Zrozumienie charakterystyk różnych rodzajów kondensatorów pod kątem ich stosowania

Budowa kondensatora

Kondensatory są dostępne w różnych konfiguracjach montażu fizycznego - kondensatory z odprowadzeniami osiowymi, pionowymi oraz do montażu powierzchniowego (Ilustracja 2).

Ilustracja 2: Rodzaje konfiguracji obejmują kondensatory z odprowadzeniami osiowymi, pionowymi oraz do montażu powierzchniowego. Aktualnie powszechnie stosuje się montaż powierzchniowy. (Źródło ilustracji: Digi-Key Electronics)

Konstrukcja osiowa kondensatora oparta jest na zwiniętych cylindrycznie, układanych na przemian warstwach folii metalowej i dielektryka lub dielektryka metalizowanego po obu stronach. Połączenia z okładkami przewodzącymi mogą być wykonane za pomocą wsuniętej płytki lub cylindrycznego przewodzącego kapturka.

Typ pionowy składa się zazwyczaj z naprzemiennych warstw metalu i dielektryka. Warstwy metalu są zmostkowane na końcach. Konfiguracje pionowe i osiowe są przeznaczone do montażu przewlekanego.

Kondensatory do montażu powierzchniowego również opierają się zasadzie naprzemiennego ułożenia warstw przewodzących i dielektrycznych. Warstwy metalu są zmostkowane na końcach za pomocą kołpaka lutowniczego do montażu powierzchniowego.

Model obwodu kondensatora

Model obwodu dla kondensatora zawiera wszystkie trzy pasywne elementy obwodu (ilustracja 3).

Ilustracja 3: Model obwodu kondensatora składa się z elementów pojemnościowych, indukcyjnych i rezystancyjnych. (Źródło ilustracji: Digi-Key Electronics).

Model obwodu kondensatora składa się z szeregowego elementu rezystancyjnego reprezentującego rezystancję omową elementów przewodzących wraz z rezystancją dielektryczną. Nazywa się to zastępczą lub równoważną rezystancją szeregową (ESR).

Efekty dielektryczne pojawiają się, gdy do kondensatora przyłożone są sygnały prądu zmiennego. Napięcia prądu zmiennego powodują zmianę polaryzacji dielektryka w każdym cyklu, powodując wewnętrzne nagrzewanie. Nagrzewanie dielektryczne jest funkcją materiału i mierzy się je według współczynnika strat dielektryka. Współczynnik strat (DF) jest funkcją pojemności kondensatora oraz równoważnej rezystancji szeregowej (ESR), i może być obliczony za pomocą równania 2:

Gdzie:

XC to kapacytancja w omach (Ω)

ESR to równoważna rezystancja szeregowa (w Ω)

Współczynnik strat jest zależny od częstotliwości ze względu na kapacytancję i jest bezwymiarowy, często wyrażony w procentach. Niższy współczynnik strat powoduje mniejsze nagrzewanie i tym samym mniejsze straty.

Istnieje szeregowy element indukcyjny, zwany efektywną lub równoważną indukcyjnością szeregową (ESL). Reprezentuje on indukcyjność odprowadzenia i drogi przepływu prądu. Indukcyjność szeregowa i pojemność powodują rezonans szeregowy. Poniżej częstotliwości rezonansu szeregowego urządzenie zachowuje swoje funkcje pojemnościowe, a powyżej tej wartości jest z kolei bardziej indukcyjne. Indukcyjność szeregowa może być problematyczna w wielu zastosowaniach o wysokich częstotliwościach. Dostawcy minimalizują indukcyjność poprzez zastosowanie konstrukcji warstwowej przedstawionej na schemacie kondensatorów pionowych oraz do montażu powierzchniowego.

Rezystancja równoległa odpowiada rezystancji izolacji dielektryka. Wartości poszczególnych elementów modelu są zależne od konfiguracji kondensatora i materiałów, z których został zbudowany.