Что такое завышен esr. Измерение эпс (esr) конденсаторов. Коротко процесс поляризации можно представить так

Всем привет!
В данной статье я попробую рассказать простым языком что же такое эквивалентное последовательное сопротивление (или ESR ) и откуда оно берется.
Equivalent Series Resistance или ESR (Эквивалентное последовательное сопротивление , ЭПС) – это параметр конденсатора, который характеризует его активные потери в цепи переменного тока. Проще говоря, это сопротивление, которое определяется диэлектрическими потерями, сопротивлением обкладок, выводов конденсатора и внутриконтактных соединений.
Диэлектрические потери составляют основную часть потерь в конденсаторе и зависят от материала, толщины и слоя диэлектрика. Обусловлены эти потери особенностями поляризации диэлектрика.
Поляризация – это ограниченное смещение связанных зарядов диэлектрика в электрическом поле.
Коротко процесс поляризации можно представить так:
Под воздействием электрического поля, обладающие зарядом частицы диэлектрика совершают непроизвольные механические колебания, которые обусловлены их переориентацией и смещением, т.е. поляризацией.

Заряды, в близких к обкладкам слоях диэлектрика, активно участвуют в процессе перезаряда конденсатора. По сути – это уменьшение толщины диэлектрика. Результатом этого является существенное повышение емкости конденсатора , но из-за внутреннего трения и инертности связанных частиц происходит выделение тепла и потеря энергии в токопроводящих слоях диэлектрика. С увеличением частоты потери диэлектрика возрастают пропорционально и угол сдвига фазы между напряжением и током составит не 90 о, как должно быть в идеальном конденсаторе, а немного меньше.

Более того, работая на более высоких частотах, мы не можем забывать, что электрический сигнал не распространяется с бесконечной скоростью. По этой причине была введена теоретическая модель, поведение которой приближается к поведению реального конденсатора более чем в одной емкости.

Рассмотрим одну из возможных эквивалентных схем. Для описания поведения этой схемы можно провести векторную диаграмму импеданса, наблюдаемую на терминалах, используя известные методы символического расчета. Импеданс идеального конденсатора представляет собой вертикальный вектор вниз, т.е. только с отрицательной мнимой частью. Чтобы выразить, насколько поведение реального конденсатора удаляется от идеального, можно использовать три числовых значения, легко получаемые друг от друга.

Такой же сдвиг в цепи происходит, когда последовательно с конденсатором включают резистор. По этой причине для расчетов принято понятие последовательного эквивалентного сопротивления (или ESR), в котором потери диэлектрика суммируются с сопротивлением обкладок, соединений и выводов. По сути — это резистор, последовательно подключенный с конденсатором.

Значение угла δ, идеально равное нулю. . Термин диссипация проистекает из того факта, что идеальный конденсатор не рассеивает энергию, а накапливает ее и высвобождает ее с течением времени. Следует отметить, что все эти параметры сильно зависят от температуры и частоты и напряжения приложенного сигнала.

Поведение для высоких частот

Ниже приведен пример конденсатора, подходящего для работы на средних низких частотах. Модуль импеданса показан вертикально, частота по горизонтали, обратите внимание, что весы являются логарифмическими. Мы можем разделить эту диаграмму на три различные зоны, в зависимости от частоты.

Частотные характеристики конденсаторов являются важными параметрами, которые необходимы для разработки схем. Понимание частотных характеристик конденсатора позволит вам определить, например, какие шумы может подавлять конденсатор или какие флуктуации напряжения цепи питания он может контролировать. Эта статья описывает два типа частотных характеристик: |Z| (импеданс или полное сопротивление) и ESR (эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора).

Фактически импеданс уменьшается до увеличения частоты, на графике с логарифмическими масштабами это прямая линия. До примерно 200 кГц поведение очень похоже на поведение идеального конденсатора. . В действительности даже среди подобных компонентов происходят большие изменения. Один из самых важных факторов, при прочих равных условиях, указывает на то, что маленький конденсатор ведет себя лучше, чем большой. Пример приведен ниже.

На графике мы, например, читаем, что для рассматриваемой серии конденсаторов. Аналогично, конденсаторы, которые могут работать при более высоких напряжениях, как правило, также имеют более высокую резонансную частоту. Тестер предметов предназначен для быстрой проверки различных электронных компонентов. Меньшие конденсаторы можно измерять параллельно другому - например, 100 пФ. При использовании электролитических конденсаторов выше 100 мкФ время испытания увеличивается. Не включайте заряженные конденсаторы!

Частотные характеристики конденсаторов

Импеданс Z идеального конденсатора определяется формулой 1, где ω - угловая частота, а C - емкость конденсатора.

Рисунок 1. Идеальный конденсатор

(1)

Из формулы 1 видно, что с увеличением частоты импеданс конденсатора уменьшается. Это показано на рисунке 1. В идеальном конденсаторе нет потерь и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) равно нулю.

Он также показывает последовательное сопротивление. Нажатие кнопки показывает напряжение питания, через несколько секунд результат отображается на экране. Если нет другого нажатия, примерно через 25 секунд он выключается. Устройство является тестером быстрой проверки, точность измерений составляет 5-10%. Цена 30лв.

Существует дополнительная защита клемм перенапряжения. С клеммами для частотомера, генератора, вольтметра. Испытания и стабилитроны до 25В. Ленточный кабель - 3 типа, вам нужно проверить, какой тип у вас есть. Как правило, вам нужно изменить процессор и написать новую прошивку.


Рисунок 2. Частотная характеристика идеального конденсатора

Рисунок 3. Реальный конденсатор


Измеряет эквивалентное емкостное сопротивление конденсаторов на частоте 100 кГц. Очень часто электронное устройство может работать неправильно, хотя все его компоненты все еще видны. Один из вариантов для нашего устройства не работать нормально - это увеличить внутреннее сопротивление конденсатора, который не может быть пойман с помощью простых счетчиков, которые мы используем. Схема представляет собой прямоугольный импульсный генератор, который подается в один из мостов Уинсона. Другой рычаг подключен к дифференциальному усилителю, к которому подключена измерительная система.

Рисунок 4. Пример частотной характеристики реального конденсатора

Причина, по которой графики |Z| и ESR имеют такой вид как на рисунке 4, можно объяснить следующим образом.

Низкочастотная область

|Z| в этой области уменьшается обратно пропорционально частоте, как и в идеальном конденсаторе. Значение ESR определяется диэлектрическими потерями в конденсаторе.

Устройство заряжается с помощью накопительного резистора и может точно определять свойства конденсатора. Резисторы ниже 1 Ом используются в сложных цепях с 4-жильными датчиками и дополнительными компенсациями. С помощью этого устройства сравнительный метод может сравнить состояние конденсаторов с новыми. Этот аппарат удобен в использовании. После установки соответствующих зондов шкала сбрасывается. Существует возможность работать в режиме сравнения.

Это также удобно при поиске точных измерений. На рисунке показана собранная печатная плата. Значения используемых компонентов. Таблица взята с сопротивлением хранилища с классом точности. Имея немного большую мощность на заводе, достойный производитель оставляет резерв для старения, формирования в эксплуатации.

Область резонанса

Высокочастотная область

(2)


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.

Рабочее напряжение, иногда заданное 2 значения - номинальное и максимальное - это напряжение, обычно сумма постоянного тока и переменного тока, которые не должны превышаться при работе. Как правило, это кратковременная операция, перегрузка по току при запуске источника, сумма определенного типа пульсации.

Рабочий диапазон температур - Температура окружающей среды, в которой разрешен конденсатор, и в котором все параметры конденсатора остаются в пределах, указанных в техническом паспорте. При очень низких температурах емкость уменьшается, а внутреннее сопротивление увеличивается, а работа над допустимой температурой вызывает высушивание электролита и резкое сокращение срока службы.

Частотные характеристики конденсаторов различных типов


Рисунок 5. Частотные характеристики 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.

Серьезный производитель дает большой объем данных для каждого типа, многие данные выражаются в определенных условиях измерения, и их определение обычно указывается изготовителем. Максимально допустимый ток пульсации - в зависимости от частоты максимальный размер переменного тока, который может протекать через конденсатор, разрешен для каждого конкретного типа. Для конденсаторов с малой емкостью этот поток может быть неожиданно мал. Превышение этого тока оказывает значительное влияние на срок службы, поскольку потеря конденсатора вызывает чрезмерное внутреннее нагревание.

Частотные характеристики монолитных керамических конденсаторов

Существует также несколько типов монолитных керамических конденсаторов, изготовленных из различных материалов и имеющих различную форму. Давайте посмотрим, как эти факторы влияют на частотные характеристики.

ESR в емкостной области зависит от диэлектрических потерь, вызванных материалом диэлектрика. 2-й класс диэлектрических материалов на основе сегнетоэлектриков имеет высокую диэлектрическую постоянную и, как правило, высокое ESR. 1-ый класс материалов - температурно-компенсированные материалы на основе параэлектриков - имеют низкие диэлектрические потери и низкое ESR.
На высоких частотах в области резонанса и индуктивной области, в дополнение к сопротивлению материала электродов, их форме и количеству слоев, ESR зависит от скин-эффекта и эффекта близости. Электроды часто делают из Ni, но для дешевых конденсаторов иногда применяют Cu, который тоже имеет низкое сопротивление.

Кроме того, эффекты частых зарядки и разрядки очень важны для конденсаторов в инверторах, источниках питания и флэш-устройствах. Сопротивление частой зарядке и разрядке также хорошо подтверждается достойными производителями. Эквивалентное последовательное сопротивление - зависит от температуры и частоты, при определенной температуре, а частота почти постоянна. Проще говоря, он представляет собой значение внутреннего сопротивления, как если бы он был соединен последовательно с идеальным конденсатором.

Очень важная цифра для конденсаторов для импульсных источников питания и инверторов. Остаточный ток - зависит от мгновенного напряжения и температуры. Сразу же после того, как конденсатор подключен к напряжению, он имеет тенденцию быть выше и падает в течение заданного или меньшего значения за короткое время.

ESL

ESL монолитных керамических конденсаторов сильно зависит от внутренней структуры электродов. Если размеры внутренних электродов задаются длиной, шириной и толщиной, то индуктивность ESL может быть определена математически. Значение ESL уменьшается, когда электроды конденсатора короче, шире и тоньше.
На рисунке 6 показана связь между номинальной емкостью и резонансной частотой различных типов монолитных керамических конденсаторов. Вы можете видеть, что при уменьшении размеров конденсатора собственная резонансная частота увеличивается, а ESL уменьшается для одинаковых значений емкости. Это означает, что небольшие конденсаторы короткой длины лучше подходят для высокочастотных приложений.

Срок службы - обычно задается при верхнем пределе температуры окружающей среды, при номинальном напряжении и максимальном компоненте переменного тока. Электролитические конденсаторы должны всегда работать от постоянного напряжения и маркированной полярности. Сумма рабочего напряжения постоянного тока и наложенного переменного напряжения ни при каких обстоятельствах не может превышать номинальное рабочее напряжение конденсатора. Особо следует проявлять особую осторожность при использовании конденсаторов в выпрямителях на вторичной стороне высокочастотных инверторов и там, где они появляются на выходе во время работы пикового преобразователя напряжения.


Рисунок 6.

На рисунке 7 показан обратный LW конденсатор с короткой длиной L и большой шириной W. Из частотных характеристик, показанных на рисунке 8, можно увидеть, что LW конденсатор имеет меньший импеданс и лучшие характеристики, чем обычный конденсатор такой же емкости. С помощью LW конденсаторов можно достичь тех же характеристик, как у обычных конденсаторов, но меньшим числом компонентов. Уменьшение числа компонентов, позволяет сократить расходы и уменьшить монтажное пространство.

Следует отметить, однако, что эти и другие подобные нежелательные проявления электролитических конденсаторов происходят главным образом в глупо-инженерном, дешевом и дешевом материале, изготовленном китайской электроникой. Важным условием правильной и долговременной работы электролитического конденсатора является температура окружающей среды. Поэтому очень удобно монтировать конденсаторы таким образом и таким образом, чтобы их нельзя было излишне нагревать. Если мы монтируем конденсаторы ПХБ, то, насколько это возможно, от полупроводниковых охладителей, силовых резисторов и других тепловыделяющих элементов.

Рисунок 7. Внешний вид обратного LW конденсатора.


Рисунок 8. |Z| и ESR обратного LW конденсатора и конденсатора общего назначения