電解コンデンサの周波数依存性

電解コンデンサは高周波ではインダクタとして動作すると言われているため、小さなセラミックキャップを並列に配置します。

電解コンデンサ、紙コンデンサ、またはプラスチックフィルムコンデンサは、高周波でのデカップリングには適していません。それらは基本的に、プラスチックまたは紙の誘電体のシートで分離され、ロールに形成された金属箔の2枚のシートで構成されています。この種の構造にはかなりの自己インダクタンスがあり、数MHzを超える周波数ではコンデンサよりもインダクタのように機能します。

コンデンサのインピーダンス対周波数。

しかし、次のようなこともいくつかあります。

エレクトロに関連する「インダクタンスの問題」はもう一つの馬鹿げた神話です-それらは、キャップの長さと同じ長さのワイヤよりもインダクタンスがありません。

または

人気のある神話は、ホイルが缶の中に巻かれている方法のために、エレクトロにはかなりのインダクタンスがあるということです。これはナンセンスです-箔は通常、フィルムキャップの場合とほぼ同じ方法で端で接合されます。高周波性能は通常、標準の市販のエレクトロおよびバイポーラ（非極性電解）キャップでも、数MHzまで拡張されます。

この効果の正確な性質は何ですか？また、どのアプリケーションと周波数で心配する必要がありますか？実用的な意味は何ですか？

この効果は、デバイスの寄生特性の影響によるものです。コンデンサには4つの基本的な寄生要素があります。

等価直列抵抗-ESR：

コンデンサは、実際には、そのリード線の抵抗、誘電体の箔、およびその他の小さな抵抗と直列のコンデンサです。これは、コンデンサが真に瞬時に放電することができず、また、充電と放電を繰り返したときに発熱することを意味します。これは、電力システムを設計する際の重要なパラメーターです。

漏れ電流：

誘電体は理想的ではないため、コンデンサと並列に抵抗を追加できます。これはバックアップシステムでは重要であり、電解のリーク電流は、マイクロコントローラのRAMを維持するために必要な電流よりもはるかに大きくなる可能性があります。

誘電吸収-CDA：

これは通常、他のパラメーターよりも重要ではありません。特に電解質の場合、漏れ電流が影響を圧倒します。大きなセラミックの場合、コンデンサと並列にRC回路があると想像できます。コンデンサが長時間充電されると、想像されたコンデンサが電荷を獲得します。コンデンサが短時間で急速に放電し、その後開回路に戻ると、寄生コンデンサがメインコンデンサの再充電を開始します。

等価直列インダクタンス-ESL：

今では、すべてが静電容量に加えて非ゼロおよび非無限の抵抗を持っている場合、すべてが寄生インダクタンスも持っていることに驚くべきではありません。これらが重要かどうかは周波数の関数であり、インピーダンスのトピックにつながります。

インピーダンスを文字Zで表します。インピーダンスは、周波数領域でのみ抵抗と考えることができます。抵抗がDC電流の流れに抵抗するのと同じように、インピーダンスもAC電流の流れを妨げます。抵抗がV / Rであるように、時間領域に統合すると、インピーダンスはV（t）/ I（t）になります。

計算を行うか、周波数wの正弦波電圧が印加されたコンポーネントのインピーダンスに関する次のアサーションを購入する必要があります。

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

はい、はiと同じです（虚数、$j$$i$）が、電子機器では、通常iは電流を表すため、jを使用します。また、ωは伝統的にギリシャ文字のオメガ（wのように見えます）です。文字 's'は複素周波数（正弦波ではない）を指します。 $\sqrt{-1}$$i$$j$$\omega$

いいね？しかし、あなたはアイデアを得る-あなたはAC信号を適用するときに抵抗器はそのインピーダンスを変更しません。コンデンサは周波数が高くなるとインピーダンスが低下し、DCでほぼ無限になります。インダクタは、より高い周波数でインピーダンスが増加しています-スパイクを除去するように設計されたRFチョークを考えてください。

インピーダンスを追加することにより、直列の2つのコンポーネントのインピーダンスを計算できます。インダクタと直列にコンデンサがある場合、次のようになります。

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

$C$$L$

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

$\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$

$\omega^2 LC = 1$

インピーダンスメーター（HP / Venable）にアクセスできる人なら誰でも、電解コンデンサーは確かに高周波で誘導性になると簡単に言うことができます。

これは、高周波DC-DCコンバーターで使用される多くのセラミックコンデンサーを目にする理由の一部です-電解は単に数百キロヘルツ/メガヘルツではそれほど良くありません。

これはまた、100nF-1uFのセラミックコンデンサがICデカップラーとして一般的に使用される理由でもあります。高周波インピーダンスのため、電解コンデンサは小さなセラミック缶に勝るものはありません。

質問は「溶菌が誘導的である場合」ではありませんでしたが、なぜですか？これは非常に難しいパズルですが、固体化学のセラミックキャッププロットと比較すると、溶解キャップのみに特別なものがあるという手がかりが得られます。そのため、問題は電子機器ではなく化学に属しています。

高周波数で最小値に達した後のインピーダンスの増加は、大きなイオンまたは偏極分子の回転（または伸張/変位）帯電質量の形で蓄積されるエネルギーによって引き起こされます。溶液中の各分子は、いくつかの共振周波数の近くに鋭い位相プロットを持つ共振器のグループ（インダクタンスだけでなく）のように機能しています。

数MHzの範囲の純水および金属イオンのインピーダンス測定に関する興味深い研究があります。

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

重要なのは、これらがコイルのようなロールの形をしていること、つまり電流が円を描くことです。これにより、比較的高いインダクタンスが生じます。

他のコンデンサーは、シート（セラミック）または多孔質材料上の2つの表面（タンタル、スーパーキャップ）の形をしているため、この効果はありません。

クールな質問-一般的に、容量Cのコンデンサは、1 /（2 * pi * f * C）、fwiwの大きさの複素インピーダンスを持っています。そのため、高周波では、コンデンサは短絡のように見えます（つまり、0オーム）。私は、それらがインダクタのように動作し始めるという議論に不慣れです（サイズLのインダクタは大きさ2 * pi * f * Lの複素インピーダンスを持っているため、ある時点でインピーダンスが増加し始めることを意味します...私は本当にそれを買わないと思いますが、その根拠はありません。

アルミ電解では、フィルムキャップのように箔は接合されていません。これは、誘導を高くする必要があります。しかし、常にスペシャルがあるので、誰が知っていますか？