Конденсаторы: заблуждения и руководство по выбору

Конденсатор, также известный как «емкость», определяет величину электрического заряда, хранящегося при заданной разнице потенциалов, обозначаемой как C , при этом международной единицей измерения является фарад (Ф) .
В общем случае заряды движутся под действием электрического поля. Диэлектрик между проводниками препятствует движению зарядов, что приводит к их накоплению на проводниках. Величина накопленного заряда называется ёмкостью.

Итак, какие распространённые заблуждения существуют при использовании конденсаторов и как их следует выбирать?

Четыре заблуждения о конденсаторах

1. Чем больше емкость, тем лучше.

Многие предпочитают заменять конденсаторы на конденсаторы большей ёмкости. Хотя более высокая ёмкость действительно обеспечивает более эффективную компенсацию тока для микросхем, есть и недостатки: большие габариты, более высокая стоимость, а также ухудшение воздушного потока и рассеивания тепла.

Что ещё важнее, конденсаторы обладают паразитной индуктивностью. Разрядный контур конденсатора резонирует на определённой частоте. В точке резонанса импеданс конденсатора мал, и его способность отдавать ток оптимальна. Однако, как только частота превышает точку резонанса, импеданс возрастает, и токопроводящая способность уменьшается.

Чем больше значение ёмкости, тем ниже резонансная частота, что сужает эффективный диапазон частот для компенсации тока. Поэтому утверждение «чем больше, тем лучше» неверно. Схемотехнические решения обычно ориентируются на определённые опорные значения.

2. Чем больше маленьких конденсаторов параллельно, тем лучше.

Ключевые параметры конденсатора включают номинальное напряжение, термостойкость, ёмкость и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Для ESR, как правило, лучше более низкие значения. На ESR влияют ёмкость, частота, напряжение и температура. При фиксированном напряжении более высокая ёмкость обычно означает более низкое ESR.

При проектировании печатных плат параллельное использование нескольких маломощных конденсаторов часто обусловлено нехваткой места. Некоторые полагают, что большее количество параллельно соединенных конденсаторов всегда снижает ESR и улучшает производительность. Теоретически это может быть верно, но на практике необходимо учитывать импеданс паяных соединений и выводов. Параллельное подключение большого количества маломощных конденсаторов не всегда приводит к значительно лучшим результатам.

3. Чем ниже СОЭ, тем лучше.

При проектировании источников питания требования к входным и выходным конденсаторам различаются.

• Для входных конденсаторов часто предпочтительнее более высокая ёмкость, в то время как требования к ESR могут быть немного смягчены. Основные функции — выдерживать напряжение и поглощать импульсы переключения МОП-транзисторов.

• Для выходных конденсаторов требования к напряжению и емкости могут быть ниже, но требования к ESR более строгие, чтобы обеспечить достаточный ток.

Однако ESR не всегда лучше, чем оно ниже. Конденсаторы с очень низким ESR могут вызывать колебания в коммутационной схеме, требуя демпфирующих цепей, что увеличивает сложность и стоимость. Поэтому при проектировании печатной платы для баланса стабильности и стоимости используется подходящее опорное значение ESR.

4. Хорошие конденсаторы – это высококачественные продукты.

Так называемая «теория исключительно конденсаторов» когда-то была популярна, и некоторые производители и СМИ продвигали её как главный аргумент в пользу покупки. На самом деле, ключевую роль играют возможности схемотехники. Подобно тому, как некоторые компании могут добиться большей стабильности с помощью двухфазных систем питания по сравнению с другими, использующими четырёхфазные, использование дорогостоящих конденсаторов само по себе не гарантирует качество продукта.

При оценке продукта важно использовать комплексный подход, а не преувеличивать роль конденсаторов.

Как выбрать конденсаторы

• Низкочастотные применения : можно использовать более широкий спектр конденсаторов, даже с более слабыми высокочастотными характеристиками.

• Высокочастотные схемы : выбор гораздо более строгий. Неправильный выбор может повлиять на общие характеристики схемы.

В общем:

• В блоках питания обычно используются электролитические и керамические конденсаторы.

• Для высокочастотных цепей требуются материалы типа слюдяных конденсаторов (хотя они и более дорогие).

• Полиэфирные и электролитические конденсаторы непригодны для использования на высоких частотах, поскольку они ведут себя индуктивно и снижают точность схемы.