Analisi delle caratteristiche di impedenza del condensatore e di frequenza ESR

1. Introduzione
Le caratteristiche di frequenza dell'impedenza di un condensatore (| z |) e della resistenza delle serie equivalenti (ESR) sono fondamentali per valutare le sue prestazioni nella progettazione del circuito, in particolare nella soppressione del rumore e nella stabilizzazione della tensione. Questo articolo spiega sistematicamente queste caratteristiche confrontando i condensatori ideali e reali, supportati da formule e grafici.

2. Comportamento del condensatore ideale
L'impedenza di un condensatore ideale è puramente capacitiva:

dove ω è frequenza angolare e capacità cis. Come mostrato nella Figura 1, ∣zdecreases inversamente con la frequenza (Figura 2) e ESR è zero (nessuna perdita).

3. Comportamento del condensatore reale
I condensatori reali mostrano effetti parassiti (Figura 3):

ESR: Causato da perdita dielettrica e resistenza agli elettrodi.
ESL: Induttanza parassita da elettrodi o cavi.
La loro risposta in frequenza segue una curva a V (Figura 4):

Range a bassa frequenza (regione capacitiva) : ∣z∣ = 1/ωc, ESR dominato dalla perdita dielettrica.
Punto di risonanza : ∣z∣reaches minimo (∣z∣ = esr), definendo la frequenza di auto-risonante.
Gamma ad alta frequenza (regione induttiva) : ∣z∣ = ωl, ESR influenzato dall'effetto cutaneo.

4. Confronto dei tipi di condensatori
Per condensatori da 10μF (Figura 5):

Elettrolitico in alluminio: Elevato ESR ad alte frequenze (a causa della resistività degli elettroliti).
Ceramica multistrato: Eccellenti prestazioni ad alta frequenza con bassa ESR.
Condensatori cinematografici: Basso ESL, ideale per applicazioni ad alta frequenza.

5. Conclusione
Nei circuiti ad alta frequenza, ESR ed ESL devono essere attentamente considerati. I progettisti devono selezionare condensatori in base ai requisiti di frequenza, come la ceramica multistrato per il disaccoppiamento ed elettrolitici in alluminio per il filtro a bassa frequenza.