Capacitors neredeyse tüm elektronik devrelerde temel bileşenlerdir, geçici enerji rezervuarları olarak, düzgün güç malzemeleri, filtre gürültü ve melodi rezonans devreleri. Performansları ve güvenilirlikleri yüksek hızlı dijital sistemler, RF iletişim ekipmanları arasında yüksek çözünürlükte bulunan en kritik parametreler arasında, özellikle de işletim frekansları megahertz ve gigahertz aralıklarına tırmanıyor.
Dielektrik Kayıpı Anlamak
Dielektrik kaybı, genellikle dağıtım faktörü (DF) veya kayıp tanjant (tan ⁇ ), enerji ısısı ile ısıyı bir dielektrik materyali içinde ısıtılırken, bu faz değişimindeki direnç bileşeni, gerçek bir elektrik alanı olarak ortaya çıkar.Bu enerji kaybı ortaya çıkar, çünkü dielektrik kutuplaşma süreçleri mükemmel bir şekilde anlık değildir; 90 ° ile sıfıra doğru bir şekilde bir adım atarak, gerçek enerji kaybı ile bu faz değişiminin dirençli bir bileşeni her zaman ısıyı temsil eder.
Kayıp tanjant, karmaşık izin vermenin gerçek kısmına kadar tanımlanıyor: Tan ⁇ = ⁇ '/ ⁇ '. Bu, döngüde ne kadar enerji kaybının ne kadar azaltıldığı konusunda doğrudan bir ölçüye sahip olabilir. Örneğin, yüksek kaliteli seramik kapasitörler RF uygulamalarında kullanılan yüksek kaliteli seramik kapasitörler, 0,01'in altında ⁇ değerlerine sahip olabilir, ancak analitik elektro kapasitörler, yüksek frekanslı kullanım için yüksek oranda yüksek oranda ⁇ 'yi kolayca kaybedebilir.
Dielektrik Kayıpları Fiziği: Polarizasyon ve Rahatlama
Dielektrik kaybının frekansla arttığını anlamak için, bir dielektrik materyali içinde mikroskobik kutuplaşma mekanizmaları incelemeli. Bir elektrik alanı uygulandığında, denge pozisyonlarından biraz önce dielektrik değişimi içinde suçlamalar, dipolasyon anları oluşturmalı. makrooskopik kutuplaşma, bu indüklenen dipolasyon mekanizmalarının vektörü incelenmelidir:
- [FONT=0)Electronic polarizasyon[[Dönetici: 1 ) – Atomik çekirdeklere göre elektron bulutlarının yerleşmesi, 10-15 saniyenin emrinde son derece hızlı (her zaman) ve çok yüksek frekanslarda bile az kaybına katkıda bulunur.
- [FONT=0]Ionic polarizasyon[[Dönetici:0][Dönetici:0)Ionic polarizasyon[[Dönetici:0)[Dönetici:0)))[Devrimsel kristal lattice, 10-13 saniye boyunca yanıt süreleri ile, yine de hızlı ama kızılötesi aralığındaki absorpsiyon sergileyebilir.
- [FONT:0)Orientation (dipolar) kutuplaşma[Dönetici 1) ve RF frekanslarında kalıcı moleküler dipollerin yeniden yönlendirilmesi (örneğin, PET, PVC).
- [FONT:0) Interfacial (space-charge) kutupizasyon) - malzeme içindeki arayüzlerdeki ücretsiz şarj taşıyıcılarının birikimi (örneğin, tahıl sınırları, elektrode-dielektrik arabirimleri) Bu mekanizma düşük frekanslarda hakimdir (daha düşük 1 kHz) ve mevcut olduğunda önemli kayıplara yol açar.
Zaman ve Frekans Bağımlılığı
Her kutuplaşma mekanizmasının karakteristik bir rahatlama zamanı vardır, bu da alanın geri dönmesi veya dengeye geri dönmesi için gereken zamandır.Delt alanı (1/f) dönemi, kutuplaşmanın ortadan kalkmaya başladığı zaman, alanın dışına çıkabileceği kadar, kutuplaşmanın da kolayca takip etmesidir ve kutuplaşmanın da alanın düzlemde olduğu gibi - kayıpların en az olduğu tahmin edilir.
Frekans-Dependent Mechanisms
Dielektrik Rahatlama
Yukarıda açıklandığı gibi, dielektrik rahatlama, kalıcı dipol anlarla malzeme kaybının birincil mekanizmasıdır. pratikte, birçok mühendislik dielektrikleri, yerel ortamlardaki dalgalanmalar nedeniyle, 1 MHz'de zirveye kadar genellikle yüksek frekanslarda artışlar nedeniyle, bu sonuçlar daha yüksek frekanslarda tekrar azalır. Örneğin, PET (polipirasyonlu terefil) film kapasitörler, kaybolan bir süre içinde yüksek oranda düşük değerlerden inen yüksek oranda yüksek oranda yüksek oranda azalır.
Resonance Abxia
Çok yüksek frekanslarda (mikro dalga ve ötesinde), iyonik ve elektronik kutuplaşma mekanizmaları resonance absorpsiyonunu sergileyebilir.In iyonik kristaller, iyonik veya elektronik mekanizmalardan rezonansiyonel veya elektro-optik bileşenler için kullanılan malzemelerde önemli ölçüde kullanılır.
İndüksiyon Kayıpları
Dielektrikler, elektrolitlerle birlikte fazda mükemmel değildir; yüksek frekanslılar için, iletkenlik süresi 1 / ⁇ ile azalırsa, dielektrik yüksek iyonik bir iletkenliğe sahiptir (örneğin, elektrolitli kapasitede bulunan frekanslarda yüksek frekanslılar ile ilgili olarak).
Yüksek seviyeli Capacitors için malzeme göz önünde bulundurun
Farklı dielektrik malzemeleri çok farklı frekans bağımlı kayıp profiller sergilemektedir. Belirli bir frekans aralığı için doğru materyali seçmek, kapasitör verimliliğini korumak için kritiktir.
Seramik Capacitors
Sınıf 1 seramik dielektrikler (örneğin, C0G /NP0) sıkı bir şekilde kontrol edilen formülasyonlar gibi malzemelere dayanmaktadır. Onlar çok düşük kayıp Tangentler (0.001 veya daha az) ve istikrarlı bir şekilde çeşitli frekanslara kadar uzanırlar.
Film Capacitors
Film kapasitörler polimer dielektriklerini polyester (PET), poliphenylene sulfide (PPS), ve politetrafluoropi (PTFE) Kombine edilen film kapasitörler özellikle yüksek frekanslı AC uygulamaları için ödüle sahiptir, bu yüzden yüksek frekanslı devreler için daha az uygundur.
Elektrolitik Capacitors
Alüminyum ve tantalum elektroliz kapasitörler, dielektrik olarak bir oksit tabakasına güveniyorlar, ancak inşaatları önemli seri direnç ve düşük frekanslı polarizasyon etkileri ortaya koyan bir iletken elektrolit içerir. Elektrolitikler yüksek çözünürlükte (0.1-0.3-0.3) ve genellikle 100 kHz.
Capacitor Verimliliği ve Devre Performansı Üzerine Etkisi
Güç Dissipation ve Isıtma
Dielektrik kaybı, kapasitör içinde üretilen ısı olarak ortaya çıkıyor, V'nin RMS geriliminin azaldığı, C'nin eğimli bir ısı artışına neden olabilir ve 10'un faktörü ile frekans artışları artarken, v2 ⁇ C tan ⁇ , V'nin sürekli kalması veya azaltılabilmesi için aynı faktör tarafından yükseltilebilir.
Kalite Faktörü (Q) ve ESR
Yüksek frekanslarda Capacitor performansı genellikle kaliteli faktör Q = 1/tan ⁇ ve eşdeğer bir seri direniş (ESR) ile karakterize edilir, elektrot direnci ve direnç gibi daha düşük bir direnç sağlar.Dielektrik kaybı genellikle yüksek kaliteli kapasitör ağ, elektrolitikler için, yüksek çözünürlükte yüksek basınç kaybı ile yüksek basınç kaybı anlamına gelir.
Dielektrik Kayıplarını Azmak İçin Stratejiler
Malzeme Seçimi
Yüksek frekanslarda dielektrik kaybı azaltmak için en etkili yol, nano-parçacıklı bir malzemeyi doğal olarak düşük frekanslı grupta tercih edilir.Birkaç yüz MHz'e kadar, polielektrikli film kapasitörleri mükemmeldir.In entire circuits, high-quality, C0G/NP0s (SiO2) ve silikonlu cam devreler (Si3N4) nedeniyle yüksek çözünürlükte çok düşük fiyatlar sunar.
Tasarım ve Geometri Optimizasyonu
Capacitor geometri elektrik alanı dağıtımını etkiler ve böylece etkili dielektrik stresi azaltır.Dielektrik kalınlığını azaltır, bu da malzemenin doğrusal olmayan kutuplaşma cevabına sahip olup olmadığını azaltabilir (örneğin, ferroelektrik seramiklerinde de).Komisyon ve dirençte birden çok katmanlar kullanarak) mevcut yoğunlukları katlayabilir ve genel ESR'yi daha da azaltır. Ek olarak, kapasitör şekli ve bağlantıların önemi: yüzeysel olmayan paketler, geniş terminallere en aza indirmek için çok paketler.
Termal Yönetim
Çünkü dielektrik kaybı ısıyı yaratır, etkili termal yönetim performans korumak için gereklidir. Capacitors sıcak bileşenlerden uzak durmalı ve yüksek güç RF amplifikatörlerde yüksek frekanslı betonlar için gerekli olabilir. Bazı yüksek frekanslı kapasitör tasarımları metal ısı parçaları içerir veya ısıtıcı yüzeyler kullanır.Deating aynı zamanda ortak bir stratejidir: maksimum derece yüksek çözünürlükte bir gerilimin azaltılması ve özellikle de 2 seramikte kaybın azaltılmasını sağlayabilir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Frekansın dielektrik kaybı üzerindeki etkisi, belirli frekans aralıkları için temel bir özelliktir. Doğrudan elektronik devrelerin verimliliğini ve güvenilirliğini etkiler.Kasımsal etkilerin fiziği, gevşeme ve iletim kayıplarının, mühendisler, belirli frekans aralıkları için yüksek frekanslara devam ederek, yüksek çözünürlükte, elektriksel gelişmelerin azaltılması için mekanik tasarımı optimize etmek ve ısıl yönetimi uygulamak için mekanik tasarımı optimize etmek için.
Daha fazla okuma için dielektrik merkezi teorisi, şöyle ifade eder:0)Dielektrik Rahatlama[Dönetici:[Dönetici: 1 ) Yüksek frekanslı uygulamalar için kapasite seçimi için kapsamlı bir kılavuz, minimumizasyon tekniklerine pratik bilgiler sağlar.