Apa yang sebenarnya menyebabkan induktansi seri kapasitor?

Melakukan riset dalam memilih kapasitor untuk aplikasi frekuensi tinggi, konsep induktansi seri ekuivalen banyak muncul. Rupanya semua kapasitor memiliki induktansi parasit yang muncul secara seri dengan kapasitansi komponen. Jika ESL tinggi, dalam frekuensi tinggi reaktansi induktif ini bahkan dapat membatalkan reaktansi kapasitif, dan tutup dasarnya bertindak sebagai resistor yang menghalangi DC.

Tetapi mengapa ESL begitu penting? Tentu, topi memiliki kabel, tetapi saya akan membayangkan sisa rangkaian memiliki lebih banyak kawat dan karenanya induktansi parasit yang jauh lebih tinggi yang akan menjadi masalah yang jauh lebih besar daripada komponen pendek. Kalau tidak, topi hanya piring dengan dielektrik di antara keduanya, jadi apa tentang mereka yang membuat kita begitu khawatir tentang ESL?

Ketika datang ke kapasitor elektrolitik, saya menemukan satu penjelasan: Dijelaskan bahwa topi pada dasarnya adalah sepotong panjang dari gulungan aluminium, pasti ada banyak induktansi karena gulungan kertas bertindak seperti gulungan. Tapi saya tidak berpikir ini masuk akal sama sekali: Ini tidak seperti perjalanan saat ini di sepanjang foil! Arus membangun medan listrik dalam satu foil, yang lagi-lagi menghasilkan arus di foil lainnya. Tetapi bidang ini muncul di seberang foil, tidak sepanjang itu, jadi penjelasan ini tidak masuk akal bagi saya.

Jadi, bisakah seseorang menjelaskan fenomena ini kepada saya, lebih disukai dalam konteks kapasitor keramik dan elektrolit?

Penafian: sementara saya menghargai OP telah menerima jawaban saya, sebagai pengganti dari (saat ini) jawaban yang paling banyak dipilih dari Peter Smith, harap pastikan untuk juga membacanya, karena sangat jelas dan membantu. klik disini!

Tutup keramik dan tutup elektrolitik memiliki karakteristik yang sangat berbeda, dan digunakan untuk hal-hal yang sangat berbeda.

Tutup keramik memiliki ESL yang sangat rendah, biasanya beberapa pH 100 untuk paket modern yang cukup kecil. Tutup elektrolit ESL jauh lebih besar dari itu.

Dengan cara yang sama, kapasitansi tutup keramik jauh lebih rendah dari tutup elektrolit.

Kedua fakta itu disatukan menyebabkan perbedaan yang sangat besar dalam frekuensi resonansi tutup. Tutup elektrolit beresonansi pada beberapa 100 Hz, sementara keramik yang baik beresonansi pada beberapa MHz.

Tutup elektrolit biasanya digunakan ketika Anda berurusan dengan frekuensi rendah, seperti penghalusan catu daya atau aplikasi audio.

Keramik digunakan di mana Anda tidak dapat berkompromi pada respons frekuensi, jadi untuk filter frekuensi tinggi, atau untuk menyaring pasokan perangkat digital frekuensi tinggi seperti pengontrol mikro.

Seperti yang Anda katakan, sirkuit terbuat dari kabel, biasanya lebih panjang dari tutup kapnya. Ini benar, dan itulah sebabnya tutup keramik biasanya ditempatkan beberapa mm dari titik yang harus disaring / disediakan. Beberapa mm pada PCB, tergantung pada lebar lintasan, dengan mudah beberapa induktansi 100 pH, jadi Anda menggandakan apa yang disediakan penutup.

Pada frekuensi tinggi, tutup tidak bertindak sebagai hambatan, tetapi lebih sebagai induktor, dan impedansinya tumbuh dengan frekuensi.

Tentang dari mana induktansi berasal, saya tidak yakin apakah mungkin untuk mendapatkan jawaban yang memuaskan secara intuitif. Anda mengatakan saat ini tidak melakukan perjalanan melintasi foil, tetapi ini tidak benar. Mereka berada pada potensi yang sama dan saat ini tidak berjalan bersama mereka hanya di DC. Apa yang terjadi pada 1 MHz? Dan 1 GHz? Beberapa arus pasti mengalir juga melalui foil.

Keramik jauh lebih baik, mereka dibangun seperti sisir ganda:

tautan ke sumber

Dengan cara ini, "jalan terpanjang" jauh lebih pendek, sehingga induktansi parasit jauh lebih rendah. Jika Anda melihat ESL untuk keramik, Anda akan menemukan bahwa angka tersebut tergantung hampir hanya pada ukuran paket, semakin kecil paketnya, semakin rendah ESL.

Ketika arus mengalir, ada definisi medan magnet di sekitarnya. Ini mengarah ke induktansi diri untuk setiap konduktor dengan arus yang bervariasi.

Karena kapasitor adalah impedansi rendah pada AC (jumlah yang tepat tergantung pada frekuensi tentu saja) maka kapasitor nyata terlihat seperti ini:

C1 adalah kapasitor nominal, R1 adalah resistansi seri ekuivalen , L1 adalah induktansi seri ekuivalen dan R2 adalah resistansi kebocoran.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Anda akan perhatikan bahwa kami sekarang memiliki rangkaian resonan seri teredam; di bawah resonansi diri itu adalah kapasitif, pada resonansi itu resistif dan di atas itu induktif.

Nilai ESL tergantung pada bahan dan ukuran perangkat; untuk perangkat geometri terbalik dalam paket pemasangan permukaan 0204 mungkin serendah 300pH; permukaan mount keramik 0402 khas adalah sekitar 680pH.

Untuk perangkat decoupling dan coupling ini penting dalam dunia kecepatan tinggi.

Mari kita lakukan perhitungan cepat. Jika saya memisahkan alat yang memiliki tingkat switching internal 200 picoseconds (sama sekali tidak umum dan memiliki frekuensi artefak di 2.5GHz) dan saya menggunakan perangkat 0402 0.1uF, maka impedansi aktual sekitar 4.3 ohm dan induktif .

Anda memang membacanya dengan benar; kapasitor sekarang bertindak sebagai induktor.

Permukaan khas mount ESL:

0402 680pH: 0603 tentang 900pH: 0805 tentang 1.2nH

Track 1 inci pada 4 thou (sangat umum) memiliki sekitar 5nH induktansi, untuk referensi. Inilah alasan mengapa perangkat decoupling harus sangat dekat dengan pin daya aktual yang dipisahkan. Perangkat yang hanya sekecil ½ inci pada frekuensi ini mungkin juga tidak ada.

Induktansi untuk jejak PCB mengasumsikan itu di atas pesawat; nilai presisi akan bervariasi berdasarkan jarak ke pesawat (karena hal itu berdampak pada total jalur pulang dan waktu pulang pergi). Saya telah menemukan nilai di atas sebagai titik awal yang baik (konservatif) untuk desain PCB. Induktansi aktual secara khusus tergantung pada total jarak jalur arus untuk loop.

Jadi alasan ESL? Fisika.