Свойства конденсатора и их влияние на его применение.

на страницах сайта

electrosad.narod.ru

Основные характеристики конденсатора.

Xc=1/2πf C

Если посмотреть характеристики керамического конденсатора емкостью 1 мкФ, то на графике это выглядит так:

Рисунок 1.

Мы привыкли считать, что конденсатор работает на нужной нам частоте и его характеристика описывается приведенной выше формулой.

Это так, но только для конденсатора в пределах его рабочего диапазона частот.

В более широком диапазоне частот этого не происходит, поскольку идеальных конденсаторов не существует. Реальный конденсатор имеет еще и паразитную индуктивность L, и паразитное сопротивление потерь Rп (в литературе его еще называют - ESR). Любая индуктивность, включенная последовательно в частотно зависимую цепь, каковой является любой конденсатор (как фильтрующий элемент), вносит свой вклад в частотную характеристику этой цепи. Эквивалентная схема реального конденсатора приведена на рис.2.

Рисунок 2.

В результате зависимость Z от частоты выглядит следующим образом (обратите внимание - это тот же график что и на рис.1):

Рисунок 3.

И описывается выражением:

Эта зависимость заставляет обращать внимание на рабочий диапазон частот конденсатора. А он ограничен областью, где Z определяется X_C.  На рис.3 это левая ветвь зависимости Z, обозначенная как X_C.

Xc=1/2πf C

 вплоть до частоты (0,8- 0,9) f.

Правая ветвь, имеет индуктивный характер и на частотах выше f ведет себя как индуктивность

X_L=2πf L

В минимуме X_C равно X_L, в результате Z = R, это последовательный резонансный контур. В котором при достаточно малых R добротность будет больше 1 и в цепочке могут возбуждаться вынужденные колебания тока.

Как влияет R (ESR) на резонансные свойства конденсатора видно из графика.

Я имел "счастье" столкнуться со случаем, когда неправильно спроектированный фильтр (резонировали блокировочные конденсаторы с малым Rп и сумма индуктивностей фильтра) в цепи питания широкополосного усилителя с большим коэффициентом усиления, вместо фильтрации питающего тока послужил цепью обратной связи и привел к его возбуждению. Частота генерации находилась в полосе пропускания усилителя.

Применение конденсаторов в широкополосных цепях.

Ниже приведены графики зависимости Z от частоты для керамических конденсаторов разных номиналов. Вы возможно уже видели их на странице "Что можно сделать "на коленке"?" на этом сайте.

Из сказанного выше и графиков видим, что учитывать частотные свойства конденсаторов надо в обычных применениях, но особенно важно учитывать их в широкополосных цепях. Примером может быть фильтр в цепях питания мощных быстродействующих дискретных устройств, который должен работать в диапазоне частот от нескольких десятков тысяч герц до нескольких тысяч гигагерц.

Логика подсказывает, элементы такого фильтра должны перекрывать весь диапазон частот генерируемых в цепях питания защищаемой нагрузки. Число звеньев такого фильтра должно быть большим (более трех).

В качестве примера посмотрите характеристику шестизвенного фильтра.

Но не стоит обольщаться, не смотря на перекрытие полосы частот в семь декад и его характеристики существенно зависят от характеристик защищаемой цепи. Особенно усложняется решение проблемы, когда характеристики защищаемой цепи носят динамически изменяющийся характер, как в фильтрах цепей питания процессоров.

P.S.
Распространенное мнение - применяй оксидные конденсаторы с рабочей температурой 105 град. С в цепях инверторов питания центрального процессора и импульсных блоков питания компьютера, и все будет в порядке.
НО!
Температура воздуха в системном блоке может превышать 60 град.С жарким летом. Кроме того оксидные конденсаторы (ОК) нагреваются за счет потерь ВЧ составляющих в их цепи. (Подробнее о ВЧ составляющих см.*****) Я имел возможность наблюдать температуру корпуса ОК 98 град.С. А их ресурс существенно зависит от температуры (см. рис. ниже для 4 типов ОК)

Самые лучшие ОК с малыми потерями имеют ресурс 2000 ч.на своей максимальной температуре, а обычные только 1000ч. При 24 часовом режиме работы это всего 42 дня, а 8 часовом - 125 дней. Это Вам надо?.

Не полагайтесь только на качественные конденсаторы, на частотах выше 5 МГц они мало отличаются от обычных! Читайте *****  и  используйте. Цель, добиться чтобы температура в воздуха в системном блоке не отличалась от температуры наружного воздуха не более чем на несколько градусов.

Статья написана - июль 2006, доработана - сентябрь 2006 г.

 

<<Назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Copyright Sorokin A.D.

Дата - 2007 года. Ver.4