Al investigar un poco en la selección de condensadores para aplicaciones de alta frecuencia, surge mucho el concepto de inductancia en serie equivalente. Aparentemente, todos los condensadores tienen esta inductancia parásita que aparece en serie con la capacitancia del componente. Si el ESL es alto, en altas frecuencias, esta reactancia inductiva puede incluso cancelar la reactancia capacitiva, y la tapa esencialmente actúa como una resistencia que bloquea la CC.
Pero, ¿por qué es tan importante el ESL? Claro, las tapas tienen cables, pero me imagino que el resto del circuito tiene mucho más cable y, por lo tanto, una inductancia parasitaria mucho mayor, lo que sería un problema mucho mayor que los cables de componentes cortos. De lo contrario, las tapas son solo placas con un dieléctrico en el medio, entonces, ¿qué hay en ellas que nos hace preocuparnos tanto por ESL?
Cuando se trata de condensadores electrolíticos, encontré una explicación: se explicó que, dado que la tapa es básicamente una pieza larga de lámina enrollada, definitivamente hay mucha inductancia ya que el rollo de lámina actúa como una bobina. Pero no creo que esto tenga sentido en absoluto: ¡no es como los viajes actuales a lo largo del florete! La corriente acumula un campo eléctrico en una lámina, que nuevamente produce una corriente en la otra lámina. Pero este campo aparece a través de las láminas, no a lo largo de él, por lo que esta explicación no tiene sentido para mí.
Entonces, ¿podría alguien explicarme este fenómeno, preferiblemente en el contexto de los condensadores cerámicos y electrolíticos?
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Respuestas:
Descargo de responsabilidad: si bien aprecio que OP haya aceptado mi respuesta, en lugar de la respuesta (actualmente) más votada de Peter Smith, asegúrese de leer también la suya, ya que es muy clara y útil. ¡haga clic aquí!
Las tapas de cerámica y las tapas electrolíticas tienen características muy diferentes, y se utilizan para cosas muy diferentes.
Las tapas de cerámica tienen un ESL muy bajo, generalmente unos pocos pH 100 para un paquete razonablemente pequeño y moderno. Un casquillo electrolítico ESL es mucho más grande que eso.
De manera similar, la capacidad de una tapa de cerámica es mucho más baja que una tapa electrolítica.
Esos dos hechos juntos conducen a una gran diferencia en la frecuencia de resonancia del límite. Una tapa electrolítica resuena a unos pocos 100 Hz, mientras que una buena cerámica resuena a unos pocos MHz.
Las tapas electrolíticas generalmente se usan cuando se manejan frecuencias bajas, como el suavizado de la fuente de alimentación o la aplicación de audio.
La cerámica se usa donde no se puede comprometer la respuesta de frecuencia, por lo que para los filtros de alta frecuencia o para filtrar el suministro de un dispositivo digital de alta frecuencia, como un microcontrolador.
Como usted dice, el circuito está hecho de cables, generalmente más largos que los cables de la tapa. Esto es cierto, y es por eso que una tapa de cerámica generalmente se coloca a unos pocos mm del punto que debe filtrar / suministrar. Unos pocos mm en una PCB, dependiendo del ancho de la pista, son fácilmente unos 100 pH de inductancia, por lo que está duplicando lo que proporciona la tapa.
A altas frecuencias, la tapa no actúa como resistencia, sino como inductor, y su impedancia crece con la frecuencia.
Sobre el origen de la inductancia, no estoy seguro de si es posible obtener una respuesta intuitivamente satisfactoria. Dices que la corriente no viaja a través de las láminas, pero esto no es cierto. Tienen el mismo potencial y la corriente no viaja a lo largo de ellos solo en DC. ¿Qué pasa a 1 MHz? ¿Y 1 GHz? Cierta corriente seguramente fluye también a través de las láminas.
Las cerámicas son mucho mejores, están construidas como un doble peine:
De esta manera, el "camino más largo" es mucho más corto, por lo tanto, la inductancia parásita es mucho menor. Si observa ESL para cerámica, verá que la cifra depende casi solo del tamaño del paquete, cuanto más pequeño es el paquete, menor es el ESL.
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Cuando la corriente fluye, hay por definición un campo magnético a su alrededor. Esto conduce a la autoinducción de cualquier conductor con una corriente variable.
Como un condensador es de baja impedancia en CA (la cantidad precisa depende de la frecuencia, por supuesto), entonces un condensador real se ve así:
C1 es el condensador nominal, R1 es la resistencia en serie equivalente , L1 es la inductancia en serie equivalente y R2 es la resistencia a las fugas.
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
Notará que ahora tenemos un circuito resonante en serie amortiguado; por debajo de la resonancia propia es capacitiva, en la resonancia es resistiva y por encima es inductiva.
El valor de ESL depende tanto de los materiales como del tamaño del dispositivo; para un dispositivo de geometría inversa en un paquete de montaje en superficie 0204, puede ser tan bajo como 300pH; una cerámica de montaje en superficie 0402 típica es de aproximadamente 680pH.
Para dispositivos de desacoplamiento y acoplamiento, esto es importante en un mundo de alta velocidad.
Hagamos un cálculo rápido. Si estoy desacoplando un dispositivo que tiene velocidades de conmutación internas de 200 picosegundos (nada raro y tiene artefactos de frecuencia a 2.5GHz) y uso un dispositivo 0402 0.1uF, entonces la impedancia real es de aproximadamente 4.3 ohmios y es inductiva .
Lo leíste correctamente; El condensador ahora está actuando como un inductor.
ESL de montaje en superficie típicos:
0402 680pH: 0603 aproximadamente 900pH: 0805 aproximadamente 1.2nH
Una pista de 1 pulgada a 4 mil (bastante común) tiene aproximadamente 5 nH de inductancia, como referencia. Esta es la razón por la cual los dispositivos de desacoplamiento deben estar tan cerca del pin de alimentación real que se desacopla. Es muy posible que no exista un dispositivo que esté a tan solo 1/2 pulgada de distancia en estas frecuencias.
La inductancia para una traza de PCB supone que está sobre un plano; el valor exacto variará según la distancia al avión (porque afecta la ruta de retorno total y el tiempo de ida y vuelta). He encontrado que el valor anterior es un buen punto de partida (conservador) para los diseños de PCB. La inductancia real depende específicamente de la distancia total de la ruta de corriente para el bucle.
Entonces, ¿la razón de ESL? Física.
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