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电容的ESR是什么

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sinasun|  楼主 | 2023-5-14 17:08 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
对于理想的电容,在激励信号的作用下,输入电源开始对电容充电,在t=0的时刻,充电充电流Ic最大,为Vin/R,电容上的电压Uc等于零。随着时间的增加,充电电流Ic指数变小,电压Uc指数增加。当时间t=5RC的时候,电流逐渐降低为0,电压Uc越接近输入Vin。在这个电流电压变化的过程,电流最大的时候,电压最小,说明电容充电过程:是电压的变化滞后于电流。如果输入是交流信号,也就是通常说的电压滞后于电流90度。
然而对于实际的电容,是存在损耗的:有电极导体的电阻损耗和电容介质损耗。一般介质损耗是在电荷穿透介质材料的运功而引起的损耗,这些损耗于温度和频率有关,介质损耗的机理比较复杂,它包括漏电电阻损耗,介质极化损耗,铁电磁滞损耗,界面极化损耗,局部放电损耗,涡流放电机电损耗(电池伸缩)。由于存在这些损耗,实际电容的电压和电流不再是90度相位关系,而是小于90都读,这个差值称为损耗角δ。而tanδ=ESR/Zc称为损耗因子,来衡量电解质损耗,在电容产品中,为了形象的描述介质损耗,也就需要引入ESR-等效串联电阻的概念。就把非理想电容建模为一个理想电容和电阻串联的结构,这个串联的电阻就是ESR,理想电容可以近似看作实际电容的标称容值。在电解电容的规格书中一般是在f=120Hz的频率下测量得到的tanδ。这是由于电解电容的容值较大,一般是滤除低频的干扰信号。在下面规格书可以看出,这个系列的电解电容的tanδ都是0.2,那么对于C=330uF的电解电容,复阻抗Zc=2*π*330uF*120Hz=0.2486Ω,那么就能根据ESR=*tanδZc=50mΩ,根据公式电解电容容值越大,其ESR也就越大,但是实际的电解电容都是多层卷制而成,电容容值越大,就相当于并联,最后的ESR会更小的。所以tanδ=ESR/Zc计算公式只是理**式,实际的电解电容ESR需要通过测试得到。
对于贴片的MLCC电容,则没有给出损耗正切值的概念,而是直接给出ESR和频率的关系。这是MLCC的应用场合有关的,都是滤除高频干扰噪声的。所以对于各个频段的ESR都有参考意义。
ESR是一个理论上的等效电阻,不能简单理解为一个普通的电阻,和真实电阻的物理特性有很大不同,毕竟一个实际电阻的阻值基本不受温度频率特性影响,保持恒定不变的。ESR反映的是电容损耗。实际上是各种损耗,包括导体的电阻,电介质损耗等总和的折算结果,由于是通过阻抗折算过来的,而电容的阻抗与频率容值成反比,因此ESR也会呈现与频率容值成反比的特性,还有就是电介质损耗于温度有很大关系,所以ESR也受温度的影响。
上图橙色是普通铝电解电容,在这个温度范围内,ESR15毫欧变化到700毫欧。蓝色是新型的聚合物混合铝电解电容的变化范围,其ESR基本不受到温度的影响,保持恒定不变。
也不能简单的比较两种电容的ESR大小,就判定谁好谁坏。上文已经讨论了,ESR是和频率特性有关。下表中,不同类型的电容,其ESR是相差很大的。薄膜电容的ESR很小,受到温度影响也小,所以是音响领域的最爱,就是价格昂贵。

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21ic小管家 打赏了 40.00 元 2023-06-07
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王栋春 2023-5-14 22:20 回复TA
这个ESR测试仪表有没有推荐? 

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