కెపాసిటర్లలో ఎస్ఆర్ మరియు ఎస్ఎల్లను అర్థం చేసుకోవడం

ఏదైనా ఎలక్ట్రానిక్ డిజైన్‌లో ఎక్కువగా ఉపయోగించే ఎలక్ట్రానిక్స్ భాగాలు రెసిస్టర్లు (ఆర్), కెపాసిటర్లు (సి) మరియు ఇండక్టర్స్ (ఎల్). మనలో చాలా మందికి ఈ మూడు నిష్క్రియాత్మక భాగాల యొక్క ప్రాథమికాలు మరియు వాటిని ఎలా ఉపయోగించాలో తెలుసు. సిద్ధాంతపరంగా (ఆదర్శ పరిస్థితులలో) ఒక కెపాసిటర్‌ను కెపాసిటివ్ లక్షణాలతో మాత్రమే స్వచ్ఛమైన కెపాసిటర్‌గా పరిగణించవచ్చు, కాని ఆచరణలో కెపాసిటర్ దానితో పాటు కొన్ని నిరోధక మరియు ప్రేరక లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది, దీనిని మనం పరాన్నజీవి నిరోధకత లేదా పరాన్నజీవి ఇండక్టెన్స్ అని పిలుస్తాము. అవును, పరాన్నజీవి వలె ఈ అవాంఛిత నిరోధకత మరియు ఇండక్టెన్స్ లక్షణాలు కెపాసిటర్ లోపల కూర్చుని స్వచ్ఛమైన కెపాసిటర్ లాగా ప్రవర్తించకుండా నిరోధిస్తాయి.

అందువల్ల ఒక సర్క్యూట్ ఇంజనీర్లను రూపకల్పన చేసేటప్పుడు ప్రధానంగా భాగం యొక్క ఆదర్శ రూపాన్ని పరిగణిస్తారు, ఈ సందర్భంలో కెపాసిటెన్స్ మరియు దానితో పాటు పరాన్నజీవి భాగాలు (ఇండక్టెన్స్ మరియు రెసిస్టెన్స్) కూడా దానితో సిరీస్‌లో ఉన్నట్లు పరిగణించబడుతుంది. ఈ పరాన్నజీవి నిరోధకతను ఈక్వివలెంట్ సిరీస్ రెసిస్టెన్స్ (ESR) అని పిలుస్తారు మరియు పరాన్నజీవి ఇండక్టెన్స్‌ను ఈక్వివలెంట్ సిరీస్ ఇండక్టెన్స్ (ESL) అని పిలుస్తారు. ఈ ఇండక్టెన్స్ మరియు నిరోధకత యొక్క విలువ చాలా తక్కువగా ఉంటుంది, దీనిని సాధారణ డిజైన్లలో నిర్లక్ష్యం చేయవచ్చు. కానీ కొన్ని అధిక శక్తి లేదా అధిక పౌన frequency పున్య అనువర్తనంలో ఈ విలువ చాలా కీలకం మరియు పరిగణించకపోతే భాగం సామర్థ్యం లేదా అవుట్పుట్ unexpected హించని ఫలితాలను తగ్గిస్తుంది.

ఈ వ్యాసంలో ఈ ESR మరియు ESL గురించి , వాటిని ఎలా కొలవాలి మరియు అవి ఒక సర్క్యూట్‌ను ఎలా ప్రభావితం చేస్తాయో గురించి మరింత తెలుసుకుంటాము. ఇదే విధంగా ఇండక్టర్‌కు DCR అని పిలువబడే కొన్ని పరాన్నజీవుల లక్షణాలు కూడా ఉంటాయి, వీటిని మనం మరొక వ్యాసంలో మరికొంత సమయం చర్చిస్తాము.

కెపాసిటర్లలో ESR

ప్రతిఘటనతో సిరీస్‌లో ఆదర్శ కెపాసిటర్‌ను కెపాసిటర్ యొక్క ఈక్వివలెంట్ సిరీస్ రెసిస్టెన్స్ అంటారు. కెపాసిటర్‌లో సమానమైన సిరీస్ నిరోధకత లేదా ESR అనేది పరికరం యొక్క కెపాసిటెన్స్‌తో సిరీస్‌లో కనిపించే అంతర్గత నిరోధకత.

కెపాసిటర్ యొక్క ESR ను సూచించే క్రింది చిహ్నాలను చూద్దాం. కెపాసిటర్ చిహ్నం ఆదర్శ కెపాసిటర్ మరియు రెసిస్టర్‌ను సమాన శ్రేణి నిరోధకతగా సూచిస్తుంది. రెసిస్టర్ కెపాసిటర్‌తో సిరీస్‌లో అనుసంధానించబడి ఉంది.

ఒక ఆదర్శ కెపాసిటర్ లాస్లెస్ ఉంది కెపాసిటర్ నిల్వ ఆవేశాన్ని అర్థం, మరియు అవుట్పుట్ బాధ్యతలు అదే మొత్తంలో అందిస్తుంది. వాస్తవ ప్రపంచంలో, కెపాసిటర్లకు పరిమిత అంతర్గత నిరోధకత యొక్క చిన్న విలువ ఉంటుంది. ఈ నిరోధకత విద్యుద్వాహక పదార్థం, అవాహకం లేదా విభజనలో లీకేజీ నుండి వస్తుంది. దీనికి జోడిస్తే, ఈక్వివలెంట్ సిరీస్ రెసిస్టెన్స్ లేదా ESR దాని కెపాసిటెన్స్ విలువ మరియు నిర్మాణం ఆధారంగా వివిధ రకాల కెపాసిటర్లలో వేర్వేరు విలువలను కలిగి ఉంటుంది. అందువల్ల కెపాసిటర్ యొక్క పూర్తి లక్షణాలను విశ్లేషించడానికి ఈ ESR విలువను ఆచరణాత్మకంగా కొలవాలి.

కెపాసిటర్లలో ESR ను కొలవడం

కెపాసిటర్ యొక్క ESR ను కొలవడం కొంచెం గమ్మత్తైనది ఎందుకంటే ప్రతిఘటన స్వచ్ఛమైన DC నిరోధకత కాదు. కెపాసిటర్ల ఆస్తి దీనికి కారణం. కెపాసిటర్లు DC ని బ్లాక్ చేసి AC ని పాస్ చేస్తాయి. కాబట్టి, ESR ను కొలవడానికి ప్రామాణిక ఓంస్ మీటర్ ఉపయోగించబడదు. కెపాసిటర్ యొక్క ESR ను కొలవడానికి ఉపయోగపడే నిర్దిష్ట ESR మీటర్లు మార్కెట్లో అందుబాటులో ఉన్నాయి. ఈ మీటర్లు కెపాసిటర్ అంతటా ఒక నిర్దిష్ట పౌన frequency పున్యంలో చదరపు వేవ్ వంటి ప్రత్యామ్నాయ ప్రవాహాన్ని ఉపయోగిస్తాయి. సిగ్నల్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీలో మార్పు ఆధారంగా కెపాసిటర్ యొక్క ESR విలువను లెక్కించవచ్చు. ఈ పద్ధతిలో ఒక ప్రయోజనం ఏమిటంటే, ESR ఒక కెపాసిటర్ యొక్క రెండు టెర్మినల్స్ అంతటా నేరుగా కొలుస్తారు కాబట్టి, దానిని సర్క్యూట్ బోర్డ్ నుండి డి-టంకం లేకుండా కొలవవచ్చు.

కెపాసిటర్ యొక్క ESR ను లెక్కించడానికి మరొక సైద్ధాంతిక మార్గం కెపాసిటర్ యొక్క అలల వోల్టేజ్ మరియు అలల ప్రవాహాన్ని కొలవడం మరియు తరువాత రెండింటి నిష్పత్తి కెపాసిటర్‌లో ESR విలువను ఇస్తుంది. అయినప్పటికీ, కెపాసిటర్ అంతటా ప్రత్యామ్నాయ ప్రస్తుత మూలాన్ని అదనపు నిరోధకతతో వర్తింపచేయడం మరింత సాధారణమైన ESR కొలత నమూనా. ESR ను కొలవడానికి ముడి సర్క్యూట్ క్రింద చూపబడింది

Vs సైన్ వేవ్ మూలం మరియు R1 అంతర్గత నిరోధకత. కెపాసిటర్ సి ఆదర్శ కెపాసిటర్ అయితే R2 ఆదర్శ కెపాసిటర్ యొక్క సమాన శ్రేణి నిరోధకత. ఒక విషయం గుర్తుంచుకోవలసిన విషయం ఏమిటంటే, ఈ ESR కొలత నమూనాలో, కెపాసిటర్ యొక్క ప్రధాన ప్రేరణ విస్మరించబడుతుంది మరియు ఇది ఒక భాగంగా పరిగణించబడదు సర్క్యూట్.

ఈ సర్క్యూట్ యొక్క బదిలీ ఫంక్షన్‌ను ఈ క్రింది ఫార్ములాలో వర్ణించవచ్చు-

పై సమీకరణంలో, సర్క్యూట్ యొక్క అధిక పాస్ లక్షణం ప్రతిబింబిస్తుంది; బదిలీ ఫంక్షన్ యొక్క ఉజ్జాయింపును ఇలా అంచనా వేయవచ్చు -

H (లు) ≈ R2 / (R2 + R1) R2 / R1

పై-ఉజ్జాయింపు అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ ఆపరేషన్లకు అనుకూలంగా ఉంటుంది. ఈ సమయంలో, సర్క్యూట్ అటెన్యూయేటర్‌గా మరియు అటెన్యూయేటర్‌గా పనిచేయడం ప్రారంభిస్తుంది.

అటెన్యుయేషన్ కారకాన్ని ఇలా వ్యక్తీకరించవచ్చు -

⍺ = R2 / (R2 + R1)

ఈ అటెన్యుయేషన్ కారకం మరియు సైన్ వేవ్ జనరేటర్ యొక్క అంతర్గత నిరోధకత R1 ను కెపాసిటర్లు ESR ను కొలవడానికి ఉపయోగించవచ్చు.

R2 = ⍺ x R1

అందువల్ల, కెపాసిటర్ల ESR ను లెక్కించడానికి ఒక ఫంక్షన్ జనరేటర్ ఉపయోగపడుతుంది.

సాధారణంగా, ESR విలువ కొన్ని మిల్లీహోమ్‌ల నుండి అనేక ఓంల వరకు ఉంటుంది. అల్యూమినియం ఎలెక్ట్రోలైటిక్ మరియు టాంటాలమ్ కెపాసిటర్లు బాక్స్ రకం లేదా సిరామిక్ కెపాసిటర్లతో పోలిస్తే అధిక ESR కలిగి ఉంటాయి. అయినప్పటికీ, కెపాసిటర్ తయారీ సాంకేతిక పరిజ్ఞానం యొక్క ఆధునిక పురోగతి సూపర్ తక్కువ ESR కెపాసిటర్లను తయారు చేయడం సాధ్యపడుతుంది.

కెపాసిటర్ పనితీరును ESR ఎలా ప్రభావితం చేస్తుంది

కెపాసిటర్ యొక్క ESR విలువ కెపాసిటర్ ఉత్పత్తికి కీలకమైన అంశం. అధిక ESR కెపాసిటర్ అధిక ప్రస్తుత అనువర్తనంలో వేడిని వెదజల్లుతుంది మరియు కెపాసిటర్ జీవితం చివరికి తగ్గుతుంది, ఇది ఎలక్ట్రానిక్స్ సర్క్యూట్లలో పనిచేయకపోవటానికి కూడా దోహదం చేస్తుంది. విద్యుత్ సరఫరాలో, అధిక విద్యుత్తు ఆందోళన చెందుతున్నప్పుడు, వడపోత ప్రయోజనాల కోసం తక్కువ ESR కెపాసిటర్లు అవసరం.

విద్యుత్ సరఫరా సంబంధిత కార్యకలాపాలలో మాత్రమే కాదు, తక్కువ ESR విలువ కూడా హై-స్పీడ్ సర్క్యూట్‌కు అవసరం. చాలా ఎక్కువ ఆపరేటింగ్ పౌన encies పున్యాలలో, సాధారణంగా వందల MHz నుండి అనేక GHz వరకు, కెపాసిటర్ యొక్క ESR పవర్ డెలివరీ కారకాలలో కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది.

కెపాసిటర్‌లో ESL

ESR మాదిరిగానే, ESL కూడా కెపాసిటర్లకు కీలకమైన అంశం. ముందు చర్చించినట్లుగా, వాస్తవ పరిస్థితులలో కెపాసిటర్లు అనువైనవి కావు. విచ్చలవిడి ప్రతిఘటనతో పాటు విచ్చలవిడి ప్రేరణ కూడా ఉంది. కెపాసిటర్ యొక్క సాధారణ ESL మోడల్ క్రింద చూపబడింది. కెపాసిటర్ సి ఆదర్శ కెపాసిటర్ మరియు ఇండక్టర్ ఎల్ అనేది ఆదర్శ కెపాసిటర్‌తో సిరీస్‌లో అనుసంధానించబడిన సిరీస్ ఇండక్టెన్స్.

సాధారణంగా, ESL ప్రస్తుత లూప్‌పై ఎక్కువగా ఆధారపడుతుంది; ప్రస్తుత లూప్ పెరుగుదల కెపాసిటర్లలో ESL ను పెంచుతుంది. లీడ్ టెర్మినేషన్ మరియు సర్క్యూట్ కనెక్టింగ్ పాయింట్ (ప్యాడ్లు లేదా ట్రాక్‌లతో సహా) మధ్య దూరం కూడా కెపాసిటర్లలో ESL ను ప్రభావితం చేస్తుంది ఎందుకంటే పెరిగిన ముగింపు దూరం ప్రస్తుత లూప్‌ను పెంచుతుంది, దీని ఫలితంగా అధిక ఈక్వివలెంట్ సిరీస్ ఇండక్టెన్స్ వస్తుంది.

కెపాసిటర్ యొక్క ESL ను కొలవడం

కెపాసిటర్ తయారీదారు డేటాషీట్ ఇచ్చిన ఇంపెడెన్స్ వర్సెస్ ఫ్రీక్వెన్సీ ప్లాట్‌ను గమనించడం ద్వారా ESL యొక్క కొలత సులభంగా చేయవచ్చు. కెపాసిటర్ అంతటా పౌన frequency పున్యం మారినప్పుడు కెపాసిటర్ యొక్క ఇంపెడెన్స్ మారుతుంది. పరిస్థితిలో, ఒక నిర్దిష్ట పౌన frequency పున్యంలో కెపాసిటివ్ రియాక్టన్స్ మరియు ప్రేరక ప్రతిచర్య సమానంగా ఉన్నప్పుడు, దానిని 'మోకాలి పాయింట్' అంటారు.

ఈ సమయంలో, కెపాసిటర్ స్వీయ ప్రతిధ్వనిస్తుంది. కెపాసిటర్ 'మోకాలి' ప్రదేశానికి లేదా స్వీయ-ప్రతిధ్వనించే పౌన.పున్యంలోకి వచ్చే వరకు కెపాసిటర్ యొక్క ESR ఇంపెడెన్స్ ప్లాట్‌ను చదును చేయడానికి దోహదం చేస్తుంది. మోకాలి పాయింట్ తరువాత, కెపాసిటర్ యొక్క ESL కారణంగా కెపాసిటర్ ఇంపెడెన్స్ పెరగడం ప్రారంభమవుతుంది.

పై చిత్రం MLCC (మల్టీ లేయర్ సిరామిక్ కెపాసిటర్) యొక్క ఇంపెడెన్స్ వర్సెస్ ఫ్రీక్వెన్సీ ప్లాట్. మూడు కెపాసిటర్లు, 100nF, 1nF X7R క్లాస్ మరియు 1nF NP0 క్లాస్ కెపాసిటర్లు చూపించబడ్డాయి. V ఆకారపు ప్లాట్ యొక్క దిగువ బిందువులో 'మోకాలి' మచ్చలను సులభంగా గుర్తించవచ్చు.

మోకాలి పాయింట్ ఫ్రీక్వెన్సీని గుర్తించిన తర్వాత, ESL ను క్రింది ఫార్ములా ద్వారా కొలవవచ్చు

ఫ్రీక్వెన్సీ = 1 / (2π√ (ESL x C))

కెపాసిటర్ అవుట్‌పుట్‌ను ESL ఎలా ప్రభావితం చేస్తుంది

కెపాసిటర్ల అవుట్పుట్ ESR మాదిరిగానే పెరిగిన ESL ద్వారా క్షీణిస్తుంది. పెరిగిన ESL కరెంట్ యొక్క అవాంఛిత ప్రవాహానికి దోహదం చేస్తుంది మరియు EMI ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ అనువర్తనాలలో లోపాలను మరింత సృష్టిస్తుంది. విద్యుత్ సరఫరా సంబంధిత వ్యవస్థలో, పరాన్నజీవి ఇండక్టెన్స్ అధిక అలల వోల్టేజ్కు దోహదం చేస్తుంది. అలల వోల్టేజ్ కెపాసిటర్ల ESL విలువకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. కెపాసిటర్ యొక్క పెద్ద ESL విలువ రింగింగ్ తరంగ రూపాలను కూడా ప్రేరేపిస్తుంది, సర్క్యూట్ బేసిగా ప్రవర్తించేలా చేస్తుంది.

ESR మరియు ESL యొక్క ప్రాక్టికల్ ప్రాముఖ్యత

దిగువ చిత్రం కెపాసిటర్‌లో ESR మరియు ESL యొక్క వాస్తవ నమూనాను అందిస్తుంది.

ఇక్కడ, కెపాసిటర్ సి ఒక ఆదర్శ కెపాసిటర్, రెసిస్టర్ R ఈక్వివలెంట్ సిరీస్ రెసిస్టెన్స్ మరియు ఇండక్టర్ L ఈక్వివలెంట్ సిరీస్ ఇండక్టెన్స్. ఈ మూడింటినీ కలిపి నిజమైన కెపాసిటర్ తయారవుతుంది.

ESR మరియు ESL ఒక కెపాసిటర్ యొక్క అంత ఆహ్లాదకరమైన లక్షణాలు కాదు, ఇవి ఎలక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్లలో, ముఖ్యంగా అధిక పౌన frequency పున్యం మరియు అధిక ప్రస్తుత అనువర్తనాలలో వివిధ రకాల పనితీరు తగ్గింపుకు కారణమవుతాయి. అధిక ESR విలువ ESR వల్ల కలిగే విద్యుత్ నష్టాల కారణంగా పేలవమైన పనితీరుకు దోహదం చేస్తుంది; విద్యుత్ నష్టాన్ని పవర్ లా I ² R ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు, ఇక్కడ R అనేది ESR విలువ. ఇది మాత్రమే కాదు, ఓమ్స్ చట్టం ప్రకారం అధిక ESR విలువ కారణంగా శబ్దాలు మరియు అధిక వోల్టేజ్ డ్రాప్ కూడా సంభవిస్తాయి. ఆధునిక కెపాసిటర్ తయారీ సాంకేతికత కెపాసిటర్ యొక్క ESR మరియు ESL విలువను తగ్గిస్తుంది. మల్టీలేయర్ కెపాసిటర్ల యొక్క నేటి SMD వెర్షన్లలో భారీ మెరుగుదల చూడవచ్చు.

విద్యుత్ సరఫరా సర్క్యూట్లు లేదా SMPS డిజైన్లను మార్చడంలో తక్కువ ESR మరియు ESL విలువ కెపాసిటర్లను అవుట్పుట్ ఫిల్టర్లుగా ఇష్టపడతారు, ఎందుకంటే ఈ సందర్భాలలో స్విచ్చింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ ఎక్కువగా ఉంటుంది, సాధారణంగా వందల kHz నుండి అనేక MH _z కి దగ్గరగా ఉంటుంది. ఈ కారణంగా ఇన్పుట్ కెపాసిటర్ మరియు అవుట్పుట్ ఫిల్టర్ కెపాసిటర్లు తక్కువ ESR విలువలో ఉండాలి, తద్వారా తక్కువ-ఫ్రీక్వెన్సీ అలలు విద్యుత్ సరఫరా యూనిట్ యొక్క మొత్తం పనితీరులో ఎటువంటి ప్రభావాలను కలిగి ఉండవు. కెపాసిటర్ల ESL కూడా తక్కువగా ఉండాలి, తద్వారా కెపాసిటర్ యొక్క ఇంపెడెన్స్ విద్యుత్ సరఫరా స్విచ్చింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీతో సంకర్షణ చెందదు.

తక్కువ శబ్దం విద్యుత్ సరఫరాలో, శబ్దాలను అణచివేయాల్సిన అవసరం ఉంది మరియు అవుట్పుట్ ఫిల్టర్ దశలు సంఖ్య తక్కువగా ఉండాలి, అధిక నాణ్యత గల సూపర్ తక్కువ ESR మరియు తక్కువ ESL కెపాసిటర్లు సున్నితమైన ఉత్పత్తికి మరియు లోడ్కు స్థిరమైన విద్యుత్ పంపిణీకి ఉపయోగపడతాయి. అటువంటి అనువర్తనంలో, పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్లు తగిన ఎంపిక మరియు సాధారణంగా అల్యూమినియం ఎలక్ట్రోలైటిక్ కెపాసిటర్ల కంటే ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడతాయి.