek 3):

ESR: Způsobené dielektrickou ztrátou a odporem elektrod.
ESL: Parazitární indukčnost z elektrod nebo vodičů.
Jejich frekvenční odezva sleduje křivku V (obrázek 4):

Nízkofrekvenční rozsah (kapacitní oblast) : ∣z∣ = 1/Ωc, ESR dominoval dielektrickou ztrátou.
Rezonanční bod : ∣z∣Reaches minimum (∣z∣ = esr), definující samoresonantní frekvenci.
Vysokofrekvenční rozsah (indukční oblast) : ∣z∣ = ωl, ESR ovlivněn kožním efektem.

4. Porovnání typů kondenzátorů
Pro 10μF kondenzátory (obrázek 5):

Hliníkový elektrolytický: Vysoký ESR při vysokých frekvencích (v důsledku odporu elektrolytů).
Vícevrstvá keramika: Vynikající vysokofrekvenční výkon s nízkým ESR.
Filmové kondenzátory: Nízká ESL, ideální pro vysokofrekvenční aplikace.

5. Závěr
Ve vysokofrekvenčních obvodech je třeba pečlivě zvážit ESR a ESL. Návrháři by měli vybrat kondenzátory na základě požadavků na frekvenci, jako je vícevrstvá keramika pro oddělení a hliníkové elektrolytiky pro nízkofrekvenční filtrování.