전해 커패시터의 주파수 의존성

전해 커패시터는 고주파에서 인덕터로 작동한다고 말하면서 작은 세라믹 캡을 병렬로 배치합니다.

전해, 종이 또는 플라스틱 필름 커패시터는 고주파수에서 분리하기에 적합하지 않습니다. 이들은 기본적으로 플라스틱 또는 종이 유전체 시트로 분리되고 롤로 형성된 두 개의 금속 호일 시트로 구성됩니다. 이러한 종류의 구조는 상당한 자기 인덕턴스를 가지며 단지 몇 MHz를 초과하는 주파수에서 커패시터보다 인덕터처럼 작동합니다.

커패시터 임피던스 대 주파수.

그러나 나는 또한 다음과 같은 몇 가지를 봅니다.

전기와 관련된 "인덕턴스 문제"는 또 다른 바보 같은 신화입니다. 캡 길이와 동일한 와이어 길이보다 더 큰 인덕턴스가 없습니다.

또는

널리 알려진 신화는 호일이 캔 내부에 감겨있는 방식으로 인해 전자 장치에 상당한 인덕턴스가 있다는 것입니다. 이것은 말도 안됩니다. 포일은 일반적으로 필름 캡과 거의 같은 방식으로 끝 부분에서 결합됩니다. 고주파 성능은 표준 상용 전자 장치 및 양극 (비극성 전해) 캡을 사용하더라도 일반적으로 수 MHz로 확장됩니다.

이 효과의 정확한 특성은 무엇이며 어떤 응용 프로그램과 주파수에서 걱정해야합니까? 실질적인 의미는 무엇입니까?

이 효과는 장치의 기생 특성의 영향으로 인한 것입니다. 커패시터에는 네 가지 기본 기생이 있습니다.

동등한 시리즈 저항-ESR :

커패시터는 실제로 리드의 저항, 유전체의 포일 및 기타 작은 저항과 직렬로 연결된 커패시터입니다. 이는 커패시터가 즉시 즉시 방전 될 수 없으며 반복적으로 충전 및 방전 될 때 가열 될 수 있음을 의미합니다. 이는 전력 시스템을 설계 할 때 중요한 매개 변수입니다.

누설 전류 :

유전체는 이상적이지 않으므로 커패시터와 병렬로 저항을 추가 할 수 있습니다. 이것은 백업 시스템에서 중요하며 전해액의 누설 전류는 마이크로 컨트롤러에서 RAM을 유지하는 데 필요한 전류보다 훨씬 클 수 있습니다.

유전체 흡수-CDA :

이는 누설 전류가 효과를 압도하는 다른 매개 변수, 특히 전해액에 비해 일반적으로 덜 중요합니다. 대형 세라믹의 경우 커패시터와 병렬로 RC 회로가 있다고 상상할 수 있습니다. 커패시터가 장기간 충전되면, 상상 된 커패시터는 충전을 얻는다. 커패시터가 짧은 기간 동안 빠르게 방전 된 후 개방 회로로 복귀하면 기생 커패시터는 주 커패시터를 재충전하기 시작합니다.

동등한 시리즈 인덕턴스-ESL :

지금까지 모든 것이 커패시턴스뿐만 아니라 0이 아닌 저항과 무한이 아닌 저항을 가지고 있다면 모든 것도 기생 인덕턴스를 가지고 있다는 사실에 놀라지 말아야합니다. 이것이 중요한지 여부는 주파수의 함수이며, 이는 우리를 임피던스 주제로 이끈다.

임피던스는 문자 Z로 나타냅니다. 임피던스는 주파수 영역에서와 마찬가지로 저항과 같은 것으로 생각할 수 있습니다. 저항이 DC 전류의 흐름에 저항하는 것과 같은 방식으로 임피던스도 AC 전류의 흐름을 방해합니다. 저항이 V / R 인 것처럼 시간 영역에 통합하면 임피던스는 V (t) / I (t)입니다.

미적분학을 수행하거나 주파수가 w 인 정현파 전압이 적용된 구성 요소의 임피던스에 대한 다음 주장을 구입해야합니다.

$\begin{align} Z_{resistor} &= R\\ Z_{capacitor} &= \frac{1}{j \omega C} = \frac{1}{sC}\\ Z_{inductor} &= j\omega L = sL \end{align}$

예, 는 i 와 같습니다 (허수, $j$$i$ ), 그러나 전자에서는i가일반적으로 전류를 나타내므로j를 사용합니다. 또한ω는 전통적으로 그리스 문자 오메가 (w 모양)입니다. 문자 's'는 복잡한 주파수 (정현파가 아님)를 나타냅니다. $\sqrt{-1}$$i$$j$$\omega$

ck? 그러나 당신은 아이디어를 얻습니다-AC 신호를 적용 할 때 저항은 임피던스를 변경하지 않습니다. 커패시터는 고주파수에서 임피던스가 감소했으며 DC에서 거의 무한대에 가깝습니다. 인덕터는 고주파수로 임피던스가 증가했습니다. 스파이크를 제거하도록 설계된 RF 초크를 생각해보십시오.

임피던스를 추가하여 두 구성 요소의 임피던스를 직렬로 계산할 수 있습니다. 커패시터와 인덕터가 직렬로 연결된 경우 다음이 있습니다.

$\begin{align} Z &= Z_C + Z_L\\ &= \frac{1}{j\omega C + j\omega L} \end{align}$

주파수를 높이면 어떻게됩니까? 오래 전에 우리의 구성 요소는 전해 커패시터이므로 가 L 보다 훨씬 크다고 가정합니다 . 언뜻보기에 비율이 변하지 않을 것이라고 상상할 수 있습니다. 그러나 약간의 사소한 (주 : 이것은 상대적 용어입니다) 복잡한 대수는 다른 결과를 보여줍니다.$C$$L$

$\begin{align*} Z &= \frac{1}{j \omega C} + j \omega L\\ &= \frac{1}{j \omega C} + \frac{j \omega L \times j \omega C}{j \omega C}\\ &= \frac{1 + j \omega L \times j \omega C)}{j \omega C}\\ &= \frac{1 - \omega^2 LC}{j \omega C}\\ &= \frac{-j \times (1 - \omega^2 LC)}{j \omega C}\\ &= \frac{(\omega^2 LC - 1) * j)}{\omega C} \end{align*}$

그거 재밌었 어? 이것은 당신이 한 번하는 일이며, 그 대답을 기억하고 걱정하지 마십시오. 마지막 방정식에서 무엇을 알고 있습니까? 가 작고 L 이 작고 C 가 큰 경우를 먼저 고려하십시오 . 우리는 대략$\omega$$L$$C$

$\begin{align*} \frac{(small * small * large - 1) \times j}{small * large} \end{align*}$

$small * small * large < 1$$Z_C = \frac{-j}{\omega C}$

$\omega$$L$$C$

$\begin{align*} \frac{(large * small * large - 1) \times j}{small * large} \end{align*}$

$large * small * large > 1$$Z_L = j \omega L$

$\omega^2 LC = 1$

임피던스 미터 (HP / Venable)에 액세스 할 수있는 사람이라면 누구나 전해 커패시터가 고주파에서 유도 성임을 확실히 알 수 있습니다.

이것은 고주파 DC-DC 컨버터에 사용되는 많은 세라믹 커패시터를 보는 이유의 일부입니다. 전해는 단순히 수백 킬로 헤르츠 / 메가 헤르츠에서 그다지 좋지 않습니다.

100nF-1uF의 세라믹 커패시터가 IC 디 커플러로 일반적으로 사용되는 이유도 있습니다. 전해는 고주파 임피던스로 인해 작은 세라믹 캔을 능가 할 수 없습니다.

문제는 "용해제가 유도 적"이라면 아니었지만 왜 그렇습니까? 이것은 매우 퍼즐이지만 고체 화학에 대한 세라믹 캡 플롯과 비교하면 어떤 것이 용해 캡에만 특별하다는 단서를 줄 수 있습니다. 따라서 문제는 전자 제품이 아닌 화학에 관한 것입니다.

고주파에서 최소에 도달 한 후 임피던스의 증가는 큰 이온 또는 분극 분자의 회전 된 (또는 신장 / 변위 된) 하전 된 질량의 형태로 축적 된 에너지에 의해 야기된다. 용액의 각 분자는 여러 공진 주파수 근처에 예리한 위상 플롯을 갖는 공진기 그룹 (인덕턴스뿐만 아니라)처럼 작동합니다.

수 MHz 범위의 순수 및 금속 이온에 대한 임피던스 측정에 대한 흥미로운 연구가 있습니다.

http://commons.emich.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1200&context=theses&sei-redir=1#search=%22ion%20solution%20impedance%20MHz%22

핵심은 롤 형태이며 코일과 유사합니다. 즉 전류가 원형으로 흐릅니다. 이로 인해 상대적으로 높은 인덕턴스가 발생합니다.

다른 커패시터는 다공성 물질 (가상, 슈퍼 캡)에 시트 (세라믹) 또는 두 표면의 형태를 가지므로이 효과를 나타내지 않습니다.

멋진 질문-일반적으로 커패시턴스 C를 갖는 커패시터는 1 / (2 * pi * f * C) 크기의 복잡한 임피던스를 가지고 있습니다. 따라서 고주파수에서 커패시터는 단락 (예 : 0 옴)으로 간주됩니다. 나는 그들이 인덕터처럼 행동하기 시작한다는 주장에 익숙하지 않다. ... 나는 그것을 실제로 사지 않는 것 같아요, 그러나 그것에 대한 근거가 없습니다.

알루미늄 전해에서 호일은 필름 캡과 같은 방식으로 결합되지 않습니다. 이것은 유도를 높게 만들어야합니다. 그러나 항상 스페셜이 있으므로 누가 알겠습니까?