电解电容器的频率依赖性

据说电解电容在高频下起电感的作用，这就是为什么我们将小型陶瓷电容与它们并联：

电解，纸或塑料薄膜电容器对于高频去耦是一个差的选择。它们基本上由两片金属箔组成，两片金属箔被塑料或纸质介电材料隔开并形成卷。这种结构具有相当大的自感，并且在超过几兆赫兹的频率下更像电感器而不是电容器。

电容器阻抗与频率的关系。

但是我也看到了一些类似的事情：

与电子相关的“电感问题”是另一个愚蠢的神话-它们的电感不超过导线长度（与盖的长度相同）。

要么

一个流行的神话是，由于箔片在罐内的缠绕方式，电子器件具有相当大的电感。这是胡说八道-箔片的末端通常以与薄膜盖相同的方式连接。即使使用标准的现成电子和双极（非极化电解）电容，高频性能通常也可以扩展到几个MHz。

这种影响的确切性质是什么？我们需要担心在哪些应用和频率上使用？有什么实际意义？

该效应归因于设备的寄生特性的影响。电容器具有四个基本寄生：

等效串联电阻-ESR：

电容器实际上是与其引线，电介质中的金属箔以及其他小电阻串联的电容器。这意味着电容器不能真正地立即放电，并且在反复充电和放电时也会发热。这是设计电源系统时的重要参数。

漏电流：

电介质并不理想，因此您可以在电容器上并联一个电阻。这在备用系统中很重要，电解液的泄漏电流可能比在微控制器上维持RAM所需的电流大得多。

介电吸收-CDA：

通常，与其他参数相比，人们对此兴趣不大，尤其是对于电解而言，因为漏电流使效果不堪设想。对于大型陶瓷，您可以想象有一个与电容器并联的RC电路。当电容器长时间充电时，想象中的电容器会获得电荷。如果电容器在短时间内快速放电并随后返回开路，则寄生电容器开始为主电容器充电。

等效串联电感-ESL：

到现在为止，如果所有组件都具有电容以及非零和非无限电阻，那么所有组件也都具有寄生电感，您应该不会感到惊讶。这些是否重要是频率的函数，这使我们想到了阻抗这一主题。

我们用字母Z表示阻抗。仅在频域中，阻抗可被视为类似于电阻。就像电阻抵抗直流电流一样，阻抗也阻止交流电流。正如电阻为V / R一样，如果我们集成到时域中，则阻抗为V（t）/ I（t）。

您要么必须做一些演算，要么购买以下有关施加频率为w的正弦电压的组件的阻抗的断言：

$\begin{align} Z_{resistor} &= R\\ Z_{capacitor} &= \frac{1}{j \omega C} = \frac{1}{sC}\\ Z_{inductor} &= j\omega L = sL \end{align}$

是的，与i相同（虚数$j$$i$），但是在电子学中，i通常表示电流，因此我们使用j。同样，ω传统上是希腊字母omega（看起来像w）。字母“ s”是指复数频率（不是正弦波）。 $\sqrt{-1}$$i$$j$$\omega$

uck，对吧？但您会想到-施加交流信号时，电阻不会改变其阻抗。电容器的阻抗随频率的升高而降低，并且在直流电方面几乎是无限的，这是我们期望的。电感器在更高的频率下具有更高的阻抗-考虑一下旨在消除尖峰的RF扼流圈。

我们可以通过将阻抗相加来计算两个串联的阻抗。如果我们有一个与电感串联的电容器，那么我们有：

$\begin{align} Z &= Z_C + Z_L\\ &= \frac{1}{j\omega C + j\omega L} \end{align}$

当我们增加频率时会发生什么？很久以前，我们的组件是电解电容器，所以我们假定是远远大于大号。乍一看，我们认为比率不会改变。但是，一些琐碎的（注：这是一个相对术语）复数代数显示出不同的结果：$C$$L$

$\begin{align*} Z &= \frac{1}{j \omega C} + j \omega L\\ &= \frac{1}{j \omega C} + \frac{j \omega L \times j \omega C}{j \omega C}\\ &= \frac{1 + j \omega L \times j \omega C)}{j \omega C}\\ &= \frac{1 - \omega^2 LC}{j \omega C}\\ &= \frac{-j \times (1 - \omega^2 LC)}{j \omega C}\\ &= \frac{(\omega^2 LC - 1) * j)}{\omega C} \end{align*}$

好吧，那很有趣，对吧？这是您一次执行的操作，记住答案，然后不必担心。从最后一个方程式我们知道什么？首先考虑小的情况，$\omega$$L$小，大的情况。我们大约有$C$

$\begin{align*} \frac{(small * small * large - 1) \times j}{small * large} \end{align*}$

这是一个负数（假设，它是用于实际组分）。熟悉Z C = − $small * small * large < 1$ -这是一个电容！$Z_C = \frac{-j}{\omega C}$

第二，您的情况（高频电解）中，大，L小，C大。我们大约有$\omega$$L$$C$

$\begin{align*} \frac{(large * small * large - 1) \times j}{small * large} \end{align*}$

这是一个正数（假设）。就像$large * small * large > 1$$Z_L = j \omega L$

会发生什么，如果$\omega^2 LC = 1$？那么阻抗为零！是! 这称为共振频率-这是您在问题中显示的曲线底部的点。为什么实际上不为零？由于ESR。

TL，DR：当您频繁增加频率时，会发生奇怪的事情。始终遵循制造商的数据手册来解耦IC，并获得一本好的教科书或上课，如果您需要做高速的工作。

任何使用阻抗计（HP / Venable）的人都可以轻松地告诉您，电解电容器在高频下确实会变成电感性的。

这就是为什么您会看到许多用于高频DC-DC转换器的陶瓷电容器的一部分原因-电解电容器在几百千赫兹/兆赫兹的范围内根本表现不佳。

这也是为什么100nF-1uF的陶瓷电容器通常用作IC解耦器的原因-电解电容器不能击败小的陶瓷罐，因为其高频阻抗。

问题不是“如果溶质是归纳性的”，而是为什么？这是一个难题，但与固态化学分析的陶瓷帽图比较可以得出一个线索，即某些东西仅适用于裂解帽。因此，问题属于化学，而不是电子。

在高频下达到最小值后，阻抗的增加是由以大离子或极化分子的旋转（或拉伸/位移）带电物质的形式积累的能量引起的。溶液中的每个分子都像一组谐振器（而不仅仅是电感器）一样工作，在几个谐振频率附近具有清晰的相位图。

有关纯水和几兆赫兹范围内的金属离子的阻抗测量的有趣研究。

http://commons.emich.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1200&context=theses&sei-redir=1#search=%22ion%20solution%20impedance%20MHz%22

关键在于它们呈卷状，类似于线圈，即电流成圈流动。这导致相对较高的电感。

其他电容器在多孔材料上具有片状（陶瓷）或两个表面的形式（钽电容器，超级电容器），因此它们没有显示这种效果。

很酷的问题-一般来说，电容为C的电容器的复阻抗为1 /（2 * pi * f * C）fwiw。因此，在高频下，电容器看起来像是短路（即0欧姆）。我不熟悉这样的说法，即它们开始像电感器一样工作（这意味着在某个点处，阻抗的增加会随频率而增加，因为大小为L的电感器具有2 * pi * f * L的复数阻抗。 ...我想我不是真的买，但是我没有理由。

在铝电解中，箔没有像薄膜盖那样结合。这必须使感应较高。但是，总有特价商品，那么谁知道呢？