- •2.2 Емкостное сопротивление конденсатора
- •2.3 Электрическая модель реальных конденсаторов
- •2.4 Частотные характеристики конденсаторов различных типов
- •3 Схема для наблюдения за прохождением гармонического сигнала через конденсатор
- •3 Описание схемы для наблюдение осциллограмм напряжения и тока через конденсатор при гармоническом сигнале
- •3 Описание прибора для наблюдение ачх и фчх цепи с конденсатором
- •4 Ачх и фчх цепи с конденсатором
- •Ачх и фчх модели конденсатора
- •Ачх и фчх модели конденсатора на тестовой частоте
2.3 Электрическая модель реальных конденсаторов
В реальном конденсаторе (рисунок 3) существует некоторое сопротивление (ESR), вызванное диэлектрическими потерями, потерями на сопротивлении обкладок конденсатора и потерями связанные с сопротивлением утечки, а также паразитная индуктивность (ESL) выводов и обкладок конденсатора. В результате частотная характеристика импеданса принимает V образную форму (или U образную в зависимости от типа конденсатора), как показано на рисунке 4. Также на рисунке показана частотная характеристика ESR.
Рисунок 3 - Модель реального конденсатора
Рисунок 4 - Пример частотной характеристики полного сопротивления и его компонентов реального конденсатора
Причина, по которой графики |Z| и ESR имеют такой вид как на рисунке 4, можно объяснить следующим образом. В низкочастотной области |Z| уменьшается обратно пропорционально частоте, как и в идеальном конденсаторе. Значение ESR определяется диэлектрическими потерями в конденсаторе. При повышении частоты до области резонанса ESR, в результате паразитной индуктивности, сопротивления электродов и других факторов, вызывает отклонение |Z| от идеальной характеристики (красная пунктирная линия) и достигает минимального значения. Частота, на которой |Z| достигает минимума, называется собственной резонансной частотой и на этой частоте |Z| = ESR. После превышения собственной частоты резонанса, характеристика элемента меняется с емкостной на индуктивную и |Z| начинает повышаться. Область ниже собственной резонансной частоты называется емкостной областью, а область выше — индуктивной. В области резонанса к диэлектрическим потерям добавляются потери на электродах. При дальнейшем увеличении частоты в высокочастотной области характеристика |Z| определяется паразитной индуктивностью конденсатора. В высокочастотной области |Z| увеличивается пропорционально частоте. Что касается ESR, в этой области начинают проявляться скин-эффект , эффект близости и другие, которые приводят к дополнительному увеличению ESR. Итак, мы рассмотрели частотную характеристику реального конденсатора. Здесь важно запомнить, что c повышением частоты ESR и ESL уже нельзя игнорировать. Поскольку существуют большое количество приложений, в которых конденсаторы используются на высоких частотах, ESR и ESL становятся важными параметрами, характеризующими конденсатор помимо значения его емкости.
2.4 Частотные характеристики конденсаторов различных типов
Паразитные составляющие реальных конденсаторов имеют различное значение в зависимости от их типа. Давайте посмотрим на частотные характеристики разных конденсаторов. На рисунке 5 показаны графики |Z| и ESR для конденсаторов емкостью 10 мкФ. Все конденсаторы, кроме пленочных, планарные, то есть предназначены для монтажа на поверхность(SMD).
Рисунок 5 - Частотные характеристики полного сопротивления и его компонентов реальных конденсаторов разных типов
Для всех типов конденсаторов |Z| ведет себя одинаково до частоты 1 кГц. После 1 кГц импеданс увеличивается сильнее в алюминиевых и танталовых электролитических конденсаторах, чем в монолитных керамических и пленочных конденсаторах. Это происходит из-за того, что алюминиевые и танталовые конденсаторы имеют высокое удельное сопротивление электролита и большое ESR. В пленочных и монолитных керамических конденсаторах используются металлические материалы для электродов и, следовательно, они обладают очень маленьким ESR. Монолитные керамические конденсаторы и пленочные показывают примерно одинаковые характеристики до точки собственного резонанса, но у монолитных керамических конденсаторов резонансная частота выше, а |Z| в индуктивной области ниже. Эти результаты показывают, что импеданс монолитных керамических конденсаторов SMD типа в широком диапазоне частот имеет небольшое значение. Это делает их наиболее подходящими для высокочастотных приложений.