इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर की आवृत्ति निर्भरता

Question

यह कहा जाता है कि इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर उच्च आवृत्तियों पर प्रेरक के रूप में व्यवहार करते हैं, यही वजह है कि हम इसके साथ समानांतर में छोटे सिरेमिक कैप लगाते हैं:

इलेक्ट्रोलाइटिक, पेपर, या प्लास्टिक फिल्म कैपेसिटर उच्च आवृत्तियों पर डिकॉउलिंग के लिए एक खराब विकल्प हैं; वे मूल रूप से प्लास्टिक या कागज ढांकता हुआ की शीट से अलग किए गए धातु की पन्नी के दो शीट से मिलकर बनते हैं और एक रोल में बनते हैं। इस तरह की संरचना में काफी आत्म-प्रेरण होता है और केवल कुछ मेगाहर्ट्ज से अधिक आवृत्तियों पर संधारित्र की तुलना में अधिक प्रारंभ करनेवाला कार्य करता है।

संधारित्र प्रतिबाधा बनाम आवृत्ति।

फिर भी मैं इस तरह की कुछ चीजें देखता हूं:

इलेक्ट्रोस से जुड़ी "इंडक्शन प्रॉब्लम" एक और मूर्खतापूर्ण मिथक है - उनके पास कैप की लंबाई के समान तार की लंबाई से अधिक इंडक्शन नहीं है।

या

एक लोकप्रिय मिथक यह है कि जिस तरह से पन्नी को कैन के अंदर घाव किया जाता है, उसके कारण इलेक्ट्रोस का काफी प्रेरण होता है। यह बकवास है - फिल्टर्स आमतौर पर सिरों पर उसी तरह से जुड़ जाते हैं, जैसे कि फिल्म कैप्स के साथ। उच्च आवृत्ति प्रदर्शन आमतौर पर कई मेगाहर्ट्ज तक फैलता है, यहां तक ​​कि मानक ऑफ-द-शेल्फ शेल्फ और द्विध्रुवी (गैर-ध्रुवीकृत इलेक्ट्रोलाइटिक) कैप के साथ भी।

इस आशय की सटीक प्रकृति क्या है और किन अनुप्रयोगों और आवृत्तियों में हमें इसके बारे में चिंता करने की आवश्यकता है? व्यावहारिक निहितार्थ क्या हैं?

Comments

मुझे आश्चर्य है कि ऊपर उठने से ठीक पहले घटता क्या स्टेटर को डुबाने का कारण बनता है? विशेष रूप से हरे रंग की वक्र 10MHz से ऊपर।

— डेरेनडब्ल्यू

अनुनाद जी, मैं मानूंगा।

— एंडोलिथ

आप ADI लेख से चार्ट का हवाला दे रहे हैं, जहाँ वे लिटील कैप्स को टैंटलम होने का उल्लेख करते हैं। टैंटलम कैप के अंदर कोई रोल नहीं है।

@ सॉकेट सर्जन: टैंटलम कैप के अंदर कोई पानी नहीं है :)

— एंडोलिथ

प्लेट के कंडक्टर भाग के अणुओं के ध्रुवीकृत समूहों के लिए आपको पूर्ण गतिशीलता की आवश्यकता नहीं है। उन्होंने कोलाइडल ग्रेफाइट, चांदी और कुछ जीवों को शुष्क टैंटलम में डाल दिया, जो सामान्य धातु की तरह शुद्ध "इलेक्ट्रॉन गैस" नहीं है। लेकिन ठोस रसायन विज्ञान के बारे में यह चर्चा हमें विषय से अलग कर देगी।

Answer 1

यह प्रभाव डिवाइस के परजीवी विशेषताओं के प्रभाव के कारण है। एक संधारित्र में चार मूल परजीवी होते हैं:

समतुल्य श्रृंखला प्रतिरोध - ESR:

एक संधारित्र वास्तव में श्रृंखला में एक संधारित्र है जो इसके लीड के प्रतिरोध, ढांकता हुआ में पन्नी और अन्य छोटे प्रतिरोधों के साथ श्रृंखला में है। इसका मतलब यह है कि संधारित्र वास्तव में तुरंत निर्वहन नहीं कर सकता है, और यह भी कि बार-बार चार्ज और डिस्चार्ज होने पर यह गर्म हो जाएगा। बिजली प्रणालियों को डिजाइन करते समय यह एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है।

लीकेज करंट:

ढांकता हुआ आदर्श नहीं है, इसलिए आप अपने संधारित्र के साथ समानांतर में एक प्रतिरोध जोड़ सकते हैं। बैकअप सिस्टम में यह महत्वपूर्ण है, और एक माइक्रोकंट्रोलर पर रैम को बनाए रखने के लिए इलेक्ट्रोलाइटिक का लीकेज करंट वर्तमान से बहुत अधिक हो सकता है।

ढांकता हुआ अवशोषण - CDA:

यह आमतौर पर अन्य मापदंडों की तुलना में कम ब्याज है, विशेष रूप से इलेक्ट्रोलाइटिक्स के लिए, जिसके लिए रिसाव वर्तमान प्रभाव को प्रभावित करता है। बड़े सिरेमिक के लिए, आप कल्पना कर सकते हैं कि संधारित्र के साथ समानांतर में एक आरसी सर्किट है। जब संधारित्र को लंबे समय तक चार्ज किया जाता है, तो कल्पना संधारित्र एक प्रभार प्राप्त करता है। यदि संधारित्र को एक संक्षिप्त अवधि के लिए तेजी से छुट्टी दे दी जाती है और बाद में एक खुले सर्किट में लौटा दिया जाता है, तो परजीवी संधारित्र मुख्य संधारित्र को रिचार्ज करना शुरू कर देता है।

समतुल्य श्रृंखला इंडक्शन - ESL:

अब तक, आपको बहुत आश्चर्यचकित नहीं होना चाहिए, अगर सब कुछ कैपेसिटेंस के साथ-साथ नॉनजेरो और नॉन-इनफिनिट रेसिस्टेंस भी हो, तो हर चीज में परजीवी इंडक्शन भी होता है। क्या ये महत्वपूर्ण हैं आवृत्ति का एक कार्य है, जो हमें प्रतिबाधा के विषय की ओर ले जाता है।

हम Z अक्षर से प्रतिबाधा का प्रतिनिधित्व करते हैं। प्रतिबाधा को प्रतिरोध की तरह सोचा जा सकता है, बस आवृत्ति डोमेन में। उसी तरह से जो एक प्रतिरोध DC करंट के प्रवाह को रोकती है, उसी प्रकार एक प्रतिबाधा AC करंट के प्रवाह को बाधित करती है। जैसे प्रतिरोध V / R है, यदि हम समय डोमेन में एकीकृत करते हैं, तो प्रतिबाधा V (t) / I (t) है।

आपको या तो कुछ कैलकुलस करना होगा, या w की आवृत्ति के साथ एक लागू साइनसोइडल वोल्टेज के साथ एक घटक के प्रतिबाधा के बारे में निम्नलिखित दावे खरीदने होंगे:

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

हाँ, रूप में ही है (काल्पनिक संख्या, ), लेकिन इलेक्ट्रॉनिक्स में, आम तौर पर, वर्तमान का प्रतिनिधित्व करता है तो हम का उपयोग । इसके अलावा, पारंपरिक रूप से ग्रीक अक्षर ओमेगा (जो w जैसा दिखता है।) अक्षर 's' एक जटिल आवृत्ति (साइनसॉइडल नहीं) को संदर्भित करता है। i $j$$i$ ij$\sqrt{-1}$$i$$j$$\omega$

हाँ, ठीक है? लेकिन आपको यह विचार मिलता है - जब आप AC सिग्नल लगाते हैं तो एक अवरोधक अपना प्रतिबाधा नहीं बदलता है। एक संधारित्र ने उच्च आवृत्ति के साथ प्रतिबाधा को कम कर दिया है, और यह डीसी में लगभग अनंत है, जिसकी हम उम्मीद करते हैं। एक प्रारंभ करनेवाला ने उच्च आवृत्ति के साथ प्रतिबाधा बढ़ाई है - एक आरएफ चोक के बारे में सोचो जो स्पाइक्स को हटाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

हम श्रृंखला में दो घटकों की प्रतिबाधा को जोड़कर गणना कर सकते हैं। यदि हमारे पास एक प्रारंभ करनेवाला के साथ श्रृंखला में संधारित्र है, तो हमारे पास है:

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

जब हम आवृत्ति बढ़ाते हैं तो क्या होता है? बहुत समय पहले, हमारा घटक एक इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र था, इसलिए हम मान लेंगे कि , से बहुत अधिक है । पहली नज़र में, हम कल्पना करेंगे कि अनुपात नहीं बदलेगा। लेकिन, कुछ तुच्छ (नोट: यह एक सापेक्ष शब्द है) जटिल बीजगणित एक अलग परिणाम दिखाता है:$C$$L$

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

खैर, यह मजेदार था, है ना? इस तरह का काम आप एक बार करते हैं, जवाब याद रखें, और फिर इसके बारे में चिंता न करें। हम आखिरी समीकरण से क्या जानते हैं? पहले मामले पर विचार करें जहां छोटा है, छोटा है, और बड़ा है। हमारे पास, लगभग,$\omega$$L$$C$

$\begin{align*} \frac{(small * small * large - 1) \times j}{small * large} \end{align*}$

जो एक ऋणात्मक संख्या है ( , जो यह व्यावहारिक घटकों के लिए है)। यह रूप में परिचित है - यह एक संधारित्र है!$small * small * large < 1$$Z_C = \frac{-j}{\omega C}$

कैसे के बारे में, दूसरे, अपने मामले (उच्च आवृत्ति इलेक्ट्रोलाइटिक) जहां बड़ा है, छोटा है, और बड़ा है। हमारे पास, लगभग,$\omega$$L$$C$

$\begin{align*} \frac{(large * small * large - 1) \times j}{small * large} \end{align*}$

जो एक सकारात्मक संख्या है ( मानते हुए )। यह रूप में परिचित है - यह एक प्रारंभ करनेवाला है!$large * small * large > 1$$Z_L = j \omega L$

क्या होगा अगर ? फिर प्रतिबाधा शून्य है!?!? हाँ! इसे अनुनाद आवृत्ति कहा जाता है - यह आपके प्रश्न में दिखाए गए वक्र के नीचे स्थित बिंदु है। यह वास्तव में शून्य क्यों नहीं है? ईएसआर की वजह से। टीएल, डीआर: अजीब सामान तब होता है जब आप आवृत्ति को बहुत बढ़ाते हैं। अपने ICs को डिकूप करने के लिए हमेशा निर्माताओं की डेटशीट का पालन करें, और एक अच्छी पाठ्यपुस्तक प्राप्त करें या यदि आपको उच्च गति का सामान करने की आवश्यकता हो तो एक क्लास लें।$\omega^2 LC = 1$

Comments

"प्रतिबाधा प्रतिरोध की तरह सोचा जा सकता है, बस आवृत्ति डोमेन में।" अधिक सटीक रूप से, प्रतिरोध प्रतिबाधा का सबसेट है। प्रतिबाधा एक घटक या सबक्रिस्किट के प्रतिरोध और प्रतिक्रिया का संयोजन है। शायद हमारे पास "क्या प्रतिबाधा है" सवाल होना चाहिए। : डी

— एंडोलिथ

महाकाव्य प्रतिक्रिया ...

— vicatcu

काल्पनिक संख्याएं केवल एक उपकरण हैं जो अंतर समाकलन वाले इंटीग्रल समीकरणों से बचने के लिए हैं; वे बीजगणित में कैलकुलस बनाने का काम करते हैं :)

— vicatcu

... जटिल बीजगणित में कैलकुलस बनाते हैं । फ्राइंग पैन से बाहर और आग में।

— केविन वर्मेयर

यह बहुत पुरानी खबर है, लेकिन आपको से कैसे मिलेगा ? क्या यह नहीं होना चाहिए ? $Z_C+Z_L$$1/(j\omega{}C + j\omega{}L)$$\frac{1}{j\omega{}C} + j\omega{}L$

— फोटॉन

Answer 2

प्रतिबाधा मीटर (HP / Venable) तक पहुंच रखने वाला कोई भी व्यक्ति आपको आसानी से बता सकता है कि इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर निश्चित रूप से उच्च आवृत्तियों पर आगमनात्मक हो जाते हैं।

यह इस कारण का कारण है कि आप उच्च-आवृत्ति डीसी-डीसी कन्वर्टर्स में उपयोग किए जाने वाले बहुत सारे सिरेमिक कैपेसिटर देखते हैं - इलेक्ट्रोलाइटिक्स बस सैकड़ों किलोहर्ट्ज़ / मेगाहर्ट्ज़ में अच्छे नहीं हैं।

यह इसलिए भी है क्योंकि 100nF - 1uF से सिरेमिक कैपेसिटर आमतौर पर आईसी डिकॉउलर के रूप में उपयोग किए जाते हैं - एक इलेक्ट्रोलाइटिक अपने उच्च आवृत्ति प्रतिबाधा के कारण एक छोटे सिरेमिक को हरा नहीं सकता है।

Answer 3

सवाल यह नहीं था कि "यदि लिक्टिक्स आगमनात्मक हैं", लेकिन क्यों? यह काफी एक पहेली है, लेकिन ठोस राज्य रसायन विज्ञान के लिए सिरेमिक कैप्स भूखंडों की तुलना एक सुराग दे सकती है, कि कुछ केवल लिटिकल कैप्स के लिए विशेष है। तो सवाल रसायन शास्त्र का है, इलेक्ट्रॉनिक्स का नहीं।

उच्च आवृत्तियों पर न्यूनतम तक पहुंचने के बाद प्रतिबाधा की वृद्धि बड़े आयनों या ध्रुवीकृत अणुओं के चार्ज किए गए द्रव्यमान (घूर्णन / विस्थापित) के रूप में संचित ऊर्जा के कारण होती है। समाधान में प्रत्येक अणु कई गुंजयमान आवृत्तियों के पास तेज चरण भूखंड के साथ गुंजयमान यंत्रों (न केवल अधिष्ठापन) के समूह की तरह काम कर रहा है।

कुछ मेगाहर्ट्ज की सीमा में शुद्ध पानी और धातु आयनों के लिए प्रतिबाधा माप के बारे में दिलचस्प अध्ययन है।

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

Comments

o_O क्या आप सुनिश्चित हैं कि यह सिर्फ कैप के ज्यामिति से नहीं है? प्लेटें एक सर्पिल आदि में

— लुढ़कीं

हाँ मैं निश्चित हूँ। प्लेटों पर विचार करें, दो सर्पिल होने के नाते, बिल्कुल विपरीत धाराओं और गाढ़ा होता है, इसलिए दोनों प्लेट-कॉइल एक ही चुंबकीय क्षेत्र को साझा कर रहे हैं। मैं इसे बहुत कम रिसाव प्रेरण (साधारण ऑटोट्रांसफॉर्मर से भी बेहतर) के साथ एक ऑटोट्रांसफॉर्मर 1: 1 बनाता है। मैं विशेषता को प्रभाव का 10% आयन निष्क्रियता को आराम कर सकता हूं।

Answer 4

कुंजी यह है कि इनमें एक रोल का रूप है, जो एक कुंडली के समान है, अर्थात वर्तमान प्रवाह हलकों में है। यह अपेक्षाकृत उच्च प्रेरण का कारण बनता है।

अन्य कैपेसिटर में एक छिद्रपूर्ण सामग्री (टैंटल, सुपरकैप) पर शीट (सिरेमिक) या दो सतहों के रूप होते हैं, इसलिए वे इस प्रभाव को नहीं दिखाते हैं।

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मुझे लगता है कि इस मुद्दे से बहुत कम लेना-देना है। यह इलेक्ट्रोलाइटिक्स के लिए भी एक समस्या है जो परतें हैं (देखें vishay.com/docs/28356/intro.pdf )

— केविन

सब कुछ में इंडक्शन होता है, लेकिन कॉइल्स में फोल्डेड लेयर्स की तुलना में अधिक इंडक्शन होता है, इसलिए परजीवी इंडक्शन बड़ा होगा, और कॉइल्ड कैपेसिटर का इंडक्शन फोल्डेड लेयर्स के साथ कम आवृत्तियों पर ले जाएगा?

— एंडोलिथ

@reemrevnivek दिलचस्प दस्तावेज़, हालांकि ESL पर कोई हार्ड नंबर नहीं हैं। वे ईएसआर और ईएसएल को कम करने के लिए कई तरकीबों का इस्तेमाल करते दिखते हैं, जैसे कि रोल के किनारे सभी परतों को एक साथ जोड़ना, या रोल के मध्य से जुड़ना, ताकि चुंबकीय क्षेत्र रद्द हो जाएं।

— starblue

Answer 5

शांत प्रश्न - आम तौर पर कैपेसिटेंस सी के साथ संधारित्र बोलने से परिमाण 1 / (2 * pi * f * C), fwiw के साथ एक जटिल बाधा होती है। इसलिए उच्च आवृत्तियों पर एक संधारित्र को शॉर्ट सर्किट (यानी 0 ओम) जैसा माना जाता है। मैं इस तर्क से अपरिचित हूं कि वे एक प्रारंभ करनेवाला की तरह काम करना शुरू कर देते हैं (जिसका अर्थ है कि कुछ बिंदु पर आवृत्ति के साथ बाधा बढ़नी शुरू हो जाती है, क्योंकि आकार के प्रारंभ करनेवाला L का परिमाण 2 * pi * L * के साथ एक जटिल बाधा है। ... मुझे लगता है कि मैं वास्तव में इसे नहीं खरीदता, लेकिन मेरे पास इसके लिए कोई आधार नहीं है।

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खैर, सभी घटक कुछ परिस्थितियों में अपने आदर्शित संस्करणों से अलग व्यवहार करते हैं। उदाहरण के लिए, वास्तविक प्रवर्तकों में डीसी प्रतिरोध नहीं होता है, जबकि आदर्श प्रेरक प्रेरक होते हैं।

— एंडोलिथ

+1 के लिए "मैं वास्तव में इसे नहीं खरीदता।" मैंने अपने एनालॉग सर्किट डिजाइन वर्ग के पहले तीन महीनों के लिए यह सोचा। फिर भी कभी-कभी करते हैं। "काल्पनिक संख्या! वास्तविक हो जाओ!" मुझे यह बताना चाहिए कि मैंने रेडियंस में आवृत्ति का उपयोग किया था, जबकि आपने एक ही उद्देश्य के लिए 2pi * f का उपयोग किया था।

— केविन वर्मर

@reemrevnivek, निश्चित रूप से और उन लोगों के लिए जो ओमेगा = 2 * पी * एफ नहीं जानते हैं, यह जानना अच्छा रूपांतरण है; जहाँ ओमेगा रेडियन में निर्दिष्ट "कोणीय आवृत्ति" है, और hz में f को मापा जाता है।

— vicatcu

Answer 6

एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक्स में फिल्स जिस तरह से फिल्माए जाते हैं, वैसा फील नहीं होता है। इससे इंडक्शन हाई करना है। हालांकि, हमेशा विशेष होते हैं, तो कौन जानता है?