Analyse van condensatorimpedantie en ESR -frequentiekenmerken

1. Inleiding
De frequentiekenmerken van de impedantie van een condensator (| z |) en equivalente serieweerstand (ESR) zijn van cruciaal belang voor het evalueren van de prestaties in circuitontwerp, met name bij ruisonderdrukking en spanningsstabilisatie. Dit artikel legt deze kenmerken systematisch uit door ideale en echte condensatoren te vergelijken, ondersteund door formules en grafieken.

2. Ideaal condensatorgedrag
De impedantie van een ideale condensator is puur capacitief:

waarbij ω hoekfrequentie en ciscapaciteit is. Zoals getoond in figuur 1, is ∣z∣decreases omgekeerd met frequentie (figuur 2) en is ESR nul (geen verliezen).

3. Echt condensatorgedrag
Echte condensatoren vertonen parasitaire effecten (figuur 3):

ESR: Veroorzaakt door diëlektrisch verlies en elektrodeweerstand.
ESL: Parasitaire inductie van elektroden of leads.
Hun frequentierespons volgt op een V-curve (figuur 4):

Laagfrequent bereik (capacitief gebied) : ∣z∣ = 1/ωc, ESR gedomineerd door diëlektrisch verlies.
Resonantiepunt : ∣z∣reaches Minimum (∣z∣ = esr), het definiëren van de zelfresonerende frequentie.
Hoogfrequent bereik (inductief gebied) : ∣z∣ = ωl, ESR beïnvloed door huideffect.

4. Vergelijking van condensatortypen
Voor 10μF condensatoren (figuur 5):

Aluminium elektrolytisch: Hoge ESR bij hoge frequenties (vanwege elektrolytweerstand).
Meerlagige keramiek: Uitstekende hoogfrequente prestaties met lage ESR.
Filmcondensatoren: Lage ESL, ideaal voor hoogfrequente toepassingen.

5. Conclusie
In hoogfrequente circuits moeten ESR en ESL zorgvuldig worden overwogen. Ontwerpers moeten condensatoren selecteren op basis van frequentievereisten, zoals meerlagige keramiek voor ontkoppeling en aluminium elektrolytica voor laagfrequent filtering.