Русская Википедия:Эквивалентное последовательное сопротивление
Эквивале́нтное после́довательное сопротивле́ние (сокр.: ЭПС; англ.: ESR: Шаблон:Lang-en) — внутреннее сопротивление электрического конденсатора.
Эквивалентное последовательное сопротивление (Rs) обусловлено главным образом электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контактов между ними, а также учитывает потери в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор, вследствие поверхностного эффекта.
Обзор
Теория электрических цепей имеет дело с 'идеальными' резисторами, конденсаторами и катушками индуктивности, каждый из которых, как предполагается, вносит в схему только сопротивление, ёмкость или индуктивность. Однако, все компоненты имеют ненулевое значение каждого из этих параметров. В частности, все физические устройства изготовлены из материалов с конечным электрическим сопротивлением, так что физические компоненты обладают некоторым сопротивлением в дополнение к своим другим свойствам. Физическое происхождение ЭПС зависит от рассматриваемого устройства. Один из способов справиться с этими внутренними сопротивлениями при анализе схем — использовать модель сосредоточенных элементов, чтобы представить каждый физический компонент в виде комбинации идеального компонента и небольшого последовательного резистора, ESR. ESR может быть измерен и включён в техническое описание компонента. В какой-то степени, это можно рассчитать по свойствам устройства.
Добротность, которая связана с ESR и иногда является более удобным параметром, чем ESR, для использования при расчетах высокочастотных неидеальных характеристик реальных катушек индуктивности, указана в технических паспортах катушек индуктивности.
Конденсаторы, катушки индуктивности и резисторы обычно сконструированы таким образом, чтобы свести к минимуму другие параметры. Во многих случаях это может быть сделано в достаточной степени, чтобы паразитная ёмкость и индуктивность резистора, например, были настолько малы, что не влияли на работу схемы. Однако, при некоторых обстоятельствах 'паразитные' параметры становятся важными и даже доминирующими.
Критичность параметра
В большинстве практических случаев этим параметром можно пренебречь, но иногда (например, в случае использования электролитических конденсаторов в фильтрах импульсных блоков питания) достаточно малое его значение существенно для надёжности и устойчивости работы устройства. В электролитических конденсаторах, где один из электродов является электролитом, этот параметр при эксплуатации со временем деградирует вследствие испарения растворителя из жидкого электролита и изменения его химического состава, вызванного взаимодействием с металлическими обкладками, что происходит относительно быстро в низкокачественных изделиях («конденсаторная чума»).
Некоторые схемы (например, стабилизаторы напряжения) критичны к диапазону изменения ЭПС конденсаторов в своих цепях. Это связано с тем, что при проектировании таких устройств инженеры учитывают этот параметр в фазочастотной характеристике (ФЧХ) обратной связи стабилизатора. Существенное изменение со временем ЭПС применённых конденсаторов изменяет ФЧХ, что может привести к снижению запаса устойчивости контуров авторегулирования и даже к самовозбуждению.
Измерениe
Существуют специальные приборы (Шаблон:Нп5) для измерения этого достаточно важного параметра конденсатора, по которому можно часто определить пригодность его дальнейшего использования в определённых целях. Этот параметр, кроме ёмкости (ёмкость — это основной параметр), часто имеет решающее значение в исследовании состояния старого конденсатора и принятия решения, стоит ли использовать его в определённой схеме или он прогнозируемо выйдет за пределы допустимых отклонений.
Значение ESR конденсаторов, превышающих примерно 1 мкФ, легко измеряется в цепи с помощью измерителя ESR.
Конденсаторы
В неэлектролитическом конденсаторе и электролитических конденсаторах с твердым электролитом металлическое сопротивление выводов и электродов и потери в диэлектрике вызывают ЭПC. Обычно указанные значения ESR для керамических конденсаторов составляют от 0,01 до 0,1 Ом. ЭПC неэлектролитических конденсаторов, как правило, довольно стабилен с течением времени; для большинства целей реальные неэлектролитические конденсаторы можно рассматривать как идеальные компоненты.
Алюминиевые и танталовые электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом имеют значительно более высокие значения ESR, вплоть до нескольких Ом; электролиты большей емкости имеют более низкое ESR. ЭПC уменьшается с увеличением частоты вплоть до частоты собственного резонанса конденсатора. Очень серьёзная проблема, особенно с алюминиевыми электролитами, заключается в том, что ЭПC увеличивается со временем использования; ЭПC может увеличиться настолько, что приведёт к неисправности цепи и даже повреждению компонентов, хотя измеренная ёмкость может оставаться в пределах инженерного допуска. В то время, как это происходит при нормальном старении, высокие температуры и большие пульсирующие токи усугубляют проблему. В цепи со значительными пульсациями тока, увеличение ESR приведет к увеличению накопления тепла, тем самым ускоряя старение элемента.
Электролитические конденсаторы, рассчитанные на работу при высоких температурах и имеющие более высокое качество, чем основные детали потребительского класса, менее подвержены преждевременному выходу из строя из-за увеличения ЭПС. Дешёвый электролитический конденсатор может быть рассчитан на срок службы менее 1000 часов при температуре 85 °C. (год составляет 8760 часов). Детали более высокого качества обычно рассчитаны на срок службы в несколько тысяч часов при максимальной номинальной температуре, как видно из технических описаний производителей. Если ESR имеет решающее значение, может оказаться выгодным использование детали с более высокой номинальной температурой, «низким ESR» или большей емкостью, чем требуется. Стандарта для номинала конденсатора «низкий ESR» не существует.
Полимерные конденсаторы обычно имеют более низкое ЭПС, чем конденсаторы с мокрым электролитом того же значения, и стабильны при различной температуре. Следовательно, полимерные конденсаторы могут выдерживать более высокие пульсации тока. Примерно с 2007 года в компьютерных материнских платах более высокого качества стало обычным использовать только полимерные конденсаторы там, где ранее применялся 'мокрый' электролит[1].
Типичные значения ESR для конденсаторов
| Type | 22Шаблон:NbspµF | 100Шаблон:NbspµF | 470Шаблон:NbspµF |
|---|---|---|---|
| Standard aluminum | 7–30Шаблон:NbspΩ | 2–7Шаблон:NbspΩ | 0.13–1.5Шаблон:NbspΩ |
| Low-ESR aluminum | 1–5Шаблон:NbspΩ | 0.3–1.6Шаблон:NbspΩ | |
| Solid aluminum | 0.2–0.5Шаблон:NbspΩ | ||
| Sanyo OS-CON | 0.04–0.07Шаблон:NbspΩ | 0.03–0.06Шаблон:NbspΩ | |
| Standard solid tantalum | 1.1–2.5Шаблон:NbspΩ | 0.9–1.5Шаблон:NbspΩ | |
| Low-ESR tantalum | 0.2–1Шаблон:NbspΩ | 0.08–0.4Шаблон:NbspΩ | |
| Wet-foil tantalum | 2.5–3.5Шаблон:NbspΩ | 1.8–3.9Шаблон:NbspΩ | |
| Stacked-foil film | < 0.015Шаблон:NbspΩ | ||
| Ceramic | < 0.015Шаблон:NbspΩ |
См. также
- Электрический конденсатор#Эквивалентное последовательное сопротивление — Rs
- Шаблон:Нп5
- Твердотельный конденсатор
- Конденсаторная чума
Примечания
Ссылки
- Эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора // Что такое ESR (ЭПС)?
- Determining the Equivalent Series Resistance (ESR) of Capacitors
- Application note of ESR of capacitors
- "Capacitors: Equivalent Series Resistance (ESR)", General Atomics Engineering Bulletin, pp. 2–9
- ESR Calculator
- ESR конденсатора.
