Gerçekten kapasitörlerin seri endüktansına neden olan şey nedir?

Yüksek frekans uygulamaları için kapasitör seçiminde biraz araştırma yaparak, eşdeğer seri endüktans kavramı çok fazla ortaya çıkıyor. Görünüşe göre tüm kapasitörler, bileşenin kapasitansı ile seri olarak görünen bu parazit endüktansına sahiptir. ESL yüksekse, yüksek frekanslarda bu endüktif reaktans kapasitif reaktansı bile iptal edebilir ve kapak esas olarak DC'yi engelleyen bir direnç görevi görür.

Peki ESL neden bu kadar önemli? Elbette, kapakların telleri var, ancak devrenin geri kalanının çok daha fazla teli ve bu nedenle kısa bileşenli kurşunlardan çok daha büyük bir sorun olacak çok daha yüksek parazit endüktansı olduğunu hayal ediyorum. Aksi takdirde, kapaklar sadece dielektrikli plakalardır, bu yüzden ESL hakkında çok endişelenmemize neden olan şey nedir?

Elektrolitik kapasitörler söz konusu olduğunda, bir açıklama buldum: Kapak temel olarak uzun bir folyo rulosu parçası olduğu için, folyo rulosunun bir bobin gibi davrandığı için kesinlikle çok fazla endüktans olduğu açıklandı. Ama bunun hiç mantıklı olduğunu düşünmüyorum: Mevcut folyo boyunca yolculuk gibi değil ! Akım bir folyoda bir elektrik alanı oluşturur, bu da yine diğer folyoda bir akım üretir. Ama bu alan görünür karşısında değil, folyolar boyunca bu açıklama bana hiç mantıklı böylece, o.

Birisi bana bu fenomeni tercihen hem seramik hem de elektrolitik kapasitörler bağlamında açıklayabilir mi?

Feragatname: OP'nin cevabımı kabul etmesine rağmen, Peter Smith'ten (şu anda) en çok oylanan cevap yerine, çok net ve yararlı olduğu için lütfen onun da okuduğunuzdan emin olun. buraya Tıkla!

Seramik kapaklar ve elektrolitik kapaklar çok farklı özelliklere sahiptir ve çok farklı şeyler için kullanılır.

Seramik kapaklar oldukça düşük ESL'ye sahiptir, makul derecede küçük, modern bir paket için genellikle birkaç 100 pH'dır. Bir elektrolitik başlık ESL bundan daha büyüktür.

Benzer şekilde, bir seramik kapak kapasitansı bir elektrolitik kapaktan çok daha düşüktür.

Bir araya getirilen bu iki gerçek, kapağın rezonans frekansında çok büyük bir fark yaratır. İyi bir seramik birkaç MHz'de rezonans yaparken, bir elektrolitik kapak birkaç 100 Hz'de rezonans eder.

Elektrolitik kapaklar genellikle güç kaynağı yumuşatma veya ses uygulaması gibi düşük ish frekanslarıyla uğraşırken kullanılır.

Seramikler, frekans tepkisinden ödün veremeyeceğiniz yerlerde kullanılır, bu nedenle yüksek frekanslı filtreler için veya mikro denetleyici gibi dijital, yüksek frekanslı bir cihazın beslemesini filtrelemek için kullanılır.

Dediğiniz gibi, devre genellikle kapak uçlarından daha uzun tellerden yapılır. Bu doğrudur ve seramik bir kapağın genellikle filtrelemesi / tedarik etmesi gereken noktadan birkaç mm uzağa yerleştirilmesinin nedeni budur. Palet genişliğine bağlı olarak bir PCB üzerinde birkaç mm kolayca birkaç 100 endüktans pH'sıdır, bu nedenle kapağın ne olduğunu ikiye katlarsınız.

Yüksek frekanslarda, kapak bir direnç olarak değil, bir indüktör olarak işlev görür ve empedansı frekansla büyür.

Endüktansın nereden geldiği hakkında, sezgisel olarak tatmin edici bir cevap almanın mümkün olup olmadığından emin değilim. Akımın folyolar arasında seyahat etmediğini söylüyorsunuz, ancak bu doğru değil. Aynı potansiyele sahiptirler ve akım sadece DC'de ilerlemez. 1 MHz'de ne olur? Peki 1 GHz? Bazı akımlar kesinlikle folyolardan da akar.

Seramik çok daha iyidir, çift tarak gibi inşa edilir:

kaynağa bağlantı

Bu şekilde, "en uzun yol" çok daha kısadır, dolayısıyla parazit indüktansı çok daha düşüktür. Seramik için ESL'ye bakarsanız, rakamın neredeyse sadece paket boyutuna bağlı olduğunu göreceksiniz, paket ne kadar küçükse, ESL o kadar düşüktür.

Akım aktığında, tanım gereği etrafında manyetik bir alan vardır. Bu, değişen bir akıma sahip herhangi bir iletken için kendi kendine endüktansa yol açar .

Bir kapasitör AC'de düşük bir empedans olduğundan (kesin miktar elbette frekansa bağlıdır) o zaman gerçek bir kapasitör şöyle görünür:

C1 nominal kapasitör, R1 eşdeğer seri direnç , L1 eşdeğer seri endüktans ve R2 kaçak dirençtir.

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Şimdi sönümlü bir seri rezonans devresine sahip olduğumuzu göreceksiniz; öz rezonansın altında kapasitiftir, rezonansta dirençlidir ve üstünde endüktiftir.

ESL'nin değeri hem malzemelere hem de cihazın boyutuna bağlıdır; 0204 yüzeye montaj paketindeki ters geometri cihazı için 300 pH kadar düşük olabilir; tipik bir 0402 yüzeye monte seramik yaklaşık 680pH'dir.

Ayırma ve eşleştirme cihazları için bu, yüksek hızlı bir dünyada önemlidir.

Hızlı bir hesaplama yapalım. 200 pikosaniye iç anahtarlama hızına sahip bir cihazı (hiç de nadir değil ve 2.5GHz'de frekans artefaktları) olan bir cihazı ayırıyorsam ve 0402 0.1 uF cihazı kullanıyorsam, gerçek empedans yaklaşık 4.3 ohm'dur ve endüktiftir .

Bunu doğru okudunuz; kapasitör şimdi bir indüktör görevi görmektedir.

Tipik yüzey montajlı ESL'ler:

0402 680pH: 0603 yaklaşık 900pH: 0805 yaklaşık 1.2nH

4 thou'da (oldukça yaygın) 1 inçlik bir iz, referans için yaklaşık 5nH endüktansa sahiptir. Ayrıştırma cihazlarının ayrıştırılan gerçek güç pimine bu kadar yakın olmalarının nedeni budur. Bu frekanslarda 1/2 inç kadar küçük bir cihaz da bulunmayabilir.

PCB izi için endüktans, bunun bir düzlem üzerinde olduğunu varsayar; kesin değer düzleme olan mesafeye bağlı olarak değişir (çünkü toplam dönüş yolunu ve gidiş-dönüş süresini etkiler). Yukarıdaki değeri PCB tasarımları için iyi (muhafazakar) bir başlangıç ​​noktası olarak buldum. Gerçek endüktans, özellikle döngü için toplam akım yolu mesafesine bağlıdır.

Peki ESL'nin nedeni? Fizik.