端末

コンデンサのインピーダンス-周波数曲線を理解する方法



How Understand Impedance Frequency Curve Capacitor



ステーションBのビデオ説明： https://www.bilibili.com/video/BV1vz4y197kP?p=3

今日は、コンデンサのインピーダンス周波数曲線について説明します。まず第一に、なぜこれについて話すのですか？これは非常に重要であり、コンデンサを使用するための大きな指針となる重要性があるためです。



静電容量インピーダンス- 頻度グラフ



上の図は、コンデンサの代表的なインピーダンス周波数曲線です。なぜそれが非常に重要なのですか？まず第一に、それは非常に直感的です。横軸は周波数、縦軸はインピーダンスです。各周波数ポイントでのコンデンサの総インピーダンスを明確に確認できます。また、どの周波数ポイントで共振し、ESRが何であるかを知ることもできます。そして、これらの内容は、コンデンサを選択するときに理解しなければならないすべてです。

グラフのソース

では、なぜ静電容量曲線がこのようになっているのでしょうか。これは、静電容量が理想的ではなく、単純化されたモデルで表すことができる寄生パラメータがあるためです。



ESRは等価直列抵抗、ESLは等価直列インダクタンス、Cは理想的な静電容量です。したがって、実際のコンデンサのインピーダンスは数式で表すことができます。

この式の曲線を描きます。これは単なる曲線です。

周波数が非常に低い場合、誘導性リアクタンスは容量性リアクタンスよりもはるかに小さく、複素インピーダンスの位相は負の値であり、電流が電圧よりも進んでいることを示しています。これは典型的なコンデンサの充電特性なので、コンデンサは主に低周波数で容量性です。

高周波では、誘導性リアクタンスは容量性リアクタンスよりもはるかに大きく、複素インピーダンスの位相は正の値です。これは、電圧が電流よりも進んでおり、電圧が印加されたときのインダクタの典型的な動作であることを示しています。したがって、コンデンサは高周波で誘導特性を示します。

共振時には、容量性リアクタンスと誘導性リアクタンスはゼロです。このとき、コンデンサの総インピーダンスは最小で、複素インピーダンスの位相は0であり、純粋な抵抗特性を示しています。この点がコンデンサの自己共振周波数です。共振周波数の左側では、コンデンサは主に容量性であり、共振周波数の右側では、コンデンサは主に誘導性です。

フィルタコンデンサの選び方

コンデンサの最も広範な使用法はフィルタリングですが、曲線に基づいてコンデンサを選択するにはどうすればよいですか？実は最も低いインピーダンスを選択してください。

インピーダンス曲線全体が大きなV字型であり、共振周波数点付近のインピーダンスのみが比較的低いことがわかっています。したがって、実際のデカップリングコンデンサには特定の動作周波数範囲があります。共振周波数の近くでのみ、コンデンサは優れたデカップリング効果を発揮します。

周波数が共振周波数より少し高いと、コンデンサは誘導性になり、コンデンサではなくなるため、ノイズの周波数をコンデンサの共振周波数より高くすることはできないと考える人もいるかもしれません。これは実際には間違っています、デカップリングは、低インピーダンス、低インピーダンスを選択することです。コンデンサで発生する電圧変動は小さく、つまり、ノイズは小さくなります。。

従来型MLCC セラミックコンデンサの曲線

従来のMLCCセラミックコンデンサのグラフをご覧ください。静電容量が異なれば曲線も異なることがわかります。大容量ESRは小文字で、共振周波数は低く、低周波数は主にフィルタリングされます。容量の小さいESRは大きく、共振周波数は高く、主に高周波をフィルタリングします。

フィルタリングを組み合わせる2つの方法

実際の回路では、デカップリングする必要のある周波数範囲が広くなるため、1つのコンデンサでそれを取得できないので、どうすればよいでしょうか。多くの場合、それを解決するには2つの方法があります。1つは、大きなコンデンサを小さなコンデンサと並列に使用することです。、もう1つは使用することです複数の同一コンデンサを並列に。では、これら2つの方法の効果は何ですか？

まず、大小のコンデンサの並列接続を見てください。 2つの大小のコンデンサには、独自の共振周波数f1とf2があります。

周波数が比較的低い場合、両方のコンデンサが容量性になります。周波数が比較的高い場合、両方のコンデンサは誘導性です。並列化後、全体的なインピーダンス曲線は元の変化傾向を維持します。したがって、値はどのコンデンサよりも大きくなります。

ただし、周波数がf1より大きくf2より小さい場合、大きな静電容量は誘導性であり、小さな静電容量は容量性です。この2つは、インダクタンスとコンデンサが並列に接続されているように並列に接続され、LC並列共振回路を形成し、特定の周波数ポイントで並列化が発生します。共振、ここでは大きなインピーダンスになります。ロードチップの電流需要がこの周波数で正確に低下すると、電圧変動が標準を超えます。したがって、コンデンサのマッチング状況を選択する必要があります。

同じコンデンサを並列に接続した場合を見てみましょう。 n個の同じコンデンサが並列に接続されています。共振周波数は単一のコンデンサと同じですが、共振点でのインピーダンスは元のインピーダンスの1分の1です。したがって、複数の同じコンデンサを並列に接続した後、インピーダンス曲線全体の形状は同じままですが、各周波数ポイントでの全体的なインピーダンスは小さくなります。

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